本實(shí)用新型屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池極片。
背景技術(shù)：
近年來，隨著能源的枯竭和人們對環(huán)保的要求，電動汽車產(chǎn)業(yè)方面的發(fā)展日益迅速。鋰離子電池因其高能量密度和長循環(huán)壽命等特點(diǎn)，目前已成為電動汽車用動力能源的首選。但作為動力汽車的關(guān)鍵組成部分，鋰離子電池的安全性問題一直是動力汽車的一大障礙，因此鋰離子電池的安全問題備受人們關(guān)注。
鋰離子電池一般由電池殼體、電解液和裸電芯等組成。裸電芯由隔膜、正極片和負(fù)極片通過卷繞或者疊片的方式組裝而成?，F(xiàn)有的正、負(fù)極片一般是由正極或負(fù)極活性物質(zhì)分別和導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑等混合均勻后，涂布在集流體上，經(jīng)過烘干、輥壓等工序制作而成。由于鋰離子電池所使用的電極材料電化學(xué)反應(yīng)活性較高，且電解液中含有大量易燃的有機(jī)溶劑，電池在使用過程中容易發(fā)生因過充、短路、擠壓等引起的電池起火或爆炸。
關(guān)于電池安全問題，業(yè)界技術(shù)人員也作了許多的研究，除了在電池外部管理系統(tǒng)做了一系列研究工作之外，對電池內(nèi)部也有研究，主要體現(xiàn)在兩個方面：首先往電解液里加入防過充添加劑或阻燃添加劑等；其次在電池中設(shè)置PTC電阻元件（正溫度系數(shù)熱敏電阻）與電池串聯(lián)，利用PTC元件隨溫度增加電阻突變的特點(diǎn)來減小甚至切斷回路中的電流來起到保護(hù)電池的目的。然而，由于現(xiàn)有技術(shù)中一般是將PTC元件置于電池外部，因此其技術(shù)效果大多體現(xiàn)在改善過充，利用PTC元件電阻突然增大來切斷電流防止過充繼續(xù)發(fā)生；然而當(dāng)電池發(fā)生內(nèi)短路，如進(jìn)行針刺、擠壓等測試時，那些PTC元件就不能及時或者無法起到保護(hù)作用。
此外，現(xiàn)有技術(shù)中也有含PTC涂層的電極片，其將PTC涂層涂覆在活性材料層之上，在電池的內(nèi)部溫度因短路或事故而升高時PTC涂層通過將活性材料從導(dǎo)體變?yōu)榻^緣體而提高電池的安全性能。這樣的設(shè)置雖然能夠在一定程度上起到阻斷正負(fù)極片發(fā)生短接的作用，然而由于其涂覆在活性材料層之上，相當(dāng)于一層保護(hù)膜包覆在活性材料層的外表面，這將大大降低鋰離子在正負(fù)極之間的傳輸速度和電解液對電極片的浸潤效率，從而影響鋰離子電池的倍率性能和循環(huán)性能。
有鑒于此，確有必要提供一種具有高安全性能，高電解液浸潤效率的電極片，以保證鋰離子電池的品質(zhì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種具有高安全性能，高電解液浸潤效率的電極片。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用如下技術(shù)方案：
一種鋰離子電池極片，包括集流體和設(shè)置于集流體兩側(cè)的活性物質(zhì)層，還包括第一PTC材料層和第二PTC材料層，所述第一PTC材料層涂覆于所述集流體與所述活性物質(zhì)層之間，所述第二PTC材料層涂覆于所述活性物質(zhì)層的表面；所述電池極片還設(shè)置有若干貫穿所述集流體、所述第一PTC材料層、所述活性材料層和所述第二PTC材料層的通孔，所述第一PTC材料層和所述第二PTC材料層的厚度均為0.01～5μm，所述通孔的孔徑大小為0.01~10μm。
本實(shí)用新型的作用原理為：由于PTC 材料是一種典型的具有溫度敏感性的電阻，超過一定的溫度（居里溫度）時，該P(yáng)TC材料的電阻值隨著溫度的升高呈階躍式的增大。當(dāng)鋰離子電池通過外部電路發(fā)生濫用時，電池升溫達(dá)到PTC材料的居里溫度時，第一PTC材料層將形成電子絕緣層，使得與之相連的活性物質(zhì)層與集流體之間無法形成回路，斷開與外電路的連接，阻止因外電路發(fā)生濫用等引起的安全問題。另外，第二PTC材料層可避免鋰離子電池本身因發(fā)生內(nèi)部短路而導(dǎo)致的著火爆炸等安全問題；因?yàn)閮?nèi)部短路時正極極片與負(fù)極極片接觸將放出大量的熱，當(dāng)達(dá)到居里溫度時，位于極片表層的第二PTC材料層將形成電子絕緣層，阻斷正極與負(fù)極繼續(xù)放電，如同導(dǎo)體與絕緣體短接，阻止短路繼續(xù)惡化，因此起到保護(hù)鋰離子電池的目的。
