CN112018317A - 一种极耳及制备方法、电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种极耳及制备方法、电池，极耳包括：第一耳体，第一耳体为导电材料件；第二耳体，第二耳体为导电材料件；第一耳体的一端与连接部的第一端电连接，第二耳体的一端与连接部的第二端电连接；当经过连接部的电流小于电流阈值或者连接部的温度小于温度阈值时，连接部导通以使第一耳体与第二耳体之间导通；当经过连接部的电流大于或等于电流阈值或者连接部的温度大于或等于温度阈值时，连接部断路以使第一耳体与第二耳体之间断路。在该极耳中，根据经过连接部的电流或连接部的温度大小来导通或断开连接部，能够防止电池由于产生大量热量而引起热失控，避免发生起火、***等事故，保证电池的使用安全，提高电池的循环寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种极耳及制备方法、电池。
背景技术
锂电池因拥有高能量密度、高电压体系、长循环等优点，已被广泛应用于手机、笔记本等消费类电子产品，以及电动汽车、电动工具等系类产品中。锂电池在使用过程中，往往由于过充过放或者穿刺、短路等问题，导致电池产生大量热量而引起热失控，发生起火、***等事故，给电池的使用带来安全隐患，影响电池的循环寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种极耳及制备方法、电池，用以解决锂电池在使用过程中，由于过充过放或者短路导致电池产生大量热量而引起热失控，发生起火、***等事故，给电池的使用带来安全隐患，影响电池循环寿命的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
第一方面，根据本发明实施例的极耳，包括：
第一耳体，所述第一耳体为导电材料件；
第二耳体，所述第二耳体为导电材料件；
连接部，所述第一耳体的一端与所述连接部的第一端电连接，所述第二耳体的一端与所述连接部的第二端电连接；
当经过所述连接部的电流小于电流阈值时或者所述连接部的温度小于温度阈值时，所述连接部导通以使所述第一耳体与所述第二耳体之间导通；
当经过所述连接部的电流大于或等于电流阈值时或者所述连接部的温度大于或等于温度阈值时，所述连接部断路以使所述第一耳体与所述第二耳体之间断路。
其中，所述连接部为热敏材料件，所述热敏材料包括：聚合物和导电剂。
其中，所述热敏材料还包括：分散剂。
其中，所述聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚氨基甲酸酯、乙烯醋酸乙烯聚合物、乙烯丙烯酸酯聚合物、烯烃共聚物、丙烯共聚物、乙烯共聚物或其单体改性共聚的聚合物的至少一种。
当热敏材料件处于正常温度或者通过的电流小于电流阈值时，高分子聚合物紧密的将导电剂和分散剂束缚于结晶状的结构内，形成一条低电阻的通路；当热敏材料处于异常高温度或者电流大于电流阈值时，高分子聚合物结构由结晶状变为胶状，被束缚的导电剂或分散剂便会分离，从而形成断路，阻隔温度的持续升高或者电流的持续通过，保证电池的安全性。
其中，所述连接部的外侧包覆有保护膜，所述保护膜为绝缘材料件；
所述连接部为热敏材料件时，所述保护膜的熔点大于热敏材料的居里温度，且所述保护膜的熔点与热敏材料的居里温度之间的差值符合预设阈值。
其中，所述保护膜的一端延伸至所述第一耳体上且包覆所述第一耳体的部分，所述保护膜的另一端延伸至所述第二耳体上且包覆所述第二耳体的部分。
其中，所述保护膜中包括聚烯烃、改性聚烯烃、环氧树脂、热塑性聚酯、聚丙烯酸树脂中的至少一种。
所述保护膜可以有效阻隔电池内部的电解液对热敏材料件的腐蚀；此外，保护膜可以给热敏材料件提供一个固定的空间架构，便于聚合物热敏材料结晶状的结构与热熔的胶状结构的相互转换，使得热敏材料能完成其功能的发挥。
其中，所述第一耳体上设有极耳胶，所述极耳胶与所述连接部间隔开。
第二方面，根据本发明实施例的极耳的制备方法，包括：
提供第一耳体、第二耳体和连接部；
将所述第一耳体的一端与所述连接部的第一端电连接，将所述第二耳体的一端与所述连接部的第二端电连接，得到极耳；
其中，所述第一耳体为导电材料件，所述第二耳体为导电材料件；
当经过所述连接部的电流小于电流阈值时或者所述连接部的温度小于温度阈值时，所述连接部导通以使所述第一耳体与所述第二耳体之间导通；
