CN2599767Y - 安全型聚合物二次锂离子电池 - Google Patents

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王乾
方祺
陈卫
赵丰刚
曾毓群
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Abstract

本实用新型涉及聚合物二次锂离子电池技术领域，特指一种可极大提高电池安全性的聚合物二次锂离子电池。其是通过如下技术方案实现的：PTC位于锂离子电池的内部，且其一个引线与电池芯的阴/阳极的集流体直接或通过导线连接，另一个引线与电池的外接引出导线连接或直接作为电池的引出导线。采用这种结构后，将PTC放置于电池内部，使其可以及时检测到电池温度的升高，避免电池的内外存在的温度差，消除电池存在的安全隐患。同时本实用新型将PTC放置于电池内，有效增大电池的空间利用率。

Description

安全型聚合物二次锂离子电池
技术领域：
本实用新型涉及聚合物二次锂离子电池技术领域，特指一种可极大提高电池安全性的聚合物二次锂离子电池。
背景技术：
随着电子技术的不断发展，目前电子消费品和一些专业的电子设备逐步的向小型化和便携化发展，并且功能也在不断的增加，这就对电池的能量提出了越来越高的要求。另外由于环保意识的增强，人们对电池的环保也提出越来越高的要求。二次锂离子电池就是一种具有较高的能量密度和良好的环保性能的电池，其被广泛的应用于各类的便携电子设备中。例如专在利号为5460904的美国专利中就公开了一种这样的电池。见附图1，其是由阴极集流休01、阴极膜片02、隔离膜片03、阳极膜片04、阳极集流体05依次叠加形成，其内部加有电解质。其中阴极集流体01采用铝网制作，阳极集流体05采用铜网制作，阴极膜片02、隔离膜片03、阳极膜片04均采用塑化、萃取等工艺制成微空的薄膜，这样含有锂盐(如LiPF6)的有机溶剂电解质可灌入其中。阳极膜片04为阳极活性物质(可嵌入、脱嵌锂离子的物质，如石墨)，辅助物质有粘合剂、导电剂和塑化剂；阴极膜片02由阴极活性物质(可脱嵌、重嵌入锂离子的物质，如钴酸锂LiCoO2、锰酸锂LiMn2O4)，辅助物质由粘合剂、导电剂和催化剂构成，隔离膜片03由粘合剂、骨架材料(如二氧化硅)及塑化剂构成。这三类膜片如图1所示排列，经复合热压并萃取后形成一单层的电池单元1，见附图2。然后按照电池容量大小的要求将若干个电池单元1叠放在一起，并且将阴极集流体01的各个极耳011与一金属导线06焊接作为电池负极引出线，阳极集流体05的各个极耳051与金属导线07焊接作为电池正极引出线，如见附图3所示，此若干层电池单元1形成电池芯2。最后在电池芯2的外面包裹上包装薄膜3，并向其内注入电解液，抽空、密封后形成电池4，见附图4所示。
二次锂离子电池具有高能量密度，并且其以有机溶剂作为电解质的载体，而目前锂离子电池所使用的有机电解液挥发性高且易燃，所以二次锂离子电池的比能量虽高，但安全性并不高。这种电池在温度高到一定程度后或由于电压等某些异常原因而使电池温度升高到一定程度时，电池内有机电解质和阴阳极的粘合剂都会与阳极处石墨中的锂以及阴极中的活性物质(例如钴酸锂)反应，从而放出更大量的热，这样一来不仅电池会失效，还可能引起燃烧或爆炸。所以电池安全性能测试包括耐过充/放能力的测试、短路测试、穿钉实验和耐高温测试，这四项测试允许电池失效，但前三项测试均不允许出现燃烧或爆炸，后一项在规定的时间内也不允许出现燃烧爆炸。当二次锂离子电池在容量较小时，如小于1Ah，上述安全性能测试是可以通过的。但是当电池容量做得较大时，如超过10Ah，上述的安全性能测试就难以通过了。其中对于第四项测试，只能通过化学的方式改善体系的稳定性。而对于前三项测试，只要电池温度在合理的范围内，就不会引起燃烧或爆炸。所以针对前三项测试的温度升高，有很多方法用于改善锂离子二次电池的安全性，例如：具有防止过充、过流和过放等功能的保护电路板(从机理上避免温度升高到异常水平)以及具有温度保护功能的PTC(正温度系数器件)。