CN220341474U - 一种安全电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种安全电池，该安全电池包括：壳体，以及设置在所述壳体内部的正极极片、负极极片和隔膜，所述隔膜位于所述正极极片和所述负极极片之间；正极极片和负极极片均包括集流体，当安全电池的内部温度达到热失控温度时，集流体使得所述正极极片和所述负极极片的电流切断。本实用新型实施例中，在电池内部温度即将达到失控温度时，集流体会破坏自身的结构，进而切断正极极片和所述负极极片的电流，避免电池高温导致起火燃烧，极大提高电池的安全性。

Description

一种安全电池

技术领域

本实用新型涉及离子电池技术领域，具体涉及一种安全电池。

背景技术

离子电池由于具有较高的能量密度以及循环性能，在消费电子产品、电动汽车、储能等领域广泛应用，在这样的时代背景下，离子电池引起了业界极大的关注，离子电池的发展具有重大的经济和社会意义。

但是，离子电池使用的安全问题不能忽视，根据电功公式W＝UIt可得，在相同的时间内，流过电池的电流大小相同的情况下，电池的放电电压越高，其做功越大，即其内阻做功发热亦会越高，电池的温度也会逐渐升高；电池的工作温度过高，将导致严重的热危害效应，最终引发起火甚至***等安全事故。

当前，亟需一种能够解决由于电池内部温度失控，其内部集聚了难以消化热量，而导致电池容易起火燃烧的问题的电池，在该电池内部温度失控的情况下，可以切断电流，进而阻止电池燃烧。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种安全电池，以解决由于电池内部温度失控，其内部集聚了难以消化热量，而导致电池容易起火燃烧的技术问题。

为了达到上述目的，本实用新型实施例提供了一种安全电池，所述安全电池包括：壳体，以及设置在所述壳体内部的正极极片、负极极片和隔膜，所述隔膜位于所述正极极片和所述负极极片之间；

所述正极极片和所述负极极片均包括集流体，当所述安全电池的内部温度达到热失控温度时，所述集流体使得所述正极极片和所述负极极片的电流切断。

在一些可能的实施方式中，所述集流体包括：基材层、导电层或者形变材料层，所述形变材料层位于所述基材层与所述导电层之间；

所述形变材料层的材质为第一热形变材料。

在一些可能的实施方式中，所述集流体包括：基材层、以及设置在所述基材层表面的导电层；

所述基材层的材质为第一热形变材料。

在一些可能的实施方式中，所述第一热形变材料的热形变温度低于所述热失控温度。

在一些可能的实施方式中，所述集流体包括：基材层、设置在所述基材层表面的导电层，以及设置在所述导电层表面的热熔性材料层；

所述热熔性材料层的融化温度低于所述热失控温度。

在一些可能的实施方式中，所述导电层为金属铝、金属铜或金属合金。

在一些可能的实施方式中，所述隔膜包括：

支撑层，以及设置在所述支撑层上的若干孔洞；

所述支撑层的材质为第二热形变材料。

在一些可能的实施方式中，所述隔膜包括：支撑层和设置在所述支撑层的一个表面或者两个表面的形变层，以及贯穿所述支撑层和所述形变层的若干孔洞；

在一些可能的实施方式中，所述第二热形变材料的热形变温度低于所述第一热形变材料的形变温度。

在一些可能的实施方式中，所述第一热形变材料和所述第二热形变材料均为记忆材料。

上述技术方案的有益技术效果在于：

本实用新型实施例提供的一种安全电池，该安全电池包括：壳体，以及设置在所述壳体内部的正极极片、负极极片和隔膜，所述隔膜位于所述正极极片和所述负极极片之间；正极极片和负极极片均包括集流体，当安全电池的内部温度达到热失控温度时，集流体使得所述正极极片和所述负极极片的电流切断。本实用新型实施例中，在电池内部温度即将达到失控温度时，集流体会破坏自身的结构，进而切断正极极片和所述负极极片的电流，避免电池高温导致起火燃烧，极大提高电池的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的一种安全电池的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的第一种集流体的结构示意图；