当经过所述连接部的电流大于或等于电流阈值时或者所述连接部的温度大于或等于温度阈值时，所述连接部断路以使所述第一耳体与所述第二耳体之间断路。
第三方面，根据本发明实施例的电池包括如上述实施例中所述的极耳。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
根据本发明实施例的极耳，第一耳体为导电材料件，第二耳体为导电材料件，所述第一耳体的一端与所述连接部的第一端电连接，所述第二耳体的一端与所述连接部的第二端电连接；当经过所述连接部的电流小于电流阈值时或者所述连接部的温度小于温度阈值时，所述连接部导通以使所述第一耳体与所述第二耳体之间导通；当经过所述连接部的电流大于或等于电流阈值时或者所述连接部的温度大于或等于温度阈值时，所述连接部断路以使所述第一耳体与所述第二耳体之间断路。在本发明的极耳中，通过连接部将第一耳体与第二耳体进行连接，根据经过连接部的电流或连接部的温度大小来导通或断开连接部，将本发明中的极耳应用于电池中，当经过连接部的电流小于电流阈值时或者连接部的温度小于温度阈值时，连接部导通以使第一耳体与第二耳体之间导通，使得电池能够正常使用；当经过连接部的电流大于或等于电流阈值时或者连接部的温度大于或等于温度阈值时，连接部断路以使第一耳体与第二耳体之间断路，阻止电池在异常条件下的继续使用，防止电池由于产生大量热量而引起热失控，避免发生起火、***等事故，保证电池的使用安全，提高电池的循环寿命。
附图说明
图1为本发明实施例的极耳的一个结构示意图；
图2为图1中线A-A的一个剖视图。
附图标记
第一耳体10；
第二耳体20；
连接部30；
保护膜40；
极耳胶50。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面具体描述根据本发明实施例的极耳。
如图1和图2所示，本发明实施例的极耳包括第一耳体10、第二耳体20和连接部30。其中，第一耳体10为导电材料件，第二耳体20为导电材料件，第一耳体10的一端与连接部30的第一端电连接，第二耳体20的一端与连接部30的第二端电连接；当经过连接部30的电流小于电流阈值时或者连接部30的温度小于温度阈值时，连接部30导通以使第一耳体10与第二耳体20之间导通；当经过连接部30的电流大于或等于电流阈值时或者连接部30的温度大于或等于温度阈值时，连接部30断路以使第一耳体10与第二耳体20之间断路。
也就是说，极耳主要由第一耳体10、第二耳体20和连接部30构成，其中，第一耳体10和第二耳体20可以分别为导电材料件，第一耳体10和第二耳体20可以分别为金属件或非金属导电材料件，第一耳体10和第二耳体20可以分别为长条状或柱状，第一耳体10的一端与连接部30的第一端电连接，第二耳体20的一端与连接部30的第二端电连接，连接部30置于第一耳体10和第二耳体20之间，可以大大节省外部极耳探出端的空间，能够提供充足的体积空间，利于电池的结构多样化设计；当经过连接部30的电流小于电流阈值时或者连接部30的温度小于温度阈值时，说明此时电池的电流或温度正常，连接部30导通以使第一耳体10与第二耳体20之间导通，使得电池正常使用；当经过连接部30的电流大于或等于电流阈值时或者连接部30的温度大于或等于温度阈值时，说明此时电池的电流或温度异常，电池可能存在安全隐患，连接部30断路以使第一耳体10与第二耳体20之间断路，阻止电池在异常条件下的继续使用，防止电池由于产生大量热量而引起热失控。
在本发明的极耳中，通过连接部将第一耳体与第二耳体进行连接，根据经过连接部的电流或连接部的温度大小来导通或断开连接部，将本发明中的极耳应用于电池中，当经过连接部的电流或连接部的温度异常时，通过连接部的断路使第一耳体与第二耳体之间断路，阻止电池在异常条件下的继续使用，防止电池由于产生大量热量而引起热失控，避免发生起火、***等事故，保证电池的使用安全，提高电池的循环寿命。
在一些实施例中，第一耳体10可以为金属材质件，金属材质可以包括铝、镍、铜、镀镍铜、镀镍黄铜、镀镍铝、镀镍白铜、镀镍青铜、银铝合金、铝镍合金中的一种或多种，第一耳体10的厚度可以为0.02～1mm，优选为0.06～0.6mm，具体可以根据实际需要选择。第二耳体20可以为金属材料件，金属材料可以包括铝、镍、镀镍铜、镀镍黄铜、镀镍铝、镀镍白铜、镀镍青铜、银铝合金、铝镍合金中的一种或多种，第二耳体20的厚度可以为0.02～1mm，比如第二耳体20的厚度可以为0.06～0.6mm，第一耳体10和第二耳体20的厚度可以保持一致。
