201205929 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001]本發明涉及一種鋰離子電池極耳及具有該極耳的鋰離子 電池，尤其涉及一種具有PTC功能的裡離子電池極耳及具 有該極耳的鋰離子電池。 【先前技術】 [0002] 隨著電子技術的不斷發展，目前電子消費品和一些專業 的電子設備逐步向小型化和便攜化發展，並且功能也在 不斷的增加，這就對電池的能量提出了越來越高的要求 〇 。鐘離子電池具有較高的能量密度，並且多以有機溶劑 ' ' . . 作為電解質的載體，而目前鋰離子電池所使用的有機電 解質揮發性高且易燃，故鋰離子電池的比容量雖然高， - 但存在安全性問題。鋰離子電池由於過壓、過流、短路 - 專異常原因致使電池溫度升高到一定程度時，電池内有 機物質發生副反應，不僅使電池易失效，率可能引起燃 燒或爆炸。 〇 *·0003^為了防止燃燒或爆炸，鐘離子電池通常包括有溫度保護 功能的正溫度係數（PTC)器件。當PTC器件達到一設定溫 度時，該PTC器件的電阻可迅速升高幾個數量級。將pTc 益件連接在鋰離子電池的電路中，利用該pTC器件突然增 大的阻值可減小甚至切斷過充/過放或短路的電流，可達 到安全保護链離子電池的目的。 [0004]先如技術中通常是將PTC材料做成單獨的PTC器件與裡離 子電池中的極耳串聯來保護鋰離子電池，2〇〇6年3月1曰 公告的公告號為CN2762362Y的中國大陸專利介紹了該方 099123370 表單編號A0]01 第3頁/共15頁 0992041164-0 201205929 面的技術，但這種串聯的結構使得在鋰離子電池包裝殼 設計時必須預留出PTC器件的安裝空間，影響了鋰離子電 池内部空間的利用率，且對於不同結構的鋰離子電池， 該PTC器件的安裝位置也要相應作出改變。 【發明内容】 [0005] 有鑒於此，提供一種自身能集成PTC功能、易於製作且適 用性廣泛的鋰離子電池極耳及具有該極耳的鋰離子電池 實為必要。 [0006] 一種鋰離子電池極耳，該極耳包括一金屬片和設置於該 金屬片表面的PTC材料層。 [0007] 一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括殼體、置於殼體内 的電芯及極耳，該極耳一端與所述電芯相連，另一端伸 出殼體外，且所述極耳包括一金屬片和設置於該金屬片 表面的PTC材料層。 [0008] 相較於先前技術，本發明鋰離子電池極耳自身集成了 PTC 功能且製作簡單，適用於各種形狀和類型的鋰離子電池 ，藉由該極耳的PTC材料層與外電路連接，提高了鋰離子 電池的安全性能，由於該PTC材料層很薄，在室溫〜80°C 範圍内，該PTC材料層的電阻率很小，該極耳可正常導電 ，當鋰離子電池過充電、短路或其他原因造成過熱時， 該PTC材料層的電阻急劇上升達到切斷電流的作用，從而 很好的保護電池；當溫度降低到室溫〜8 0 °C範圍内後，該 PTC材料層的電阻率又變小，電池仍然可正常使用。另， 由於將較薄的PTC材料層直接形成於極耳金屬片表面，不 需要獨立設計PTC元件，不影響鋰離子電池設計時空間的 099123370 表單編號 A0101 第 4 頁/共 15 頁 0992041164-0 201205929 [0009] [0010] [0011] ο [0012] Ο [0013] 利用率。 【實施方式】 以下將結合附圖詳細說明本發明實施例鋰離子電池極耳 及具有該極耳的鋰離子電池。 請參閱圖1，本發明實施例鋰離子電池極耳10包括金屬片 12和設置於該金屬片12表面的PTC材料層14。 所述金屬片12的材料可為金、銀、銅、鎳或鋁等導電性 較好的純金屬或上述金屬的合金，本發明實施例中該金 屬片12為鋁片。該鋰離子電池極耳10可為正極極耳或負 極極耳，可以理解，該正、負極極耳的金屬片12的材料 可不同。例如，當該極耳1 0為正極極耳時，該金屬片1 2 的材料可為銘片 > 當該極耳10為負極極耳時’該金屬片 12的材料可為鎳片。金屬片12的厚度優選為 0. 1mm〜0. 4mm，金屬片12的寬度優選為3mm〜100mm。 所述PTC材料層14的材料為PTC功能材料，該PTC材料層 14既可設置於該金屬片12的一個表面，也可設置於該金 屬片12相對的兩個表面。所述PTC材料層14的厚度優選為 5//m~500//m，更為優選為5//m〜50/zm。戶斤述PTC功能 材料可為聚合物複合型PTC材料或無機複合氧化物PTC材 料。 其中，所述聚合物複合型PTC材料進一步包括：（A) —種 熔點在80°C~180°C的聚合物，該聚合物可為烯烴及烯烴 衍生物的均聚物或共聚物，如聚乙烯、聚乙烯/醋酸乙烯 或環氧樹脂等；（B)—種導電顆粒，該導電顆粒可為金屬 099123370 表單編號A0101 第5頁/共15頁 0992041164-0 201205929 氧化物、金屬粉或導電的碳系顆粒。