CN109988522A - 胶带、含有该胶带的电化学装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及胶带及应用该胶带的电化学装置，所述胶带包括第一粘结层、第二粘结层以及设置于所述第一粘结层和所述第二粘结层之间的导电层，所述胶带在常温下为电绝缘的，所述导电层含有基质和分散在所述基质中的导电材料，所述基质能够在60～120℃的温度条件与所述第一粘结层和所述第二粘结层互溶，从而使得所述导电材料分散在所述第一粘结层和所述第二粘结层中。本发明的胶带为温度敏感性的胶带，温度升高后能从电绝缘的转换为导电的，可作为电池的电芯头部或尾部胶带，避免电池的过充及产热，改善过充安全。

Description

胶带、含有该胶带的电化学装置

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体讲，涉及一种胶带、含有该胶带的电化学装置。

背景技术

电化学装置，如锂离子电池，在使用过程中，有着很多次重复的充电、放电过程。充电过程中，通过程序、芯片等，控制其充电上限电压。当该限定机制失效时，电压超过其安全电压时，则会出现阳极析锂、阴极释氧、电池产热的问题，严重的会引起电池内部热失控，造成起火和***等严重安全事故。改善过充安全，是锂离子电池亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明第一方面提供一种胶带，其可有效改善电池的过充安全问题。

所述胶带包括第一粘结层、第二粘结层以及设置于所述第一粘结层和所述第二粘结层之间的导电层，所述胶带在常温下为电绝缘的，所述导电层含有基质和分散在所述基质中的导电材料，所述基质能够在60～120℃的温度条件与所述第一粘结层和所述第二粘结层互溶，从而使得所述导电材料分散在所述第一粘结层和所述第二粘结层中。

本发明第二方面提供一种电化学装置，所述电化学装置包括上述的胶带。

本发明至少具有以下的有益效果：

所述胶带在常温下为电绝缘的，且具有强的耐电解液腐蚀、耐电化学稳定性能，在正常情况下，不会引起阴阳极之间的短路(或微短路)。当加热到60℃以上时，胶带的层发生软化并互相融合，使导电材料分散在所述第一粘结层和所述第二粘结层中从而使所述胶带导电。所述胶带，可以用作为电芯头部或尾部胶带，胶带两面分别粘结阴极与阳极(或阴极与阳极的集流体)，将阴极与阳极隔开，与隔膜功能类似。在电池过充过程中，由于电池产热，电池内部温度可以升高到60℃以上，此时已经达到胶带的“工作”温度，胶带由绝缘变为轻微导电状态，引起阴阳极的轻微内短路，此时充电的电流，流经该胶带，不会对电池进行充电，不会引起更严重的过充及产热，可有效改善过充安全。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种胶带结构示意图。

附图标记：

1-第一粘结层；

2-第二粘结层；

3-导电层。

具体实施方式

下面通过实施例和对比例进一步说明本发明，这些实施例只是用于说明本发明，本发明不限于以下实施例。凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。本发明的目的在于提供一种胶带及使用该胶带的电化学装置。

首先说明根据本发明第一方面的胶带。

如图1所示，根据本发明第一方面的胶带，包括第一粘结层1、第二粘结层2以及设置于所述第一粘结层1和所述第二粘结层2之间的导电层3，所述胶带在常温下为电绝缘的，所述导电层3含有基质和分散在所述基质中的导电材料，所述基质能够在60～120℃的温度条件与所述第一粘结层1和所述第二粘结层2互溶，从而使得所述导电材料分散在所述第一粘结层1和所述第二粘结层2中。

本发明中的常温是指低于60℃的温度。

所述第一粘结层1和所述第二粘结层2为电绝缘的，因此所述胶带在常温下为电绝缘的。

所述第一粘结层1和所述第二粘结层2均具有一定的热熔性能：在60～120℃下会软化或轻微流动。所述导电层3中的基质也具有一定的热熔性能：在60～120℃下会软化或轻微流动。当所述胶带加热到高于60℃时(例如70～120℃)，所述第一粘结层1、所述第二粘结层2、和所述导电层3中的基质发生软化，并互相融合，使所述导电材料分散在所述第一粘结层1和所述第二粘结层2中，从而使所述胶带能够导电。