在本发明的一些实施例中，连接部30可以为热敏材料件，热敏材料可以包括：聚合物和导电剂。导电剂可以分散在聚合物中，当锂电池正常使用时，连接部30的聚合物处于固体状态，内部束缚的导电剂正常导通，可以保证极耳的正常载流能力，维持电池的正常运行；当锂电池处于过充过放、短路或者其他不当操作引起内部大电流或者处于异常高温条件时，聚合物变成胶粘软态，内部导电剂形成开路，从而阻止电池在异常条件下的继续使用，保护电池和外接的用电元器件或者设备，当锂电池异常排除或者脱离异常条件后，极耳中的聚合物会从胶粘软态转变为固态，进一步束缚内部的导电剂，维持极耳的导通载流状态，保持极耳的正常使用，从而防止电池因短路、过充过放或其他异常情况运行的热失控，保障电池的安全使用，另外，在锂电池制作过程中可以有效降低化成、分选分容等工序引起的极耳反接、短路等不良风险。
可选地，聚合物可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚氨基甲酸酯、乙烯醋酸乙烯聚合物、乙烯丙烯酸酯聚合物、烯烃共聚物、丙烯共聚物、乙烯共聚物或其单体改性共聚的聚合物的至少一种。其中，导电剂可以包括碳、单质金属粉、合金粉、半导体粉中的至少一种，碳可以包括管状碳、球形碳或层状碳中的至少一种；单质金属粉可以包括铜粉、镍粉、铝粉、银粉、锌粉中的至少一种；合金粉可以包括黄铜粉、白铜粉、青铜粉、银铝合金粉、铜银合金粉、镍铝合金粉中的至少一种；半导体粉可以包括氧化物陶瓷粉、氮化物陶瓷粉、碳化物陶瓷粉、镁铝尖晶石粉、氧氮化硅铝粉、铬酸镧钙粉、锆钛酸铅镧(PLZT)粉中的至少一种，导电剂的粒径可以为0.01～50μm，导电剂的种类以及粒径具体可以根据实际需要合理选择。
热敏材料的居里温度可以为50～160℃，热敏材料的厚度可以大于或等于第一耳体10或第二耳体20的厚度，且热敏材料的厚度小于或等于第一耳体10或第二耳体20的厚度+0.5mm；热敏材料的宽度可以大于或等于第一耳体10或第二耳体20的宽度，热敏材料的宽度小于或等于第一耳体10或第二耳体20的宽度+10mm。
在一些实施例中，热敏材料还可以包括分散剂，其中，分散剂可以包括三乙基己基磷酸、烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯中的至少一种，具体可以根据需要选择。当热敏材料件处于正常温度或者通过的电流小于电流阈值时，高分子聚合物紧密的将导电剂和分散剂束缚于结晶状的结构内，形成一条低电阻的通路；当热敏材料处于异常高温度或者电流大于电流阈值时，高分子聚合物结构由结晶状变为胶状，被束缚的导电剂或分散剂便会分离，从而形成断路，阻隔温度的持续升高或者电流的持续通过，保证电池的安全性。
在另一些实施例中，连接部30的外侧可以包覆有保护膜40，保护膜40可以为绝缘材料件，其中，连接部为热敏材料件时，保护膜40的熔点大于热敏材料的居里温度，且保护膜40的熔点与热敏材料的居里温度之间的差值符合预设阈值，比如，保护膜40的熔点≥热敏材料的居里温度+40℃，防止热敏材料处于异常高温度或者较大电流时保护膜出现损坏或形变。保护膜40的厚度可以为0.03～0.5mm，通过保护膜40可以保护连接部30，防止电解液损坏连接部30，使得连接部30受外界影响较小，防止连接部30受到外界的损坏，使用寿命长，能长期确保锂电池的正常使用。通过保护膜40可以有效阻隔电池内部的电解液对热敏材料件的腐蚀；此外，保护膜40可以给热敏材料件提供一个固定的空间架构，便于聚合物热敏材料结晶状的结构与热熔的胶状结构的相互转换，使得热敏材料能完成其功能的发挥。在本发明的实施例中，保护膜40的一端可以延伸至第一耳体10上且包覆第一耳体10的部分，保护膜40的另一端可以延伸至第二耳体20上且包覆第二耳体20的部分，通过保护膜40对连接部30进行密封保护，防止受到外界的损坏。
可选地，保护膜40中可以包括聚烯烃、改性聚烯烃、环氧树脂、热塑性聚酯、聚丙烯酸树脂中的至少一种，比如保护膜40可以为聚烯烃材料制备。
在本发明的实施例中，第一耳体10上可以设有极耳胶50，极耳胶50与连接部30间隔开，便于极耳的安装以及与电池中其他部件的配合。
本发明实施例提供一种极耳的制备方法，极耳的制备方法包括：
提供第一耳体10、第二耳体20和连接部30；
将第一耳体10的一端与连接部30的第一端电连接，将第二耳体20的一端与连接部30的第二端电连接，得到极耳；