而在覆蓋有活性材料層的部分設(shè)置有貫穿整個電極片的通孔，便于電解液對電池極片的浸潤，并為流通的離子提供了距離更短的運(yùn)動通道，使得離子的流動更為通暢，離子的自由流動性得到提升；從而有效提高鋰離子電池的充放電倍率性能和循環(huán)性能。
其中，當(dāng)通孔的孔徑小于0.01μm時，由于孔徑過小而不利于電解液對極片的浸潤，降低浸潤效率；當(dāng)通孔的孔徑大于10μm時，由于孔徑過大而影響極片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使電池循環(huán)性能下降。
當(dāng)?shù)谝籔TC材料層和第二PTC材料層的厚度低于0.01μm時，由于其不能足夠覆蓋對應(yīng)的集流體和活性物質(zhì)層，在達(dá)到居里溫度時不能起到完整的隔絕作用，因第一PTC材料層和第二PTC材料層的常溫電阻率相比于活性物質(zhì)層的物質(zhì)略高；而當(dāng)?shù)谝籔TC材料層和第二PTC材料層的厚度超過5μm時，第一PTC材料層和第二PTC材料層的常溫電阻將影響到電池的正常使用。
優(yōu)選的，所述第一PTC材料層和所述第二PTC材料層的厚度均為0.1～1μm。
優(yōu)選的，所述通孔的孔徑大小為0.01~0.1μm。
優(yōu)選的，所述通孔的孔隙率為20~60%；更優(yōu)選為40~50%?？紫堵蔬^低，不利于電解液對電池極片的浸潤；孔隙率過高，會影響電池極片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
優(yōu)選的，所述第一PTC材料層和所述第二PTC材料層的涂覆面積均大于或等于所述活性物質(zhì)層的涂覆面積。
優(yōu)選的，所述第一PTC材料層和所述第二PTC材料層均由導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和PTC材料混合制成。其中，所述PTC材料可為有機(jī)聚合物復(fù)合PTC 材料或無機(jī)金屬氧化物PTC材料中的至少一種。優(yōu)選的，有機(jī)聚合物復(fù)合PTC 材料可為聚乙烯與乙炔黑復(fù)合物。優(yōu)選的，無機(jī)金屬氧化物PTC 材料可為稀土元素釔摻雜的三氧化二釩。在此需要說明的是，所述PTC材料均為可以商購的公知材料。所述導(dǎo)電劑可為導(dǎo)電碳、導(dǎo)電碳纖維、導(dǎo)電碳納米管和導(dǎo)電石墨中的一種或多種。所述粘結(jié)劑可為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和丁苯橡膠中的一種或多種。
優(yōu)選的，所述PTC材料的常溫電阻率為0.05～5Ω·cm，居里溫度為80~120℃。
優(yōu)選的，所述電池極片為正極極片或負(fù)極極片，所述集流體為鋁箔或銅箔。
本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型一種鋰離子電池極片，包括集流體和設(shè)置于集流體兩側(cè)的活性物質(zhì)層，還包括第一PTC材料層和第二PTC材料層，所述第一PTC材料層涂覆于所述集流體與活性物質(zhì)層之間，所述第二PTC材料層涂覆于所述活性物質(zhì)層的表面；所述電池極片還設(shè)置有若干貫穿所述集流體、所述第一PTC材料層、所述活性材料層和所述第二PTC材料層的通孔，所述第一PTC材料層和所述第二PTC材料層的厚度均為0.01～5μm，所述通孔的孔徑大小為0.01~10μm。本實(shí)用新型通過第一、第二PTC材料層的設(shè)置，使得本實(shí)用新型不僅在電池發(fā)生外部電路濫用時能阻止電池活性物質(zhì)層與外電路形成通路，防止外短路的發(fā)生，同時當(dāng)電池極片表面殘留的粉塵或金屬顆粒刺破隔膜或在針刺、擠壓等測試時，鋰離子電池極片能阻止電池內(nèi)短路的發(fā)生；而若干貫穿的通孔的設(shè)置，則有利于提高電解液對電池極片的浸潤效率，并為流通的離子提供了距離更短的運(yùn)動通道，使得離子的流動更為通暢，離子的自由流動性得到提升；從而有效提高鋰離子電池的充放電倍率性能和循環(huán)性能。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1-集流體；2-活性物質(zhì)層；3-第一PTC材料層；4-第二PTC材料層；5-通孔。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施方式和說明書附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