其中所述金屬氧化 物可為三氧化二飢（V2〇3)、二氧化鈒（V〇2)或二氧化鈦 (Ti〇2)等；所述金屬粉可為銀粉、銅粉、鎳粉或上述金 屬的合金粉體；所述導電的碳系顆粒可為石墨、炭黑、 乙炔黑、碳纖維或奈米碳管等。所述導電顆粒分散在該 聚合物中，常溫下形成導電網路，使該聚合物複合型PTC 材料在常溫下電阻值較低；當溫度升高到所述聚合物的 熔點時，該聚合物膨脹致使所述導電網路斷開，從而使 該聚合物複合性P T C材料的電阻率迅速增大。 [0014] 需要注意的是，所述聚合物複合型PTC材料的PTC性能與 導電顆粒的含量和聚合物的結晶度等因素有關。該導電 顆粒的含量過多或過少，及聚合物的結晶度較低都會使 所述聚合物複合型PTC材料隨溫度變化的敏感度變低。優 選的，所述導電顆粒與所述聚合物的質量比為 0. 2 :卜1:1 ;所述聚合物的結晶度為10%〜80%。 [0015] 所述聚合物複合型P T C材料可藉由高能輻照交聯的方法製 備，具體製備過程為：將所述導電顆粒分散到所述聚合 物中，然後藉由紫外線照射或加熱的方法使該聚合物交 聯固化，獲得聚合物複合型PTC材料。交聯的過程可提高 該聚合物複合型P T C材料的穩定性和使用壽命。 [0016] 所述無機複合氧化物P T C材料可為三氧化二飢（v 2 〇 3)、鈦 酸鋇（BaTiOq)、摻雜的三氧化二釩或摻雜的鈦酸鋇。 0 [0017] 所述摻雜的V2〇3或摻雜的BaTi〇3為在V2〇3或BaTi〇3中摻 雜有金屬元素或其他低阻相物質，來降低該V2〇3或該Ba- 099123370 表單編號A0101 第6頁/共15頁 0992041164-0 201205929 [0018] [0019] [0020] [0021] ❹ [0022] Ο [0023] [0024] [0025]
Ti〇3的室溫電阻率，從而增強了PTC材料對溫度的敏感度 。所述金屬元素可為鑭、錄、在乙、銳、组或錄等。 本發明經離子電池極耳10可根據如下方法製備： S1，將所述PTC功能材料製成镟钮江u ^ 1热 衣战水科，並均勻塗覆於所述金 屬片12表面；及 S2 ’在7(rc~120°CT熱處理該裝料6〜1〇小時，使所述 PTC功能材料固化於金屬片12表面形成該PTC材料層14。
在上述步驟S1中’ §PTC功能材料為無機複合氧化物PTC 材料時，可進-步在該聚料中添加導電黏結劑。當PTC功 能材料為聚合物複合型PTC材料時，可不需要導電黏結劑 ，直接將導電顆粒和聚合物製絲料均句塗覆於金屬片 12表面，也可將預練成的聚合物複合型pTG材料研磨成 粉體，再與導《結賴成|料塗覆賴述金屬片12表 面。 所述導電減劑可絲轉、聚嗟吩或聚苯胺等，且該
. . · · ·-：: - - V 導電黏結劑的質量百分含量佔整個漿料的5%10%。 本發明採用不同材料的所述鋰離子電池極耳10。 實施例1 所述金屬片12的材料為鋁片，所述PTC功能材料為含有 V2〇3的環氧樹脂複合材料，其中v 〇與環氧樹脂的體積 L u 比為0. 9 :1 ’環氧樹脂的結晶度為7〇%。該鋰離子電池極 耳10的製備過程為：將顆粒與環氧樹脂按上述體積 比製成浆料’均勻塗覆於所述金屬片12表面，然後在9〇 099123370 表單編號A0101 第7頁/共15頁 0992041164-0 201205929 °C下燒結該漿料8小時，製成具有PTC材料層14的鋰離子 電池極耳10，其中該PTC材料層14的厚度為50//m。 [0026] [0027] [0028] [0029] 貫施例2 所述金屬片12的材料為鋁片，所述PTC功能材料為V 0粉 2 3 體’該V2〇3粉體的粒徑優選小於5〇#πι，所述導電黏結劑 為聚吡咯。v2〇3對溫度的敏感性較強，對電池大電流下 的過流保護能力較好。該經離子電池極耳1 〇的製備過程 如下：將粒徑為40/im的V2〇3粉體與質量百分比含量為8〇/〇 的聚吡咯混合製成漿料，均勻塗覆於所述金屬片12表面 ’然後在1 0 0 C下燒結該衆料8小择，製成具有ptc材料層 14的鋰離子電池極耳1〇，其中該PTC材料層14的厚度為 80 // m ° 請參閱圖2，本發明實施方式進一步提供了一種鋰離子電 池100。該鋰離子電池100包括殼體丨06、置於殼體内 的電芯1 0 8及與該電芯1 〇 8電連接的極耳丨〇。 該極耳10可包括正極極耳102和負極極耳1〇4。所述正極 極耳102及負極極耳1〇4一端分別與所述電芯1〇8中的正 極集流體及負極集流體相連接，另_端伸出所述殼體1〇6 外與外電路相連’其中，所述正極極耳⑽及負極極耳 104進-步包括-金屬片，且所述正極極耳及負極極 耳104中的至夕一個包括設置於該金屬片表面的㈣材料 層。