其中，第一耳体10为导电材料件，第二耳体20为导电材料件；当经过连接部30的电流小于电流阈值时或者连接部30的温度小于温度阈值时，连接部30导通以使第一耳体10与第二耳体20之间导通；当经过连接部30的电流大于或等于电流阈值时或者连接部30的温度大于或等于温度阈值时，连接部30断路以使第一耳体10与第二耳体20之间断路。
也就是说，可以先提供第一耳体10、第二耳体20和连接部30，第一耳体10和第二耳体20可以分别为导电材料件，第一耳体10和第二耳体20可以分别为金属件或非金属导电材料件，第一耳体10和第二耳体20可以分别为长条状或柱状；然后将第一耳体10的一端与连接部30的第一端电连接，将第二耳体20的一端与连接部30的第二端电连接，得到极耳；当经过连接部30的电流小于电流阈值时或者连接部30的温度小于温度阈值时，说明此时电池的电流或温度正常，连接部30导通以使第一耳体10与第二耳体20之间导通，使得电池正常使用；当经过连接部30的电流大于或等于电流阈值时或者连接部30的温度大于或等于温度阈值时，说明此时电池的电流或温度异常，电池可能存在安全隐患，连接部30断路以使第一耳体10与第二耳体20之间断路，阻止电池在异常条件下的继续使用，防止电池由于产生大量热量而引起热失控，避免发生起火、***等事故，保证电池的使用安全，提高电池的循环寿命。
在一些实施例中，连接部30可以为热敏材料件，热敏材料可以包括：聚合物和导电剂。可选地，聚合物可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚氨基甲酸酯、乙烯醋酸乙烯聚合物、乙烯丙烯酸酯聚合物、烯烃共聚物、丙烯共聚物、乙烯共聚物或其单体改性共聚的聚合物的至少一种。其中，导电剂可以包括碳、单质金属粉、合金粉、半导体粉中的至少一种，碳可以包括管状碳、球形碳或层状碳中的至少一种；单质金属粉可以包括铜粉、镍粉、铝粉、银粉、锌粉中的至少一种；合金粉可以包括黄铜粉、白铜粉、青铜粉、银铝合金粉、铜银合金粉、镍铝合金粉中的至少一种；半导体粉可以包括氧化物陶瓷粉、氮化物陶瓷粉、碳化物陶瓷粉、镁铝尖晶石粉、氧氮化硅铝粉、铬酸镧钙粉、锆钛酸铅镧(PLZT)粉中的至少一种，导电剂的粒径可以为0.01～50μm，导电剂的种类以及粒径具体可以根据实际需要合理选择。
热敏材料可以由聚合物、导电剂、固化剂、分散剂、偶联剂和有机溶剂制备；其中，聚合物和导电剂可以如上述所述的种类；固化剂可以包括异氰酸酯、脂肪氨、芳香胺、改性胺、低分子聚酰胺、咪唑类固化剂、邻苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐和聚癸二酸酐中的至少一种；偶联剂可以为硅烷偶联剂，比如可以包括氨丙基三乙氧基硅烷、稀土偶联剂、铝酸酯偶联剂和双金属偶联剂中的至少一种；分散剂包括包括三乙基己基磷酸、烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶和脂肪酸聚乙二醇酯中的至少一种；有机溶剂可以包括芳香烃类溶剂(比如甲苯和二甲苯等)、酯类溶剂(如乙酸乙酯和醋酸乙酯)、酮类溶剂(如丁酮和丙酮)、醇类溶剂(如异丙醇和聚乙二醇)、醇醚类溶剂(如乙二醇双缩水甘油醚)中的至少一种，也可以根据需要选择其他溶剂。
在另一些实施例中，热敏材料还可以包括分散剂，其中，分散剂可以包括三乙基己基磷酸、烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯中的至少一种，具体可以根据需要选择。
可选地，连接部30的外侧可以包覆有保护膜40，保护膜40可以为绝缘材料件，通过保护膜40可以保护连接部30，防止连接部30受到外界的损坏，能长期确保锂电池的正常使用。连接部为热敏材料件时，保护膜40的熔点大于热敏材料的居里温度，且保护膜40的熔点与热敏材料的居里温度之间的差值符合预设阈值，比如，保护膜40的熔点≥热敏材料的居里温度+40℃，防止热敏材料处于异常高温度或者较大电流时保护膜出现损坏或形变。其中，保护膜40中可以包括聚烯烃、改性聚烯烃、环氧树脂、热塑性聚酯、聚丙烯酸树脂中的至少一种，比如保护膜40可以为聚烯烃材料制备。
在一些实施例中，保护膜40的一端可以延伸至第一耳体10上且包覆第一耳体10的部分，保护膜40的另一端可以延伸至第二耳体20上且包覆第二耳体20的部分，通过保护膜40对连接部30进行密封保护，防止受到外界的损坏。
可选地，第一耳体10上可以设有极耳胶50，极耳胶50与连接部30间隔开。
