安全電池及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及安全電池及其制造方法，包括：隔膜、正極極片和負(fù)極極片，所述正極極片包括正極材料和正極集流體，所述正極材料涂布于所述正極集流體上，所述負(fù)極極片包括負(fù)極材料和負(fù)極集流體，所述負(fù)極材料涂布于所述負(fù)極集流體上，所述正極材料和所述負(fù)極材料至少一種混合有PTC材料。當(dāng)電池受到擠壓或者劇烈碰撞而導(dǎo)致內(nèi)部正極極片和負(fù)極極片之間的短路時(shí)，由于電池內(nèi)部溫度上升，導(dǎo)致正極極片和/或負(fù)極極片上的PTC材料在達(dá)到居里溫度后阻值迅速提升至極大，使得電池內(nèi)部阻值極大，從而大大降低電池內(nèi)部的電流，避免由于短路造成的電池內(nèi)部過(guò)熱而造成的爆炸，大大提高了電池的安全性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
安全電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及安全電池及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，以及對(duì)環(huán)保的要求，各行各業(yè)的能源都逐步轉(zhuǎn)換為采用電能解決，電池得到了大規(guī)模的應(yīng)用的快速的發(fā)展，比如，電池應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)上，電動(dòng)汽車(chē)則得到了飛速發(fā)展。但目前電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)存在著一定的障礙以及瓶頸，主要在于電池的安全性問(wèn)題。
[0003]電池一般由蓋板、殼體、電解液和電芯等組成。電芯由隔膜、正極片和負(fù)極片通過(guò)卷繞或者疊片的方式組裝而成。正、負(fù)極片是正極或負(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(guò)烘干、輥壓等工序制作而成。由于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(guò)程中容易發(fā)生因碰撞和擠壓等引起的電池短路而起火或爆炸。
[0004]為了提高電池所在電路的安全性，在電路中加入PTC(Positive TemperatureCoefficient，正溫度系數(shù)/正溫度系數(shù)熱敏電阻)是一個(gè)較佳的解決方案，PTC是一種典型具有溫度敏感性的半導(dǎo)體電阻，超過(guò)一定的溫度(居里溫度)時(shí)，它的電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的增高。這樣，在電路發(fā)生短路時(shí)，由于熱量極大，進(jìn)而使得PTC溫度上升并超過(guò)一定溫度，PTC阻值躍升至極大，從而使得電路中電流極大減小，相當(dāng)于對(duì)電路進(jìn)行阻斷，從而使得電路在短路時(shí)可及時(shí)斷開(kāi)，確保安全，但上述這種方案存在缺陷，其僅能解決電路短路或電池外部故障引起的溫度異常，而無(wú)法在電池內(nèi)部短路時(shí)產(chǎn)生作用。應(yīng)該理解的是，當(dāng)電池應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)上時(shí)，在發(fā)生交通事故時(shí)，電池首當(dāng)其沖受到擠壓碰撞，電池內(nèi)部由于擠壓產(chǎn)生短路，而由于PTC設(shè)置于電路中或電池外部，無(wú)法切斷電池內(nèi)部的正負(fù)極連接，進(jìn)而因短路造成電池內(nèi)部溫度急劇上升，引起爆炸，依然存在安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有電路無(wú)法對(duì)電池由于受擠壓和沖撞而造成的內(nèi)部的短路進(jìn)行斷路，無(wú)法避免由此造成的安全隱患的缺陷，提供一種安全電池及其制造方法，能夠在電池內(nèi)部短路時(shí)，對(duì)進(jìn)行切斷，進(jìn)而有效避免由此造成的安全事故。