如圖1所示，一種鋰離子電池極片，包括集流體1和設(shè)置于集流體1兩側(cè)的活性物質(zhì)層2，還包括第一PTC材料層3和第二PTC材料層4，第一PTC材料層3涂覆于集流體1與活性物質(zhì)層2之間，第二PTC材料層4涂覆于活性物質(zhì)層2的表面，且第一PTC材料層3和第二PTC材料層4的涂覆面積均大于或等于活性物質(zhì)層2的涂覆面積；電池極片還設(shè)置有若干貫穿集流體1、第一PTC材料層3、活性材料層和第二PTC材料層4的通孔5，第一PTC材料層3和第二PTC材料層4的厚度均為0.01～5μm，通孔5的孔徑大小為0.01~10μm，通孔5的孔隙率為20~60%。
其中，電池極片為正極極片或負(fù)極極片，集流體1為鋁箔或銅箔。
優(yōu)選的，第一PTC材料層3和第二PTC材料層4的厚度均為0.1～1μm，通孔5的孔徑大小為0.01~0.1μm，通孔5的孔隙率為40~50%。
優(yōu)選的，第一PTC材料層3和第二PTC材料層4均由導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和PTC材料混合制成。其中，PTC材料可為有機(jī)聚合物復(fù)合PTC 材料或無機(jī)金屬氧化物PTC材料中的至少一種。優(yōu)選地，有機(jī)聚合物復(fù)合PTC 材料可為聚乙烯與乙炔黑復(fù)合物。優(yōu)選地，無機(jī)金屬氧化物PTC 材料可為稀土元素釔摻雜的三氧化二釩。其中，PTC材料的常溫電阻率為0.05～5Ω·cm，居里溫度為80~120℃。在此需要說明的是，PTC材料均為可以商購的公知材料。導(dǎo)電劑可為導(dǎo)電碳、導(dǎo)電碳纖維、導(dǎo)電碳納米管和導(dǎo)電石墨中的一種或多種。粘結(jié)劑可為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和丁苯橡膠中的一種或多種。
本實(shí)用新型的作用原理為：由于PTC 材料是一種典型的具有溫度敏感性的電阻，超過一定的溫度（居里溫度）時，該P(yáng)TC材料的電阻值隨著溫度的升高呈階躍式的增大。當(dāng)鋰離子電池通過外部電路發(fā)生濫用時，電池升溫達(dá)到PTC材料的居里溫度時，第一PTC材料層3將形成電子絕緣層，使得與之相連的活性物質(zhì)層2與集流體1之間無法形成回路，斷開與外電路的連接，阻止因外電路發(fā)生濫用等引起的安全問題。另外，第二PTC材料層4可避免鋰離子電池本身因發(fā)生內(nèi)部短路而導(dǎo)致的著火爆炸等安全問題；因?yàn)閮?nèi)部短路時正極極片與負(fù)極極片接觸將放出大量的熱，當(dāng)達(dá)到居里溫度時，位于極片表層的第二PTC材料層4將形成電子絕緣層，阻斷正極與負(fù)極繼續(xù)放電，如同導(dǎo)體與絕緣體短接，阻止短路繼續(xù)惡化，因此起到保護(hù)鋰離子電池的目的。而在覆蓋有活性材料層的部分設(shè)置有貫穿整個電極片的通孔5，便于電解液對電池極片的浸潤，并為流通的離子提供了距離更短的運(yùn)動通道，使得離子的流動更為通暢，離子的自由流動性得到提升；從而有效提高鋰離子電池的充放電倍率性能和循環(huán)性能。
其中，當(dāng)通孔5的孔徑過小，孔隙率過低時，不利于電解液對極片的浸潤，降低浸潤效率；當(dāng)通孔5的孔徑過大，孔隙率過高時，會影響極片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使電池循環(huán)性能下降。當(dāng)?shù)谝籔TC材料層3和第二PTC材料層4的厚度低于0.01μm時，由于其不能足夠覆蓋對應(yīng)的集流體1和活性物質(zhì)層2，在達(dá)到居里溫度時不能起到完整的隔絕作用；因第一PTC材料層3和第二PTC材料層4的常溫電阻率相比于活性物質(zhì)層2的物質(zhì)略高；而當(dāng)?shù)谝籔TC材料層3和第二PTC材料層4的厚度超過5μm時，第一PTC材料層3和第二PTC材料層4的常溫電阻將影響到電池的正常使用。
