CN106252731A - 一种安全锂离子动力电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种安全锂离子动力电池，本发明包括壳体，所述壳体内设置有正极片、负极片和隔膜，所述正极片的集流体极耳处涂覆有氧化铝涂层，所述负极片的负极活性物质涂覆区表面涂覆PET层，所述隔膜为双面高分子微球隔膜，所述正极片、负极片和隔膜组成电芯，所述电芯最外层包覆PPT层。本发明通过采用多涂层的方式避免了正负极、壳体和电芯之间接触短路，在不影响电池化学性能前提情况下，提高了电池的安全性能。

Description

一种安全锂离子动力电池
技术领域
本发明涉及一种锂电池，尤其涉及一种安全锂离子动力电池。
背景技术
锂离子电池由于具有高能量密度、体积小、无记忆效应、自放电小、循环寿命长等优点，而被作为动力电池部分应用于电动车、储能、军工等领域。但由于锂离子电池在制备、使用或者pack过程中，受外力作用时很容易出现正负极耳、电芯和壳体、壳体和极耳等相互接触，引起电池内部短路，造成电池发生起火、***等安全隐患，制约动力型锂离子电池进一步推广应用。
当前，人们通常采用带陶瓷涂层的PE隔膜以提高电池安全性能。该类隔膜闭孔温度低，且陶瓷涂层在一定程度上能避免电池内部微短路发生。不过由于动力电池能量高，电池发生热失控时，瞬间温度持续上升超过隔膜熔点，隔膜出现大面积收缩，正负极片出现短路，加剧热量产生，电池发生起火或者***现象。采用陶瓷隔膜虽然能在一定程度上降低极片涂覆区的接触短路，但不能有效避免正极耳和负极耳、极耳和壳体间的接触短路。
因此，需要迫切开发一种锂离子电池，它可以在电池遇到外部挤压、碰撞、刺穿等极端情况时，能有效减少内部接触电流，避免电池发生热失控，进而提高电池的安全性能，保证锂离子电池的正常使用。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种安全锂离子动力电池。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明包括壳体，所述壳体内设置有正极片、负极片和隔膜，所述正极片的集流体极耳处涂覆有氧化铝涂层，所述负极片的负极活性物质涂覆区表面涂覆PET层，所述隔膜为双面高分子微球隔膜，所述正极片、负极片和隔膜组成电芯，所述电芯最外层包覆PPT层，所述PPT层厚度为1mm，且中间和底部均匀打孔，这样既有利于电解液渗透到电芯，也能避免电芯主体和壳体接触造成的短路；
具体地，所述氧化铝涂层涂覆厚度为4-8μm，所述氧化铝涂层按照质量百分比为10-30%粘结剂L132和70-90%氧化铝颗粒。
进一步地，所述PET涂层涂覆厚度为3-5μm，所述PET涂层按照质量百分比未65-92%的PTC材料、3-20%的导电炭黑和5-15%的聚偏乙烯粘结剂，所述PET涂层能有效避免正负极片在外力作用下的接触短路。
具体地，所述双面高分子微球隔膜的涂层厚度为4μm；所述双面高分子微球隔膜按质量百分比为10-30%粘结剂L132和70-90%陶瓷高分子微球颗粒， 高分子微球有较低的闭孔温度和较高的热收缩性，能避免因高温引起隔膜收缩造成的短路。
进一步地，所述电芯为叠片结构或者卷绕结构，在叠片或者卷绕后进行Hi-pot测试，Hi-pot测试参数：电压（AC）200V、时间为2S。Hi-pot能有效的将金属毛刺或者颗粒引起的微短路电芯提前挑出，避免流转到下道工序。
具体地，所述集流体极耳上设置有保持架，有利于避免电芯极耳和盖板接触造成短路或者微短路，保持架材质为PP 。
本发明的有益效果在于：
本发明通过采用多涂层的方式避免了正负极、壳体和电芯之间接触短路，在不影响电池化学性能前提情况下，提高了电池的安全性能。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，对比例 ：
制备正极片：将正极材料均匀分散在N-N- 二甲基吡咯烷酮中后得正极浆料，将正极浆料涂覆在正集流体上后经干燥、碾压、裁切后得正极极片。正极材料中各组分的质量百分比为：正极活性材料95％，正极粘结剂2％，正极导电剂3％。其中，正极活性材料为三元材料(NCM)，正极粘结剂由海藻酸钠与聚偏二氟乙烯按质量比1:5混合而成，正极导电剂由碳纳米管、气相生长碳纤维按质量比1:2混合而成；
制备负极片：负极材料均匀分散在水中后得负极浆料，将负极浆料涂覆在在负集流体上后经干燥、碾压、裁切后的负极极片。负极浆料中各组分的质量百分比为：负极活性材料90％，负极粘结剂8％，负极导电剂2％，其中，负极活性材料为复合人造石墨，负极粘结剂由羧甲基纤维素钠与丁苯橡胶按质量比1 :1.6混合而成，负极导电剂为碳纳米管、气相生长碳纤维及导电炭黑按质量比1:2:1混合而成；
准备隔膜：隔膜采用厚度为25μm的PE膜，透气率248cm3/sec，孔隙率为47%；
制备电芯：按负极极片、隔膜、正极极片依次叠片制成电芯。电芯两端最外层均为负极极片，最外层负极片采用隔膜包裹一周半；
准备壳体、盖板：盖板和壳体采用铝壳；