在实际应用过程中，极耳的制备过程可以如下：
按照以下重量份数的配方制备聚合物热敏材料：高分子聚合物20～60份、导电剂12～40份、固化剂0.5～5份、分散剂1～5份、偶联剂1～5份、有机溶剂1～15份；
热敏材料的制备步骤：采用5～25wt％的偶联剂有机醇溶液和导电剂在搅拌机上进行充分搅拌30～150min，真空过滤后进行真空干燥，采用星型球磨机进行研磨30～180min；将高分子聚合物、分散剂、有机溶剂等在140～250℃高温下搅拌混合，制备得到有机混合物；最后将偶联剂处理后的导电剂、有机混合物和固化剂于50～110℃温度下在星型球磨机中进行高温研磨混合，从而制备得到热敏材料；
取热敏材料作为连接部，在100～180℃下将第一耳体的一端、第二耳体的一端分别嵌入热敏材料(连接部)中，并冷却至室温；其中，第一耳体的一端在热敏材料的嵌入长度可以大于或等于0.2mm，第一耳体的一端在热敏材料的嵌入长度可以小于第一耳体的一端的长度，第二耳体的一端在热敏材料的嵌入长度可以大于或等于0.2mm，第二耳体的一端在热敏材料的嵌入长度可以小于第二耳体的一端的长度。第一耳体的一端位于热敏材料中的部分与第二耳体的一端位于热敏材料中的部分不直接接触；
在热敏材料、第一耳体的一端上邻近热敏材料的区域、第二耳体的一端上邻近热敏材料的区域的表面贴合保护膜，贴合方式可以采用热压贴合；其中，热敏材料的长度＜保护膜的长度≤热敏材料的长度+5mm，热敏材料的宽度≤保护膜的宽度≤热敏材料的宽度+5mm；在第一耳体的表面贴合一层极耳胶，极耳胶与热敏材料间隔开，贴合方式可以为高频焊接贴合或者热压贴合。
本发明实施例提供一种电池，电池包括如上述实施例中所述的极耳。具有上述实施例中极耳的电池，电池可以为锂电池，能够阻止电池在异常条件下的继续使用，防止电池由于产生大量热量而引起热失控，避免发生起火、***等事故，保证电池的使用安全，提高电池的循环寿命。
实施例1
极耳制造过程：
热敏材料的制备：按照重量占比分别称取以下份数的物质：高分子聚合物25份、导电剂15份、固化剂0.5份、分散剂1份、偶联剂1份、有机溶剂5份；其中，高分子聚合物包括聚氨基甲酸酯和马来酸酐改性聚丙烯，导电剂包括球形碳、黄铜粉、镁铝尖晶石粉；固化剂为甲苯二异氰酸酯和偏苯三甲酸酐，分散剂为十二烷基硫酸钠，偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷，有机溶剂为甲苯；
采用含25wt％偶联剂的异丙醇溶液和导电剂在搅拌机上进行充分搅拌60min，真空过滤后进行真空干燥，采用星型球磨机进行研磨60min；将高分子聚合物、分散剂、有机溶剂在180℃高温下搅拌混合，制备得到有机混合物；最后将偶联剂处理后的导电剂、有机混合物和固化剂于80℃温度下在星型球磨机中进行高温研磨混合，从而制备得到热敏材料；
取热敏材料作为连接部，在160℃下将第一耳体的一端、第二耳体的一端分别嵌入热敏材料(连接部)中，并冷却至室温；其中，第一耳体的一端嵌入热敏材料的长度为1.5mm，第二耳体的一端嵌入热敏材料的长度为1.5mm；
在热敏材料、第一耳体的一端上邻近热敏材料的区域、第二耳体的一端上邻近热敏材料的区域的表面采用热压的方式将马来酸酐改性聚丙烯贴合以形成保护膜，保护膜完全覆盖住热敏材料；
在第一耳体的表面采用高频焊接贴合一层聚丙烯薄膜作为极耳胶，极耳胶与热敏材料间隔开，最后得到极耳。
其中，在上述制备的极耳中，第一耳体为0.10mm厚*6mm宽*18mm长的铝金属导体，极耳胶为0.08mm厚*12mm宽4.5mm高的聚丙烯薄膜，保护膜为0.08mm厚*8.5mm宽3mm高的马来酸酐改性聚丙烯薄膜，第二耳体为0.10mm厚*6mm宽*10mm长的铝金属导体，热敏材料为0.15mm厚*7mm宽*4mm长。
将上述制备得到的极耳作为正极耳，常规镍极耳作为负极耳，并分别采用超声波焊接方式焊接于涂布有正极活性物质的铝箔空箔处和涂布有负极活性物质的铜箔空箔处，再分别将焊接有极耳的正极片、隔膜和负极片进行卷绕、封装、注液、化成、二封、分容、包装等工序，从而制备得到含该极耳的锂电池。
实施例2
极耳制造过程：
热敏材料的制备：按照重量占比分别称取以下份数的物质：高分子聚合物25份、导电剂10份、固化剂1份、分散剂1份、偶联剂1份、有机溶剂8份；其中，高分子聚合物包括聚乙烯、聚酯酰胺、共聚聚丙烯，导电剂包括管状碳、银铝合金粉、锆钛酸铅镧(PLZT)粉；固化剂为改性聚酰胺和邻笨二甲酸酐，分散剂为甲基戊醇和十八烷基硫酸钠，偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，有机溶剂为丙酮；