根据本发明第一方面的胶带，所述第一粘结层、所述第二粘结层及所述基质均含有能够在60～120℃软化的聚合物材料，且所述第一粘结层、所述第二粘结层及所述基质中的聚合物材料相同或不同。具体地，聚合物材料可以为SBS(苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SEBS(加氢苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SEPS(加氢乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、POE(聚乙烯-烯烃共聚物)、TPU(聚氨酯)、SI(硅胶)、SBR(丁苯橡胶)、NBR(丁腈橡胶)、HNBR(氯化丁腈橡胶)、BR(顺丁橡胶)、CR(氯丁橡胶)、IIR(丁基橡胶)、IR(异戊橡胶)、ACM(丙烯酸酯橡胶)、FPM(氟橡胶)、EPDM(三元乙丙橡胶)、EPR(乙丙橡胶)、CSM(氯磺化聚乙烯橡胶)、TPV(热塑性硫化橡胶)、TPEE(聚酯橡胶)、PS(聚苯乙烯)、PVdF(聚偏二氟乙烯)、PVF(聚氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)、PCTFE(聚三氟氯乙烯)、PFEP(聚全氟乙丙烯)、PHFP(聚六氟丙烯)、PVDF-HFP(偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PPE(聚苯醚)、PVA(聚乙烯醇)、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)、PB(聚丁烯)、PIB(聚异丁烯)、PIP(聚异戊二烯)、PVC(聚氯乙烯)、EVA(乙烯醋酸乙烯酯)等其中的一种或多种。

需要说明的是，基质中的聚合物材料也可采用其他材料替换，并不局限于聚合物材料，只要其在60～120℃下能够被软化，从而与第一粘结层1和所述第二粘结层2互溶即可。

根据本发明第一方面的胶带，所述第一粘结层和所述第二粘结层中的聚合物材料为增塑材料，所述第一粘结层和所述第二粘结层均还含有绝缘粘性高分子材料，其中按照重量百分比计，所述绝缘粘性高分子材料的含量为30％～99％，所述增塑材料的含量为1％～70％，优选地，所述绝缘粘性高分子材料的含量为60％～90％，所述增塑材料的含量为10％～40％。

根据本发明第一方面的胶带，所述基质的聚合物材料为增塑材料，所述基质中还含有绝缘粘性高分子材料

根据本发明第一方面的胶带，所述绝缘粘性高分子材料选自所述主体材料选自橡胶类聚合物、热塑性弹性体、树脂类聚合物。

所述橡胶类聚合物选自丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯化丁腈橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶、EPDMD、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶和热塑性聚酯弹性体中的一种或多种。

所述热塑性弹性体选自苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、加氢苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、加氢乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和热塑性硫化橡胶中的一种或多种。

所述树脂类聚合物选自聚乙烯-烯烃共聚物、聚氨酯、硅胶、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、PFEP、PHFP、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚丁烯、聚异丁烯、聚吲哚高氯酸盐、聚氯乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或多种。

根据本发明第一方面的胶带，所述增塑材料选自萜烯树脂、石油树脂、松香、古马路树脂和改性松香中的一种或多种。所述石油树脂优选为脂环族石油树脂。所述改性松香优选为氢化松香酯、氢化松香、聚合松香和松香甘油酯中的至少一种。所述增塑材料与前述绝缘粘性高分子材料中的一种或多种混合使用，其作用在于实现混合后使混合物能在较低温度下(如高于60℃)热熔。

根据本发明第一方面的胶带，所述第一粘结层和所述第二粘结层的厚度均为1～30μm。所述第一粘结层1和所述第二粘结层2具有一定粘结性，在电解液中能保持高粘结力，浸泡电解液前、后对Cu与Al的粘结力均大于0.05N/mm(180度剥离方法测试)。

根据本发明第一方面的胶带，所述导电层的厚度1～50μm，在60～120℃的温度条件，所述胶带的电阻率能达到为10^-8～100Ωm。所述胶带具有强的耐电解液腐蚀、耐电化学稳定性能，在正常情况下，为电绝缘的，不会引起阴阳极之间的短路(或微短路)。

根据本发明第一方面的胶带，所述导电材料与所述基质的质量比为99:1～1:5。

根据本发明第一方面的胶带，所述导电材料选自金属导电材料或碳基导电材料，优选为乙炔黑、导电炭黑(Super P、Super S、350G)、碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNT)、科琴黑碳类材料中的至少一种，或选自金、银、铜、铝金属材料中的至少一种。

根据本发明第二方面的电化学装置，所述电化学装置包括上述第一方面的胶带。

根据本发明第二方面的电化学装置，所述电化学装置包括阴极和阳极，所述胶带的第一粘结层和第二粘结层分别粘结所述阴极与所述阳极或分别粘结所述阴极与所述阳极的集流体。

所述电化学装置可为电池。所述胶带可以用作电池的电芯头部或尾部胶带，胶带两面分别粘结阴极与阳极(或阴极与阳极的集流体)，将阴极与阳极隔开，与隔膜功能类似。

在电池过充过程中，由于电池产热，电池内部温度可以升高到70～100℃，此时已经达到温敏型导电胶带的“工作”温度，胶带由绝缘变为轻微导电状态，引起阴阳极的轻微内短路，此时充电的电流，流经该胶带，不会对电池进行充电，不会引起更严重的过充及产热，可有效改善过充安全。