[0006]—種安全電池，包括:隔膜、正極極片和負(fù)極極片，所述正極極片包括正極材料和正極集流體，所述正極材料涂布于所述正極集流體上，所述負(fù)極極片包括負(fù)極材料和負(fù)極集流體，所述負(fù)極材料涂布于所述負(fù)極集流體上，所述正極材料和所述負(fù)極材料至少一種混合有PTC材料。
[0007]進(jìn)一步地，所述PTC材料包括聚合物、導(dǎo)電劑、阻燃劑和抗氧化劑；所述聚合物為膠、天然橡膠、丁腈膠、聚氨酯、聚乙烯酯、聚丙烯酯、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯、聚環(huán)氧乙烷中的一種或多種的混合物;所述導(dǎo)電劑為石墨、炭黑、碳纖維、金屬粉末或纖維中的一種或多種的混合物。
[0008]進(jìn)一步地，所述正極材料中混合的PTC材料質(zhì)量百分比為0.1 %?90%。
[0009]進(jìn)一步地，所述負(fù)極材料中混合的PTC材料質(zhì)量百分比為0.1%?90%。
[0010]—種安全電池的制造方法，包括以下步驟:
[0011]將正極材料、負(fù)極材料和PTC材料分別磨成粉狀；
[0012]將粉狀的正極材料和粉狀的PTC材料混合，勾兌成正極漿料；
[0013]將粉狀的負(fù)極材料和粉狀的PTC材料混合，勾兌成負(fù)極漿料；
[0014]將所述正極漿料和所述負(fù)極漿料分別涂布在集流體上制備成正極極片和負(fù)極極片;
[0015]將隔膜置于所述正極極片和所述負(fù)極極片之間，卷繞成電芯；
[0016]將所述電芯放入殼體中；
[0017]在所述殼體中注入電解液；
[0018]將蓋板安裝在殼體上封裝形成電池。
[0019]進(jìn)一步地，所述PTC材料包括聚合物、導(dǎo)電劑、阻燃劑和抗氧化劑；所述聚合物為膠、天然橡膠、丁腈膠、聚氨酯、聚乙烯酯、聚丙烯酯、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯、聚環(huán)氧乙烷中的一種或多種的混合物;所述導(dǎo)電劑為石墨、炭黑、碳纖維、金屬粉末或纖維中的一種或多種的混合物。
[0020]進(jìn)一步地，粉狀的所述PTC材料的粗細(xì)度為50目?500目。
[0021]上述安全電池及其制造方法，當(dāng)電池受到擠壓或者劇烈碰撞而導(dǎo)致內(nèi)部正極極片和負(fù)極極片之間的短路時(shí)，由于電池內(nèi)部溫度上升，導(dǎo)致正極極片和/或負(fù)極極片上的PTC材料在達(dá)到居里溫度后阻值迅速提升至極大，使得電池內(nèi)部阻值極大，從而大大降低電池內(nèi)部的電流，避免由于短路造成的電池內(nèi)部過(guò)熱而造成的爆炸，大大提高了電池的安全性。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的安全電池的制造方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施方式。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施方式。相反地，提供這些實(shí)施方式的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容理解的更加透徹全面。
[0024]需要說(shuō)明的是，當(dāng)元件被稱(chēng)為“設(shè)置于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類(lèi)似的表述只是為了說(shuō)明的目的，并不表示是唯一的實(shí)施方式。
[0025]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。
[0026]如圖1所示，其為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的安全電池，包括:隔膜、正極極片和負(fù)極極片，所述正極極片包括正極材料和正極集流體，所述正極材料涂布于所述正極集流體上，所述負(fù)極極片包括負(fù)極材料和負(fù)極集流體，所述負(fù)極材料涂布于所述負(fù)極集流體上，所述正極材料和所述負(fù)極材料至少一種混合有PTC材料。例如，所述正極材料混合了PTC材料，例如，所述負(fù)極材料混合了 PTC材料，例如，所述正極材料和所述負(fù)極材料均混合了 PTC材料。