采用含25wt％偶联剂的乙醇溶液和导电剂在搅拌机上进行充分搅拌60min，真空过滤后进行真空干燥，采用星型球磨机进行研磨90min；将高分子聚合物、分散剂、有机溶剂在160℃高温下搅拌混合，制备得到有机混合物；最后将偶联剂处理后的导电剂、有机混合物和固化剂于100℃温度下在星型球磨机中进行高温研磨混合，从而制备得到热敏材料；
取热敏材料作为连接部，在140℃下将第一耳体的一端、第二耳体的一端分别嵌入热敏材料(连接部)中，并冷却至室温；其中，第一耳体的一端嵌入热敏材料的长度为1.5mm，第二耳体的一端嵌入热敏材料的长度为1.5mm；
在热敏材料、第一耳体的一端上邻近热敏材料的区域、第二耳体的一端上邻近热敏材料的区域的表面采用热压的方式将马来酸酐改性聚丙烯贴合以形成保护膜，保护膜完全覆盖住热敏材料；
在第一耳体的表面采用高频焊接贴合聚丙烯薄膜作为极耳胶，极耳胶与热敏材料间隔开，最后得到极耳。
其中，在上述制备的极耳中，第一耳体为0.08mm厚*6mm宽*18mm长的镀镍铜金属导体，极耳胶为0.08mm厚*12mm宽4.5mm高的聚丙烯薄膜，保护膜为0.08mm厚*8.5mm宽3mm高的马来酸酐改性聚丙烯薄膜，第二耳体为0.10mm厚*6mm宽*10mm长的镀镍铜金属导体，热敏材料为0.1mm厚*7mm宽*4mm长。
将上述制备得到的极耳作为负极耳，常规铝极耳作为正极耳，并分别采用超声波焊接方式焊接于涂布有负极活性物质的铜箔空箔处和涂布有正极活性物质的铝箔空箔处，再分别将焊接有极耳的正极片、隔膜和负极片进行卷绕、封装、注液、化成、二封、分容、包装等工序，从而制备得到含该极耳的锂电池。
实施例3
极耳制造过程：
热敏材料的制备：按照重量占比分别称取以下份数的物质：高分子聚合物55份、导电剂30份、固化剂4份、分散剂5份、偶联剂5份、有机溶剂15份；其中，高分子聚合物包括聚氯乙烯、无规共聚丙烯和聚氨基甲酸酯，导电剂包括球形碳、金属银粉、金属铜粉、氧氮化硅铝粉、锆钛酸铅镧(PLZT)粉；固化剂为改性聚酰胺和聚癸二酸酐，分散剂为十八烷基硫酸钠，偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，有机溶剂为丙酮；
采用含25wt％偶联剂的乙醇溶液和导电剂在搅拌机上进行充分搅拌90min，真空过滤后进行真空干燥，采用星型球磨机进行研磨120min；将高分子聚合物、分散剂、有机溶剂在200℃高温下搅拌混合，制备得到有机混合物；最后将偶联剂处理后的导电剂、有机混合物和固化剂于120℃温度下在星型球磨机中进行高温研磨混合，从而制备得到热敏材料；
取热敏材料作为连接部，在160℃下将第一耳体的一端、第二耳体的一端分别嵌入热敏材料(连接部)中，并冷却至室温；其中，第一耳体的一端嵌入热敏材料的长度为2mm，第二耳体的一端嵌入热敏材料的长度为2mm；
在热敏材料、第一耳体的一端上邻近热敏材料的区域、第二耳体的一端上邻近热敏材料的区域的表面采用热压的方式将马来酸酐改性聚丙烯贴合以形成保护膜，保护膜完全覆盖住热敏材料；
在第一耳体的表面采用高频焊接贴合一层聚丙烯薄膜作为极耳胶，极耳胶与热敏材料间隔开，最后得到极耳。
其中，在上述制备的极耳中，第一耳体为0.2mm厚*15mm宽*14mm长的铝金属导体，极耳胶为0.1mm厚*22mm宽4.5mm高的聚丙烯薄膜，保护膜为0.1mm厚*25mm宽6mm高的共聚聚丙烯薄膜，第二耳体为0.2mm厚*15mm宽*5mm长的铝金属导体，热敏材料为0.23mm厚*18mm宽*4mm长。
将上述制备得到的极耳作为正极耳，常规镀镍铜极耳作为负极耳，并分别采用激光焊接方式焊接于涂布有正极活性物质的铝箔空箔处和涂布有负极活性物质的铜箔空箔处，再分别将焊接有极耳的正极片、隔膜和负极片进行卷绕、封装、注液、化成、二封、分容、包装等工序，从而制备得到含该极耳的锂电池。
对比例1
以与实施例1相同材质、尺寸的铝金属导体常规极耳作为正极耳，常规镍极耳作为负极耳，并分别采用超声波焊接方式焊接于涂布有正极活性物质的铝箔空箔处和涂布有负极活性物质的铜箔空箔处，再分别将焊接有极耳的正极片、隔膜、负极片进行卷绕、封装、注液、化成、二封、分容、包装等工序，从而制备得到锂电池。
对比例2