本发明中提供的应用上述胶带的锂离子电池，由阴极极片、阳极极片、隔离膜、电解液组成，经由铝塑膜或者铝壳等包装组成。其中，正极极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极集流体为铝箔，正极活性层组成如下：

正极活性物质：92.0％-100％

正极导电剂：0％-4.0％

正极粘结剂：0％-4.0％

所述正极活性物质为钴酸锂(LiCoO2)或镍钴锰金属氧化物(NCM)或镍钴铝金属氧化物(NCA)等具有锂离子脱、嵌能力的材料；所述正极导电剂为乙炔黑、导电炭黑(Super P、Super S、350G)、碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNT)、科琴黑等中的一种或多种；所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，分子量为60万–120万。

负极极片包括负极集流体和负极活性材料，负极集流体为铜箔，负极活性材料组成如下：

负极活性物质：88.0％-100％

负极浆料增稠剂：0％-4.0％

负极导电剂：0％-4.0％

负极粘结剂：0％-4.0％

所述负极活性物质为人造石墨或者天然石墨；所述负极浆料增稠剂为羧甲基纤维素钠，分子量6万-80万，1wt％水溶液的粘度为60-18000。所述负极导电剂为乙炔黑、导电炭黑(Super P、Super S、350G)、碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNT)、科琴黑中的一种或多种。所述负极粘结剂为丁苯橡胶乳液、苯丙乳液、丙烯酸酯乳液、丙烯酸溶液或乳液等其中一种或多种。

接下来说明根据本发明的胶带及使用了所述胶带锂离子二次电池的实施例和对比例。

实施例1

胶带制作方法：

选用适当的绝缘粘性高分子材料和适当的增塑材料作为基质材料，选用导电炭黑Super P为导电材料，按照重量比Super P:基质材料＝99:1的比例，将二者溶解在甲苯溶液中，混合均匀，通过涂布机将其涂布在PET离型膜上，涂布一定的厚度(1μm)，形成为导电层。再在导电层表面涂布一定厚度(1μm)的基质材料层，为第一粘结层。将两层结构转移到PET离型膜上，第一粘结层对PET离型膜，再在导电层另外一个表面涂布一定厚度(1μm)的基质材料层，为第二粘结层。在第二粘结层上贴离型膜，即可得到温敏型导电的胶带。

本实施例提供的锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液，正极极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极集流体为铝箔，所述正极活性物质层，按照质量分数，包括如下组分：

正极活性物质为镍钴锰三元材料NCM622，含量96.0％；

正极粘结剂为聚偏氟乙烯，分子量60万-120万，含量2.0％；

正极导电剂含量为2.0％；

正极集流体是铝箔，厚度为12um。

负极片包括负极集流体和负极活性物质层，按照质量分数，所述负极活性物质层包括如下组分：

负极活性物质为人造石墨，含量95.0％；

负极粘结剂为丁苯橡胶乳液(日本Zeon，BM430)，含量2.0％；

负极浆料稳定剂为羧甲基纤维素钠，含量为2％；

负极导电剂含量1.0％；

负极集流体是铜箔，厚度为8um。

隔离膜为聚乙烯隔离膜，厚度10um。

电解液包括有机溶剂和锂盐，有机溶剂为碳酸二乙酯，碳酸二甲酯，碳酸乙烯酯的混合物，三种溶剂的体积比例为1：1：1，锂盐为LiPF6，浓度为1mol/L。

对应的锂离子电池的制作方法：

正极极片的制备：将96.0％镍钴锰NCM622，2.0％聚偏氟乙烯PVdF，2.0％正极导电剂加入NMP中，搅拌均匀，涂覆在铝箔上，经过干燥、辊压、分切、焊接正极极耳后得到正极片；

负极极片的制备：将95.0％人造石墨，2.0％羧甲基纤维素钠，1.0％负极导电剂，2.0％丁苯橡胶乳液，加入蒸馏水中搅拌均匀，涂覆在铜箔上，经过干燥、辊压、分切、焊接负极极耳后得到负极片；

电池的制备：

将正极极片、负极极片以及隔离膜卷绕成电芯，电芯尾部1cm处的铜箔、铝箔以实施例1的胶带粘结，将电芯置于铝塑膜中，烘烤除水，再注入电解液，对电芯进行化成和老化，得到相应的锂离子电池B1。