PTC的工作原理是其有一设定温度(PTC的温度设计在制造时设定)，PTC达到设定温度时其电阻可以快速升高几个数量级(例如：有的PTC可以从二十毫欧姆升到三千毫欧姆)，这样将PTC连接在电池内的线路中，利用其突然增大的阻值可以减小甚至切断过充/过放的电流，达到安全保护电池的目的。例如在美国专利USPATENT 6177209和US PATENT 6159635中都提出过这方面的技术方案。目前PTC的最常用方法是将其与二次锂离子电池串联，并紧贴在二次锂离子电池的外表面，使其可以检测到电池温度的升高。由于二次锂离子电池的内外必然存在温度差，所以目前的结构方式中，PTC存在因不能及时监测到二次锂离子电池的温度异常而不能及时的工作，致使电池存在安全隐患，同时这种结构还存在另一个缺点，就是电池包装壳在设计时必须预留出PTC的安装空间，影响了电池的空间利用率
发明内容：
本实用新型的目的在于提供一种可极大提高电池安全性的聚合物二次锂离子电池。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：PTC位于锂离子电池的内部，且其一个引线与电池芯的阴/阳极的集流体直接或通过导线连接，另一个引线与电池的外接引出导线连接或直接作为电池的引出导线。
采用这种结构后，将PTC放置于电池内部，使其可以及时检测到电池温度的升高，避免电池的内外存在的温度差，消除电池存在的安全隐患。同时本实用新型将PTC放置于电池内，有效增大电池的空间利用率，可减小电池包装的体积。
附图说明：
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：
图1是聚合物锂二次离子电池的内部结构示意图；
图2是聚合物锂二次离子电池中电池单元的结构示意图；
图3是聚合物锂二次离子电池中电池芯的结构示意图；
图4是聚合物锂二次离子电池的剖视图；
图5是本实用新型内部结构的示意图；
图6是本实用新型的PTC的结构示意图；
图7是本实用新型的PTC的另一结构示意图；
图8是本实用新型PTC与电池芯连接前的示意图；
图9是本实用新型PTC与电池芯连接后的示意图。
具体实施方式：
本实用新型为一种安全型聚合物二次锂离子电池，见附图4，本实用新型所涉及的电池4通常包括：电池芯2和包装薄膜3，包装薄膜3包裹电池芯2。
见附图1，其给出了聚合物锂离子二次电池的内部结构的一种示意图，本实用新型的内部结构可采用另外一种结构，即卷绕的方式。如见附图5，采用这种卷绕式的组装方法可以使结构更加紧密。
PTC 5位于电池内部，即其包裹在电池的包装薄膜内，且PTC 5其中一条电极引线与电池芯2的阴极集流体或阳极集流体直接或通过导线连接；其另一条引线与电池外接引出导线连接或直接作为电池的引出导线。
见附图6、7、8、9，这是本实用新型一具体实施例，PTC 5的一条引线52通过超声波焊接的方式与带密封胶6的镍片71焊接在一起，其中镍片71是作为电池的负极引线，如见附图6。当然引线52也可直接作为电池负极的引线，如见附图7。PTC 5另一条引线51与电池芯2负极极耳通过超声波焊接在一起。电池芯2正极极耳也通过超声波焊接另一条引线8，最后在电池芯2的外面包裹上包装薄膜3，并向其内注入电解液，抽空、密封后形成成品电池4。
本实用新型采用的方法是将PTC 5放置于电池内部，使其可以及时检测到电池温度的升高，并且可以避免电池的内外存在的温度差，消除电池存在的安全隐患。同时本实用新型将PTC 5放置于电池内，有效增大电池的空间利用率。

Claims (3)

1、安全型聚合物二次锂离子电池，包括：电池芯(2)和PTC(5)，其特征在于：PTC(5)位于电池内部，且PTC(5)其中一条引线与电池芯(2)的阴极集流体或阳极集流体直接或通过导线连接；其另一条引线与电池外接引出导线连接或直接作为电池的引出导线。
2、根据权利要求1所述的安全型聚合物二次锂离子电池，其特征在于：PTC(5)的引线(51)、(52)相互垂直或平行。
3、根据权利要求1所述的安全型聚合物二次锂离子电池，其特征在于：电池芯(2)采用堆叠或卷绕的方式组装。
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