以与实施例2相同材质、尺寸的镀镍铜极耳作为负极耳，常规铝极耳作为正极耳，并分别采用超声波焊接方式焊接于涂布有负极活性物质的铜箔空箔处和涂布有负极活性物质的铝箔空箔处，再分别将上述焊接好极耳的正极片、隔膜、负极片进行卷绕、封装、注液、化成、二封、分容、包装等工序，从而制备得到一种锂电池。
对比例3
以与实施例1相同材质、尺寸的铝金属导体常规极耳作为正极耳，常规镍极耳作为负极耳，并分别采用超声波焊接方式焊接于涂布有正极活性物质的铝箔空箔处和涂布有负极活性物质的铜箔空箔处，再分别将焊接有极耳的正极片、隔膜、负极片进行卷绕、封装、注液、化成、二封、分容、包装等工序，其中，在包装工序中，于正极耳探出端部分焊接一个常规的熔断器(breaker)，从而制备得到一种常规的带热敏保护的锂电池。
对比例4
以与实施例2相同材质、尺寸的镀镍铜极耳作为负极耳，常规铝极耳作为正极耳，并分别采用超声波焊接方式焊接于涂布有负极活性物质的铜箔空箔处和涂布有负极活性物质的铝箔空箔处，再分别将上述焊接好极耳的正极片、隔膜、负极片进行卷绕、封装、注液、化成、二封、分容、包装等工序，其中，在包装工序中，于负极耳探出端部分焊接一个常规的breaker，从而制备得到一种常规的带热敏保护的锂电池。
将上述实施例1～3以及对比例1～4中的电池进行一下测试。
1、耐湿热性测试
将实施例1～3及对比例1～4涉及的制备好电池分别取100只进行耐湿热性测试，存储时间完毕，具体操作步骤为：分别将电池充满电，放置在85℃及85％湿度(RH)的高温高湿箱中存储1000h，测试完毕将样品取出冷却至室温状态，并采用万用表的欧姆档测试各组样品的通断状态，分别统计极耳的失效不良率。
2、温度冲击测试
将实施例1～3及对比例1～4涉及的极耳进行温度冲击测试，具体操作步骤为：分别取各例子所制备的电池100只进行充满电，分别装入初始温度为20℃±5℃的可控温的试验箱内按照如下步骤进行试验：a)将样品放入温度为75℃的实验箱中保持6h；b)后将实验箱温度降为-40℃，并保持6h，温度转换时间不大于15min；c)再次将实验箱温度升为75℃，温度转换时间不大于15min；d)重复步骤(a)～(c)，共循环30次。测试完毕，取出电池，采用万用表的欧姆档测试各组样品的通断状态，并统计不良率。
3、短路测试
将实施例1～3及对比例1～4制备好的锂电池各取100只进行短路测试，具体操作步骤为：将电池充满电，正负极探出端末外接一5mΩ的电阻进行短路测试1min，电池发生极耳熔断或电芯起火冒烟等失效即停止测试，未发生熔断或失效则重复此动作测试，持续上限为500次测试，测试完毕，统计各例的不良率。
4、跌落测试
将实施例1～3及对比例1～4制备好的锂电池各取100只进行跌落测试，具体测试步骤为：分别将各组电池进行充满电，将满电后的电池置于1m的跌落高度上，其中电池极耳顶部朝下，进行自由落体跌落于混凝土板上，共进行六次试验。测试完毕，确认极耳是否断裂以及电池是否可进行正常通路状态，并统计不良率。
实施例1～3以及对比例1～4的测试结果如下表1
表1测试结果
| 组别 | 耐湿热性测试 | 温度冲击测试 | 短路测试 | 跌落测试 |
| 实施例1 | 0％ | 0％ | 4％ | 2％ |
| 实施例2 | 0％ | 2％ | 0％ | 2％ |
| 实施例3 | 0％ | 0％ | 2％ | 4％ |
| 对比例1 | 0％ | 0％ | 100％ | 6％ |
| 对比例2 | 0％ | 0％ | 100％ | 4％ |
| 对比例3 | 10％ | 6％ | 20％ | 50％ |
| 对比例4 | 10％ | 6％ | 24％ | 38％ |
由上述结果表明：含本发明极耳的锂电池在耐湿热、温度冲击能力以及防短路上同等比极耳探出端焊接breaker的常规技术更有优势，跌落方面极耳的不良率均比传统极耳低，具备更高的使用寿命，可大大降低锂电池的安全使用风险。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种极耳，其特征在于，包括：
第一耳体，所述第一耳体为导电材料件；
第二耳体，所述第二耳体为导电材料件；
连接部，所述第一耳体的一端与所述连接部的第一端电连接，所述第二耳体的一端与所述连接部的第二端电连接；
当经过所述连接部的电流小于电流阈值时或者所述连接部的温度小于温度阈值时，所述连接部导通以使所述第一耳体与所述第二耳体之间导通；
当经过所述连接部的电流大于或等于电流阈值时或者所述连接部的温度大于或等于温度阈值时，所述连接部断路以使所述第一耳体与所述第二耳体之间断路。