实施例2-8

实施例2-8依照实施例1的方法制备胶带及电池，胶带各层中材料组分及重量份数以及各层的厚度情况见表1。

表一

对比例

对比例为正常锂离子电池，锂离子电池制备过程同实施例1，区别在于未设置本案的胶带。

过充测试：

将如上制备的锂离子电池，以0.5C充电倍率，将电池进行满充。

对满充的电池，以0.5C充电倍率，连续充电2h，即理论上达到200％SoC，如电池不起火、或电池在2h内达到1.5倍最大电压(以满充电压为基准，为1Voc)，即为通过测试，同时持续监控电池的电压与表面温度(只针对未烧坏电池)。对于实施例1-8与对比例，每个组测试10只电池，记录最终达到记录数据如下表二所示。

表二

电池	过充测试结果	最高电压Voc	最高温度℃
				实施例1	通过率8/10，2/10烧坏	1.33	81
实施例2	通过率10/10，无烧坏	1.41	76
				实施例3	通过率9/10，1/10烧坏	1.35	83
实施例4	通过率9/10，1/10烧坏	1.37	80
				实施例5	通过率9/10，1/10烧坏	1.39	79
实施例6	通过率8/10，2/10烧坏	1.30	85
				实施例7	通过率9/10，1/10烧坏	1.36	82
实施例8	通过率10/10，无烧坏	1.40	77
				对比例	通过率1/10，9/10烧坏	1.27	97

从上述表二中的测试结果可知，实施例1-8的电池的电芯粘结本案的胶带，其过充测试通过率显著高于对比例中未含有本案胶带的电池的过充通过率。可见，电芯粘结本案的胶带，可显著的提高电池过充安全性能。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种胶带，包括第一粘结层、第二粘结层以及设置于所述第一粘结层和所述第二粘结层之间的导电层，其特征在于，所述胶带在常温下为电绝缘的，所述导电层含有基质和分散在所述基质中的导电材料，所述基质能够在60～120℃的温度条件与所述第一粘结层和所述第二粘结层互溶，从而使得所述导电材料分散在所述第一粘结层和所述第二粘结层中。

2.根据权利要求1所述的胶带，其特征在于，所述第一粘结层、所述第二粘结层及所述基质均含有能够在60～120℃软化的聚合物材料，且所述第一粘结层、所述第二粘结层及所述基质中的聚合物材料相同或不同。

3.根据权利要求2所述的胶带，其特征在于，所述第一粘结层和所述第二粘结层中的聚合物材料为增塑材料，所述第一粘结层和所述第二粘结层均还含有绝缘粘性高分子材料，其中按照重量百分比计，所述绝缘粘性高分子材料的含量为30％～99％，所述增塑材料的含量为1％～70％，优选地，所述绝缘粘性高分子材料的含量为60％～90％，所述增塑材料的含量为10％～40％。

4.根据权利要求3所述的胶带，其特征在于，所述基质的聚合物材料为增塑材料，所述基质中还含有绝缘粘性高分子材料。

5.根据权利要求3或4所述的胶带，其特征在于，所述绝缘粘性高分子材料选自选自橡胶类聚合物、热塑性弹性体、树脂类聚合物；

优选地，所述橡胶类聚合物选自丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯化丁腈橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶和热塑性聚酯弹性体中的一种或多种；

优选地，所述热塑性弹性体选自苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、加氢苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、加氢乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和热塑性硫化橡胶中的一种或多种；

优选地，所述树脂类聚合物选自聚乙烯-烯烃共聚物、聚氨酯、硅胶、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚全氟乙丙烯、聚六氟丙烯、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚丁烯、聚异丁烯、聚吲哚高氯酸盐、聚氯乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或多种。

6.根据权利要求3或4所述的胶带，其特征在于，所述增塑材料选自萜烯树脂、石油树脂、松香、古马路树脂和改性松香中的一种或多种；

所述石油树脂优选为脂环族石油树脂；

所述改性松香优选为氢化松香酯、氢化松香、聚合松香和松香甘油酯中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的胶带，其特征在于，所述第一粘结层和所述第二粘结层的厚度均为1～30μm，所述第一粘结层和所述第二粘结层的粘结力均大于0.05N/mm。

8.根据权利要求1所述的胶带，其特征在于，所述导电层的厚度为1～50μm，在60～120℃的温度条件，所述胶带的电阻率为10^-8～100Ωm。

9.根据权利要求2所述的胶带，其特征在于，所述导电材料与所述基质的质量比为99:1～1:5。

10.根据权利要求1所述的胶带，其特征在于，所述导电材料选自金属导电材料或碳基导电材料，优选地，所述金属导电材料选自金、银、铜、铝、镍、钼、钨、锌、铁、铂、锡、铅等金属材料中的至少一种，所述碳基导电材料选自乙炔黑、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管、科琴黑碳类材料中的至少一种。

11.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括权利要求1～8中任意一项所述的胶带。

12.根据权利要求11所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括阴极和阳极，所述胶带的第一粘结层和第二粘结层分别粘结所述阴极与所述阳极或分别粘结所述阴极与所述阳极的集流体。