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例一
鋰離子電池正極極片：
首先制備含PTC材料的漿料：PTC材料選用稀土元素釔摻雜的三氧化二釩，其常溫電阻率為0.09Ω·cm，當(dāng)溫度超過95℃時，其電阻率達(dá)到5000Ω·cm。首先球磨該P(yáng)TC材料4h，將球磨后的PTC、導(dǎo)電劑導(dǎo)電石墨、粘結(jié)劑聚四氟乙烯按照88:4:8的質(zhì)量比與溶劑N-甲基吡咯烷酮混合均勻制成含PTC材料的漿料；將含PTC材料的漿料涂覆在已焊接好極耳的集流體1鋁箔上，烘烤除去溶劑，在集流體1上形成厚度為1μm的第一PTC材料層3；反面同樣涂覆相同厚度的PTC材料的漿料，烘烤除去溶劑。
其次制備鋰離子電池正極活性物質(zhì)層2：將三元材料NCM、導(dǎo)電碳SP、聚四氟乙烯按照96:2:2的質(zhì)量比與溶劑N-甲基吡咯烷酮混合均勻制成鋰離子電池正極活性物質(zhì)層2漿料，將正極活性物質(zhì)層2漿料涂覆于形成在集流體1之上的第一PTC材料層3上，涂覆面積與第一PTC材料層3的涂覆面積一致，經(jīng)烘烤除去溶劑，在第一PTC材料層3上形成正極活性物質(zhì)層2；反面制備工藝相同。
然后在正極活性物質(zhì)層2上再次涂覆與第一PTC材料層3中相同的含有PTC材料的漿料，涂覆面積與第一PTC材料層3的涂覆面積一致，即在正極活性物質(zhì)層2上形成第二PTC材料層4，正反面制備工藝相同，涂覆面積和厚度與第一PTC材料層3相同，經(jīng)烘烤除去溶劑，得到具有“三明治”夾心結(jié)構(gòu)的涂層，經(jīng)冷壓后，對極片進(jìn)行打通孔5，其中孔徑大小為0.01μm，孔隙率為60%，即得到鋰離子電池正極極片。
實(shí)施例二
鋰離子電池負(fù)極極片：
首先制備含PTC材料的漿料：PTC 材料選用聚乙烯與乙炔黑復(fù)合物，其常溫電阻率為0.06Ω·cm，但是當(dāng)溫度超過90℃時，電阻率達(dá)到5000Ω·cm。首先球磨該P(yáng)TC材料4h，將球磨后的PTC、導(dǎo)電劑導(dǎo)電碳纖維、粘結(jié)劑聚四氟乙烯按照90:3:7的質(zhì)量比與溶劑N-甲基吡咯烷酮混合均勻制成含PTC材料的漿料；將含PTC材料的漿料涂覆在已焊接好極耳的集流體1銅箔上，烘烤除去溶劑，在集流體1上形成厚度為0.1μm的第一PTC材料層3；反面同樣涂覆相同厚度的PTC材料的漿料，烘烤除去溶劑。
其次制備鋰離子電池負(fù)極活性物質(zhì)層2：將人造石墨、導(dǎo)電碳、丁苯橡膠以及羧甲基纖維素鈉按照95:2:2:1的質(zhì)量比與去離子水混合均勻制成鋰離子電池負(fù)極活性物質(zhì)層2漿料，將負(fù)極活性物質(zhì)層2漿料涂覆于形成在集流體1之上的第一PTC材料層3上，涂覆面積與第一PTC材料層3的涂覆面積一致，經(jīng)烘烤除去溶劑，在第一PTC材料層3上形成負(fù)極活性物質(zhì)層2；反面制備工藝相同。
然后在負(fù)極活性物質(zhì)層2上再次涂覆與第一PTC材料層3中相同的含有PTC材料的漿料，涂覆面積與第一PTC材料層3的涂覆面積一致，即在負(fù)極活性物質(zhì)層2上形成第二PTC材料層4，正反面制備工藝相同，涂覆面積和厚度與第一PTC材料層3相同，經(jīng)烘烤除去溶劑，得到具有“三明治”夾心結(jié)構(gòu)的涂層，經(jīng)冷壓后，對極片進(jìn)行打通孔5，其中孔徑大小為0.1μm，孔隙率為20%，即得到鋰離子電池負(fù)極極片。
根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本實(shí)用新型并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式，對本實(shí)用新型的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本實(shí)用新型構(gòu)成任何限制。