該鐘離子電池100藉由正極極耳1〇2和/或負極極耳 104的PTC材料層與外電路相連接，在電性連接上，所述 正極極耳1()2和/或負極極耳1Q4的ρκ材料層串聯於該裡 099123370 表單編號A0101 第8頁/共15頁 0992041164-0 201205929 [0030] [0031] [0032] ❹ - [0033] [0034] [0035] Ο 離子電池1 0 〇與外電路之間。 所述正極料1()2及貞純糊4的—端可藉 式分別與f芯⑽中的正極錢體及負極集流體對 ，另，該正極極耳1G2及負極極耳刚也可為所述正連 流體及負極集流體的一部分。 "少、 所述鋰離子電池100的正極極耳1〇2及負極極耳可 一個或複數個。 所述PTC材料層在常溫下電阻率優選為〇. 〇〇5Ω 〇 cm，在8〇C~12(TC溧度以上的電阻率大於1〇4〇⑽，從 而使藉由該PTC材料層連接的鋰離子電池1〇〇在高溫下與 外電路斷開。 ' 本發明採用所述鋰離子電池極耳1〇製備所述鋰離子電池 100並進行測試。 實施例3 所述鋰離子電池1 00愈括一個正極_卑1〇2和一個負接極 耳104，且該正極極耳102包括一金屬片和設置於該金屬 片表面的PTC材料層’該負極極耳1〇4僅包括一金屬片。 本發明實施例中該正極極耳102的金屬片為鋁片，PTc材 料層為νζ〇3 ;該負極極耳1〇4的金屬片為鎳片。該鋰離子 電池100的製備過程如下： 首先，藉由超聲波焊接的方式分別將該玉極極耳102的金 屬片及該負極極耳104的金屬片一端與所述電芯log中的 正極集流體及負極集流體連接成一體。本實施例中正極 099123370 表單編號Α0101 第9頁/共15頁 0992041164_〇 [0036] 201205929 極耳102藉由所述PTC材料層與外電路連接。 [0037] 然後，將所述殼體106安裝在所述帶有正極極耳102和負 極極耳104的電芯108外，並注入電解液，抽空、密封後 形成鋰離子電池100。 [0038] 對該鋰離子電池100進行短路測試，即將鋰離子電池100 充滿電後，用一電阻不大於50πιΩ的導線將正極極耳102 與負極極耳104短路，測試鋰離子電池100表面及PTC材 料層的溫度變化，未短路時，正極極耳1 〇 2的P T C材料層 的電阻率為0. 08Ω · cm，短路後，鋰離子電池100的表面 溫度迅速上升，相應的PTC材料層的溫度也迅速上升，當 PTC材料層溫度超過8 0°C時，PTC材料層電阻率迅速上升 ，數量級達105Ω · cm，電阻的急劇增大切斷了短路電流 以避免電池溫度的進一步升高，從而較好的保護了該鋰 離子電池100。 [0039] 本發明鋰離子電池極耳自身集成了 PTC功能且製作簡單， 適用於各種形狀和類型的鋰離子電池，藉由該極耳的PTC 材料層與外電路連接，提高了鋰離子電池的安全性能， 由於該PTC材料層很薄，在室溫~80°(：範圍内，該PTC材 料層的電阻率很小，該極耳可正常導電，當鋰離子電池 過充電、短路或其他原因造成過熱時，該PTC材料層的電 阻急劇上升達到切斷電流的作用，從而很好的保護電池 ;當溫度降低到室溫〜80°C範圍内後，該PTC材料層的電 阻率又變小，電池仍然可正常使用。另，由於將較薄的 PTC材料層直接形成於極耳金屬片表面，不需要獨立設計 PTC元件，不影響鋰離子電池設計時空間的利用率。 099123370 表單編號A0101 第10頁/共15頁 0992041164-0 201205929 [0040] 綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提 [0041] 出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例 ，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案 技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化， 皆應涵蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是本發明實施例鋰離子電池極耳結構侧視示意圖。 [0042] 圖2是本發明實施例鋰離子電池正視示意圖。 ❹ [0043] 【主要元件符號說明】 1 〇 :極耳 [0044] 12 :金屬片 - [0045] 14 : PTC材料層 ' [0046] 100 :鋰離子電池 [0047] 1 0 2 :正極極耳 〇 _] 1 0 4 :負極極耳 [0049] 106 :殼體 [0050] 108 :電芯 099123370 表單編號AOiOl 第11頁/共15頁 0992041164-0