图3是本实用新型实施例的第二种集流体的结构示意图；

图4是本实用新型实施例的第三种集流体的结构示意图；

图5是实用新型实施例的一种隔膜的俯视图；

图6是实用新型实施例的一种隔膜的剖视图。

附图标号说明：

10、壳体；11、正极极片；12、负极极片；13、隔膜；131、支撑层；132、孔洞；133、形变层；

2、集流体；21、基材层；22、导电层；23、形变材料层；24、热熔性材料层。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

图1是本实用新型实施例的一种安全电池的结构示意图，如图1所示，该安全电池包括：壳体10，以及设置在壳体10内部的正极极片11、负极极片12和隔膜13，隔膜13位于正极极片11和负极极片12之间；正极极片11和负极极片12均包括集流体2，当安全电池的内部温度达到热失控温度时，集流体2使得正极极片11和负极极片12的电流切断。

本实用新型实施例中，在电池内部温度即将达到失控温度时，集流体2会破坏自身的结构，进而切断正极极片11和所述负极极片12的电流，避免电池高温导致起火燃烧，极大提高电池的安全性。

图2是本实用新型实施例的第一种集流体的结构示意图，如图2所示，在一些实施例中，该集流体2包括：基材层21、导电层22或者形变材料层23，形变材料层23位于基材层21与导电层22之间；形变材料层23的材质为第一热形变材料。

本实施例中，形变材料层23设置在基材层21与导电层22之间，当电池的内部达到热失控温度时，由于形变材料层23为第一热形变材料，所以形变材料层23受热后在达到形变温度后会发生形变，将破坏形变材料层23外侧的导电层22，进而正极极片11或者负极极片12就可以阻止电流的形成，切断电池内部的电流，避免电池内部温度升高，集聚难以消化热量而导致电池起火燃烧。

图3是本实用新型实施例的第二种集流体的结构示意图，如图3所示，在一些实施例中，该集流体2包括：基材层21、以及设置在基材层21表面的导电层22；基材层21的材质为第一热形变材料。本实施例中，由于基材层21为第一热形变材料，所以当基材层21受热后在达到形变温度后会发生形变，将破坏基材层21外侧的导电层22，进而正极极片11或者负极极片12就可以阻止电流的形成，切断电池内部的电流，避免电池内部温度升高，集聚难以消化热量而导致电池起火燃烧。

图4是本实用新型实施例的第三种集流体的结构示意图，如图4所示，在一些实施例中，该集流体2包括：基材层21、设置在基材层21表面的导电层22，以及设置在导电层22表面的热熔性材料层24；热熔性材料层24的融化温度低于热失控温度。

本实施例中，由于热熔性材料层24的融化温度低于热失控温度，如果电池内部的温度达到或者即将达到热失控温度时，即达到热熔性材料融化温度时，那么设置在导电层22的表面设置热熔性材料层24就会融化，涂覆在集流体2表面的活性材料也会随着热熔性材料的融化而脱落，活性材料脱落后，正极极片11或者负极极片12就可以阻止电流的形成，切断电池内部的电流，避免电池内部温度升高，集聚难以消化热量而导致电池起火燃烧。本实施例中，热熔性材料可以为改性双马来酰亚胺聚合物，该改性双马来酰亚胺聚合物是由巴比妥酸改性含有双马来酰亚胺基团的化合物得到的，其中巴比妥酸与含有双马来酰亚胺基团的化合物的摩尔比为1:0.5-5，当然，也可以为其他材质，只要该热熔性材料层24的融化温度低于电池的失控温度即可。

在一些实施例中，导电层22为金属铝、金属铜或金属合金。本实施例中，金属合金可以为镍铜合金或镍铝合金，另外，导电层22的金属种类可以根据极片的极性或者具体用途而定，例如，当本实施例中的集流体2用作正极极片11的正极集流体时，最外侧的导电层22的金属材质为铝；当然也可以在铝层和基材层21之间可以设置其他的金属或者非金属层，可以依据具体需求而定，但是作为正极极片11，集流体2的外层必须是铝，然后在正极集流体上设置正极活性材料，正极活性材料。当本实施例中的集流体2用作负极极片12的负极集流体时，最外侧的导电层22的金属材质为铜；当然也可以在铜层和基材层21之间可以设置其他的金属或者非金属层，可以依据具体需求而定，但是最外面必须是铜，然后在铜层上设置负极活性材料。