2.根据权利要求1所述的极耳，其特征在于，所述连接部为热敏材料件，所述热敏材料包括：聚合物和导电剂。
3.根据权利要求2所述的极耳，其特征在于，所述热敏材料还包括：分散剂。
4.根据权利要求2所述的极耳，其特征在于，所述聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚氨基甲酸酯、乙烯醋酸乙烯聚合物、乙烯丙烯酸酯聚合物、烯烃共聚物、丙烯共聚物、乙烯共聚物或其单体改性共聚的聚合物的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的极耳，其特征在于，所述连接部的外侧包覆有保护膜，所述保护膜为绝缘材料件；
所述连接部为热敏材料件时，所述保护膜的熔点大于热敏材料的居里温度，且所述保护膜的熔点与热敏材料的居里温度之间的差值符合预设阈值。
6.根据权利要求5所述的极耳，其特征在于，所述保护膜的一端延伸至所述第一耳体上且包覆所述第一耳体的部分，所述保护膜的另一端延伸至所述第二耳体上且包覆所述第二耳体的部分。
7.根据权利要求5所述的极耳，其特征在于，所述保护膜中包括聚烯烃、改性聚烯烃、环氧树脂、热塑性聚酯、聚丙烯酸树脂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的极耳，其特征在于，所述第一耳体上设有极耳胶，所述极耳胶与所述连接部间隔开。
9.一种极耳的制备方法，其特征在于，包括：
提供第一耳体、第二耳体和连接部；
将所述第一耳体的一端与所述连接部的第一端电连接，将所述第二耳体的一端与所述连接部的第二端电连接，得到极耳；
其中，所述第一耳体为导电材料件，所述第二耳体为导电材料件；
当经过所述连接部的电流小于电流阈值时或者所述连接部的温度小于温度阈值时，所述连接部导通以使所述第一耳体与所述第二耳体之间导通；
当经过所述连接部的电流大于或等于电流阈值时或者所述连接部的温度大于或等于温度阈值时，所述连接部断路以使所述第一耳体与所述第二耳体之间断路。
10.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1～8中任一项所述的极耳。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010989077.1A CN112018317A (zh) | 2020-09-18 | 2020-09-18 | 一种极耳及制备方法、电池 |
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|---|---|
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|---|---|
| CN (1) | CN112018317A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998029879A1 (fr) * | 1996-12-26 | 1998-07-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thermistance ctp et son procede de fabrication |
| CN203242692U (zh) * | 2013-05-07 | 2013-10-16 | 东莞新能源科技有限公司 | 一种锂离子电池极耳结构 |
| CN210723208U (zh) * | 2019-07-17 | 2020-06-09 | 珠海冠宇电池有限公司 | 一种过流或者持续载流自保护型极耳 |
| CN111509181A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-08-07 | 海口博澳国兴新能源科技有限公司 | 电池极耳及其制备方法 |
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2020
- 2020-09-18 CN CN202010989077.1A patent/CN112018317A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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