[0027]其中，所述PTC材料包括聚合物、導(dǎo)電劑、阻燃劑和抗氧化劑;所述聚合物為膠、天然橡膠、丁腈膠、聚氨酯、聚乙烯酯、聚丙烯酯、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯、聚環(huán)氧乙烷中的一種或多種的混合物;所述導(dǎo)電劑為石墨、炭黑、碳纖維、金屬粉末或纖維中的一種或多種的混合物;所述正極材料為磷酸亞鐵鋰或由帶磷酸亞鐵鋰的三元正極材料;所述負(fù)極材料為石墨和石墨烯的其中一種或兩種;所述正極集流體為鋁箔，所述負(fù)極集流體為銅箔。
[0028]當(dāng)電池受到擠壓或者劇烈碰撞而導(dǎo)致內(nèi)部正極極片和負(fù)極極片之間的短路時(shí)，由于電池內(nèi)部溫度上升，導(dǎo)致正極極片和/或負(fù)極極片上的PTC材料在達(dá)到居里溫度后阻值迅速提升至極大，使得電池內(nèi)部阻值極大，從而大大降低電池內(nèi)部的電流，避免由于短路造成的電池內(nèi)部過(guò)熱而造成的爆炸，大大提高了電池的安全性。值得一提的是，即使此時(shí)PTC材料的阻值極大，但電池內(nèi)部仍有微弱電流通過(guò)，因此電池仍能維持在居里溫度上下浮動(dòng)，而PTC材料則持續(xù)對(duì)電池內(nèi)部的電流進(jìn)行阻斷，這樣，在電池內(nèi)部故障沒(méi)有排除之前，電池則一直保持阻斷狀態(tài)，這樣，有效避免當(dāng)溫度降低后，電池恢復(fù)導(dǎo)通，進(jìn)而使得短路再次發(fā)生而引起電池爆炸，使得進(jìn)一步提高電池的安全性。
[0029]應(yīng)該理解的是，PTC材料的居里溫度可根據(jù)聚合物、導(dǎo)電劑、阻燃劑和抗氧化劑之間的比例調(diào)制，這樣，電池則在不同的使用條件或不同的使用環(huán)境中，具有安全特性，例如，當(dāng)居里溫度較低時(shí)，電池在較低的溫度或者在短路的瞬間即切斷，當(dāng)距離溫度較高時(shí)，則電池在相對(duì)價(jià)高的溫度或者短路后的一段時(shí)間切斷。
[°03°]因此，本發(fā)明中PTC材料包含如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的各組分:聚合物65份?75份、導(dǎo)電劑30份?35份、阻燃劑10.5份?11.5份以及氧化劑2.5份?3.5份。
[0031]為了使得PTC材料的阻斷效果更佳，進(jìn)一步地，所述正極材料中混合的PTC材料質(zhì)量百分比為0.1 %?90 %，進(jìn)一步地，所述負(fù)極材料中混合的PTC材料質(zhì)量百分比為0.1 %
?90% ο
[0032]如圖1所示，本發(fā)明還提供一種安全電池的制造方法，包括以下步驟:
[0033]步驟SlOO，將正極材料、負(fù)極材料和PTC材料分別磨成粉狀。
[0034]具體來(lái)說(shuō)，將正極材料、負(fù)極材料和PTC材料分別磨成顆粒度為50目?500目的粉末，優(yōu)選地，將正極材料、負(fù)極材料和PTC材料分別磨成顆粒度為200目的粉末。
[0035]步驟S200，將粉狀的正極材料和粉狀的PTC材料混合，勾兌成正極漿料。
[0036]步驟S300，將粉狀的負(fù)極材料和粉狀的PTC材料混合，勾兌成負(fù)極漿料。
[0037]步驟S400，將所述正極漿料和所述負(fù)極漿料分別涂布在集流體上制備成正極極片和負(fù)極極片。
[0038]步驟S500，將隔膜置于所述正極極片和所述負(fù)極極片之間，卷繞成電芯。
[0039]步驟S600，將所述電芯放入殼體中。
[0040]步驟S700，在所述殼體中注入電解液。
[0041 ]步驟S800，將蓋板安裝在殼體上封裝形成電池。
[0042]下面是本發(fā)明的具體實(shí)施例:
[0043]實(shí)施例1
[0044]軟包聚合物電池，將含有質(zhì)量百分比為10%的PTC材料與質(zhì)量百分比為90%的其他正極材料混合后，加入溶劑中攪拌形成正極漿料，涂覆在正極集流體上制備成正極極片，將含有質(zhì)量百分比為1 %的PTC材料與質(zhì)量百分比為90 %的其他負(fù)極材料混合后，加入溶劑中攪拌形成負(fù)極漿料，涂覆在負(fù)極集流體上制備成負(fù)極極片，正極極片、負(fù)極極片與隔膜卷繞成電芯并封裝入殼體內(nèi)。在常溫下，通過(guò)電池的電流為3A，當(dāng)電池的溫度上升到80°C時(shí)，通過(guò)的電流減小至0.1A，軟包聚合物電池的阻值上升至40歐姆。
[0045]實(shí)施例2