电芯入壳：制备的电芯采用自动方式放入铝壳壳体；
盖板和极耳、壳体焊接：盖板和壳体采用激光焊机，电芯极耳和盖板采用超声波焊接；
烘烤注液：通过盖板的注液孔对烘烤后的电芯进行注液。电解液由有机溶剂、电解质锂盐及添加剂混合而成，有机溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯按体积比1:1混合而成，电解质锂盐为六氟磷酸锂，添加剂为氟代碳酸乙烯酯，电解液中，电解质锂盐的浓度为1.3mol/L，氟代碳酸乙烯酯加入量占电解液质量的2％；
化成分容：将电池进行搁置、预充、抽空、化成、分容。可得到容量为20Ah的锂离子动力电池，电池充放电的截止电压为3.0-4.15V。
实施例1
制备极耳涂胶的正极片：按照对比例制备的正极极片完成后，在正极极耳处进行氧化铝涂层涂覆，涂覆厚度为4-8μm，涂覆区域为正极集流体极耳。所属的氧化铝涂层由以下质量百分比的组分组成：10-30%粘结剂L132，70-90%氧化铝颗粒；
制备涂覆PET的负极片：按照对比例制备的正极极片完成后，在负极涂覆区再次涂覆厚度为3μm的PTC涂层，PTC涂层位置和负极涂覆区位置完全一致，所属的PTC涂层由以下质量百分比的组分组成：65-92%的PTC材料、3-20%的导电炭黑和5-15%的聚偏乙烯粘结剂；
制备高分子微球隔膜：按照对比例准备的隔膜，双面再次涂覆4.5μ的高分子微球隔膜，透气度为196 cm3/sec，孔隙率为47%；
电芯Hi-pot测试：按照对比例制备的电芯，采用Hi-pot（日置、HOKIT）对电芯进行绝缘测试。测试参数：电压200V，测试时间2S，合格标准为大于100MΩ；
电芯最外层包覆PPT：经过上述Hi-pot测试的电芯，最外层包覆PPT后入铝壳。PPT中间和底部均匀打孔，即有助于电解液渗透到电芯，也能避免电芯主体和壳体接触造成短路；
放置保持架：电芯入壳后，在电芯上端面极耳处放置材质为PP的保持架，再对盖板和壳体进行焊接；
注液、烘烤、化成及其分容等流程同对比例1。通过以上方式制备出得容量为20Ah 的锂离子动力电池。
实施例3：
与实施例2 不同之处在于所述的负极PET涂层厚度为5微米，其它与实施例2 相同，不再赘述。
实施例4：
与实施例2 不同之处在于所述的正极极耳涂层厚度为3微米，其它与实施例2 相同，不再赘述。
实施例5：
与实施例2 不同之处在于所述隔膜高分子微球涂层厚度为双面3微米，其它与实施例2相同，不再赘述。
将实施例2-5 与对比例1进行穿刺实验和挤压实验：
将上述实施例和对比例1制得的电池各取3只进行针刺和挤压安全试验。
针刺测试方法：将单只电池充满电，然后采用直径为5mm的钢针以20-30mm/min的速度将电池刺穿透；
挤压测试方法：将单只电池充满电，然后采用半径75mm的半圆柱体，垂直于蓄电池极板方向施压，直至电压达到0V或挤压力达到100KN，
检测项目 单只电池针刺现象 单只电池挤压现象
对比例1 3只电池均起火，冒浓烟 3支电池均起火，冒浓烟
实施例1 3只电池均不起火、稍微冒烟 3只电池均不起火、稍微冒烟
实施例2 3只电池均不起火、稍微冒烟 3只电池均不起火、稍微冒烟
实施例3 3只电池均不起火、稍微冒烟 3只电池均不起火、稍微冒烟
实施例4 3只电池均不起火、稍微冒烟 3只电池均不起火、稍微冒烟
实施例5 3只电池均不起火、稍微冒烟 3只电池均不起火、不冒烟
从上述实验中可以看出，采用本发明的设计的锂离子电池，其在挤压、针刺过程中，3支样品电池均不着火。而对比例的电池样品中，均发生着火现象，并冒浓烟。即本发明专利提高了锂离子电池安全性能。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种安全锂离子动力电池，包括壳体，所述壳体内设置有正极片、负极片和隔膜，其特征在于：所述正极片的集流体极耳处涂覆有氧化铝涂层，所述负极片的负极活性物质涂覆区表面涂覆PET层，所述隔膜为双面高分子微球隔膜，所述正极片、负极片和隔膜组成电芯，所述电芯最外层包覆PPT层。
2.根据权利1所述的一种安全锂离子动力电池，其特征在于：所述氧化铝涂层涂覆厚度为4-8μm，所述氧化铝涂层按照质量百分比为10-30%粘结剂L132和70-90%氧化铝颗粒。
3.根据权利1所述的一种安全锂离子动力电池，其特征在于：所述PET涂层涂覆厚度为3-5μm，所述PET涂层按照质量百分比未65-92%的PTC材料、3-20%的导电炭黑和5-15%的聚偏乙烯粘结剂。
4.根据权利1所述的一种安全锂离子动力电池，其特征在于：所述双面高分子微球隔膜的涂层厚度为4μm；所述双面高分子微球隔膜按质量百分比为10-30%粘结剂L132和70-90%陶瓷高分子微球颗粒。
5.根据权利1所述的一种安全锂离子动力电池，其特征在于：所述电芯为叠片结构或者卷绕结构。
6.根据权利1所述的一种安全锂离子动力电池，其特征在于：所述集流体极耳上设置有保持架。
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