CN1585157A - 具有正温度系数电阻效应的可充锂电池电极及电池 - Google Patents

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冯祥明
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Abstract

具有正温度系数电阻效应的可充锂电池电极，它包括：a.传导电流的集流体，c.电活性层，其特征在于在传导电流的集流体a与电活性层c之间具有正温度系数的电阻层b；具有正温度系数的电阻层b主要由导电微粒、环氧树脂和固化剂组成。为可充锂电池提供一种嵌入式的保护措施，并以此电极为正极，制备出可充锂电池。此电池具有对过充，受热和短路都有灵敏响应的特点，可满足可充锂电池的安全需要。

Description

具有正温度系数电阻效应的可充锂电池电极及电池
技术领域    本发明涉及以具有正温度系数电阻效应的电极为正极的可充锂电池体系，属于电化学，材料化学和化学电源产品的技术领域。
背景技术    目前，锂离子电池作为各种便携式电器的电源得到了广泛的应用，由于其本身固有的高能量和长寿命优势，作为各种便携式电器的电源，已经得到了广泛的应用。通常锂离子电池由高反应活性的电极和可燃性电解液组成，因此和水溶液电池相比，就具有了潜在的不安全性。当电池被滥用的时候，如过充、短路或在高温下使用，就可能会导致电池破裂、燃烧或者爆炸等严重后果。产生这些不安全行为的一个主要原因就是电池在较高的温度时高活性电极材料与电解液发生化学反应导致的热失控。
针对这些情况，商业锂离子电池外部一般都设计带有正温度系数的电阻(PTC)，当电池的内压和温度以适当的速率上升达到设定值时，正温度系数的电阻(PTC)就会切断充电电流。但是如果化学反应的速率进行的较快时，电池内部的热量不能及时传导至电池外部，此时外置的PTC电阻就不易及时响应。我们设想，如果锂离子电池的电极本身就具有PTC效应，即电极的电阻会随着电池温度的升高而增加，这样在适当的温度时电极自身就可以提供一种自我限制电流的功能，以降低反应所放的热量，从而阻止电池发生热失控。
发明内容    本发明的目的在于提供一种具有正温度系数电阻效应的可充锂电池电极及电池，为可充锂电池提供一种嵌入式的保护措施，并以此电极为正极，制备出可充锂电池。此电池具有对过充，受热和短路都有灵敏响应的特点，可满足可充锂电池的安全需要。
本发明的具有正温度系数电阻效应的可充锂电池电极，它包括：a.传导电流的集流体，c.电活性层，其特征在于在传导电流的集流体a与电活性层c之间具有正温度系数的电阻层b；具有正温度系数的电阻层b主要由导电微粒、环氧树脂和固化剂组成。
如上所述的可充锂电池电极，其特征在于电阻层b中组分的重量份数比为：导电微粒5～50％，环氧树脂20～45％，固化剂20～40％。
如上所述的可充锂电池，其特征在于导电微粒为下列之一：碳黑，金属粉末或纤维。
具有正温度系数电阻效应的可充锂电池，它包括正极、负极和电解液，其特征在于：所述的正极为a.传导电流的集流体；b.具有正温度系数的电阻层；c.电活性层三层；具有正温度系数的电阻层b主要由导电微粒、环氧树脂和固化剂组成。
如上所述的可充锂电池，其特征在于电阻层b中组分的重量份数比为：导电微粒5～50％，环氧树脂20～45％，固化剂20～40％。
如上所述的可充锂电池，其特征在于导电微粒为下列之一：碳黑，金属粉末或纤维。
本发明的体系包括：
1.正极：其结构包括：a.传导电流的集流体；b.具有正温度系数的电阻层；c.电活性层，其中电活性层包括：过渡金属氧化物电活性物质、导电碳材料和粘接剂；具有正温度系数的电阻层包括环氧树脂和导电微粒等；集流体为铝箔、铝网等。
具有对温度敏感的正温度系数的可充锂电池的正极制作方法如下：首先将80～95％的电活性物质，3～7％的乙炔黑与3～10％的聚四氟乙烯乳液混匀后碾压成一定厚度的电活性层(正极膜)。然后将5～50％的导电微粒，20～45％的环氧树脂，20～40％的固化剂与适量的稀释剂球磨1～3小时，形成分散良好的浆料。将浆料均匀地涂在作为集流体的铝箔上，然后将电活性层(正极膜粘)贴在环氧树脂与导电微粒复合物(电阻层)上，然后于20～100℃温度下固化5～48小时。
导电微粒为下列之一：碳黑，金属粉末或纤维。如镍粉和不锈钢纤维。
2.负极：碳材料
负极：其组成包括碳材料、粘接剂和集流体，其中碳材料为石墨、碳中间相微球(MCMB)等。
3.电解液：为锂盐和碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等组成的有机电解液。
通过上述方式组成的有机电解液电池体系，在安全性方面优于已经商品化的可充锂电池
附图说明
图.1是本发明实施例的对温度敏感的可充锂电池正极的电镜截面图。
图2，是实施例1中的电池在不同的温度下的充放电曲线。
图中，A.传导电流的集流体，B.具有正温度系数的电阻层，C.电活性层。
具体实施方式
实例1
见图1。将85％的粉末LiCoO2，7％的乙炔黑与8％的聚四氟乙烯乳液混匀后碾压成约50μm厚的膜。将40％的碳黑(粒度60nm)，30％的环氧树脂，30％的固化剂与适量的乙醇球磨2小时，形成分散良好的浆料。将浆料均匀地涂在作为集流体的铝箔上，然后将LiCoO2正极膜粘贴在环氧树脂与碳黑的复合物上，然后于50℃下固化24小时。
见图2。将制备的电极、金属锂片、隔膜和电解液组成模拟电池在不同的温度充放电，可以看到电池在不同的温度时正极可利用的容量有很大的变化，80℃时只有室温时容量的50％。

Claims (6)

1、具有正温度系数电阻效应的可充锂电池电极，它包括：a.传导电流的集流体，c.电活性层，其特征在于在传导电流的集流体a与电活性层c之间具有正温度系数的电阻层b；具有正温度系数的电阻层b主要由导电微粒、环氧树脂和固化剂组成。
2、如权利要求1所述的可充锂电池电极，其特征在于电阻层b中组分的重量份数比为：导电微粒5～50％，环氧树脂20～45％，固化剂20～40％。
3、如权利要求1或2所述的可充锂电池，其特征在于导电微粒为下列之一：碳黑，金属粉末或纤维。
4、具有正温度系数电阻效应的可充锂电池，它包括正极、负极和电解液，其特征在于：所述的正极为a.传导电流的集流体；b.具有正温度系数的电阻层；c.电活性层三层；具有正温度系数的电阻层b主要由导电微粒、环氧树脂和固化剂组成。
5、如权利要求4所述的可充锂电池，其特征在于电阻层b中组分的重量份数比为：导电微粒5～50％，环氧树脂20～45％，固化剂20～40％。
6、如权利要求4或5所述的可充锂电池，其特征在于导电微粒为下列之一：碳黑，金属粉末或纤维。
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