[0046]圓柱形鋰電池，將含有質(zhì)量百分比為5%的PTC材料與質(zhì)量百分比為95%的其他正極材料混合后，加入溶劑中攪拌形成正極漿料，涂覆在正極集流體上制備成正極極片，將含有質(zhì)量百分比為5 %的PTC材料與質(zhì)量百分比為95 %的其他負(fù)極材料混合后，加入溶劑中攪拌形成負(fù)極漿料，涂覆在負(fù)極集流體上制備成負(fù)極極片，正極極片、負(fù)極極片與隔膜卷繞成電芯并封裝入殼體內(nèi)。在常溫下，通過(guò)電池的電流為3A，當(dāng)電池的溫度上升到85°C時(shí)，通過(guò)的電流減小至0.1A，圓柱形鋰電池的阻值上升至40歐姆。
[0047]實(shí)施例3
[0048]鎳氫電池，將含有質(zhì)量百分比為5%的PTC材料與質(zhì)量百分比為95%的其他正極材料混合后，加入溶劑中攪拌形成正極漿料，涂覆在正極集流體上制備成正極極片，將含有質(zhì)量百分比為5 %的PTC材料與質(zhì)量百分比為95 %的其他負(fù)極材料混合后，加入溶劑中攪拌形成負(fù)極漿料，涂覆在負(fù)極集流體上制備成負(fù)極極片，正極極片、負(fù)極極片與隔膜卷繞成電芯并封裝入殼體內(nèi)。在常溫下，通過(guò)電池的電流為2.6A，當(dāng)電池的溫度上升到85°C時(shí)，通過(guò)的電流減小至0.1A，鎳氫電池的阻值上升至20歐姆。
[0049]以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說(shuō)明書(shū)記載的范圍。
[0050]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種安全電池，其特征在于，包括:隔膜、正極極片和負(fù)極極片，所述正極極片包括正極材料和正極集流體，所述正極材料涂布于所述正極集流體上，所述負(fù)極極片包括負(fù)極材料和負(fù)極集流體，所述負(fù)極材料涂布于所述負(fù)極集流體上，所述正極材料和所述負(fù)極材料至少一種混合有PTC材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全電池，其特征在于，所述PTC材料包括聚合物、導(dǎo)電劑、阻燃劑和抗氧化劑;所述聚合物為膠、天然橡膠、丁腈膠、聚氨酯、聚乙烯酯、聚丙烯酯、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯、聚環(huán)氧乙烷中的一種或多種的混合物;所述導(dǎo)電劑為石墨、炭黑、碳纖維、金屬粉末或纖維中的一種或多種的混合物。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全電池，其特征在于，所述正極材料中混合的PTC材料質(zhì)量百分比為0.1%?90%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全電池，其特征在于，所述負(fù)極材料中混合的PTC材料質(zhì)量百分比為0.1%?90%。5.一種安全電池的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 將正極材料、負(fù)極材料和PTC材料分別磨成粉狀； 將粉狀的正極材料和粉狀的PTC材料混合，勾兌成正極漿料； 將粉狀的負(fù)極材料和粉狀的PTC材料混合，勾兌成負(fù)極漿料； 將所述正極漿料和所述負(fù)極漿料分別涂布在集流體上制備成正極極片和負(fù)極極片； 將隔膜置于所述正極極片和所述負(fù)極極片之間，卷繞成電芯； 將所述電芯放入殼體中； 在所述殼體中注入電解液； 將蓋板安裝在殼體上封裝形成電池。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的安全電池的制造方法，其特征在于，所述PTC材料包括聚合物、導(dǎo)電劑、阻燃劑和抗氧化劑;所述聚合物為膠、天然橡膠、丁腈膠、聚氨酯、聚乙烯酯、聚丙烯酯、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯、聚環(huán)氧乙烷中的一種或多種的混合物;所述導(dǎo)電劑為石墨、炭黑、碳纖維、金屬粉末或纖維中的一種或多種的混合物。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的安全電池的制造方法，其特征在于，粉狀的所述PTC材料的粗細(xì)度為50目?500目。
【文檔編號(hào)】H01M10/0525GK105845968SQ201610237123
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】于永斌
【申請(qǐng)人】惠州市聚鼎電子有限公司