图5是实用新型实施例的一种隔膜的俯视图，如图5所示，隔膜13包括：支撑层131，以及设置在支撑层131上的若干孔洞132；支撑层131的材质为第二热形变材料。本实施例中，当电池温度上升到电池热失控温度时，即电池内部温度达到第二热形变材料的形变温度时，支撑层131会产生形变，使得孔洞132闭合，以降低或关闭电池中离子运行通道的作用，进而实现切断电池内部电流，避免导致电池起火燃烧，进一步防止危险发生。

图6是实用新型实施例的一种隔膜的剖视图，如图6所示，该隔膜13包括：支撑层131和设置在支撑层131的一个表面或者两个表面的形变层133，以及贯穿支撑层131和形变层133的若干孔洞132，支撑层131的材质为第二热形变材料。本实施例中的孔洞132同时贯穿支撑层131和形变层133，当电池温度上升到电池热失控温度时，即电池内部温度达到第二热形变材料的形变温度时，形变层133会产生形变，使得支撑层131上面的孔洞132与形变层133上面的孔洞132部分或全部错开，以降低或关闭电池中离子运行通道的作用，进而实现切断电池内部电流，避免导致电池起火燃烧，进一步防止危险发生。

在一些实施例中，第二热形变材料的热形变温度低于第一热形变材料的形变温度，即隔膜13的形变温度小于集流体的形变温度，这样电池的安全系数将大大提高，因为首先隔膜13形变会吸热，然后闭合上面的孔，阻止离子运动，阻断电流，然后如果温度还继续升高，那么集流体2的形变材料将形变，这时候彻底的切断电流的传输，同时，因为形变材料形变也会吸热，所以还可以降低电池的温度。

另外，形变层133的热形变温度低于电池的热失控温度的1度至50度。本实施例中，形变层133的热形变温度低于热失控温度1℃-50℃的好处是，以50℃为例，当电池温度还有50°就到达热失控的时候，形变层133就开始轻微形变，这样就可以将形变层133上面的孔洞132与支撑层131上面的孔洞132部分错开，降低或隔离电池内部的部分离子传输，从而可以降低热失控的概率。当温度到达热失控温度时，形变层133与支撑层131同时形变，形变层133上面的孔洞132与支撑层131上面的孔洞132全部错开，隔离电池内部的部分离子传输，从而可以降低热失控的概率；同时，形变层133与支撑层131的热形变本身会吸收一定热量，从而进一步减少电池燃烧的风险。

在一些实施例中，第一热形变材料和第二热形变材料均为记忆材料。在一些实施例中，热形变材料为记忆材料。本实施例中，热形变材料优选具有记忆效应的形变材料，即记忆材料；记忆效应的形变材料是指在一定温度下会形变，但是当温度降低后，形变材料又恢复到没有形变的状态，特别是当电池温度距离热失控温度还有一定温度空间的时候，此时如果形变了不恢复，虽然可以减少热失控的风险，但是当温度降下来后，也会降低电池的效能，但是，如果使用具有记忆效应的形变材料，此时形变材料形变闭合孔洞132的部分后，可以恢复，那么就不会降低电池的升温然后降温后的使用了。本实施例中，记忆效应的热形变材料可以采用现有材料中的记忆合金材料。即，本实施例中的形变层133还可以恢复原状，电池的性能恢复后不会受到影响。

在一些实施例中，形变材料层23、基材层21、支撑层131或者形变层133均可以为聚丙、聚苯乙烯、聚氯烯、聚乙烯或聚酰胺。具体的，聚丙(PP)的热形变温度为160℃、聚苯乙烯(PS)的热形变温度为200℃、聚氯烯(PVC)的热形变温度为220℃、聚丙(PP)的热形变温度为160℃、聚苯乙烯(PS)的热形变温度为200℃、聚氯烯(PVC)的热形变温度为220℃，本实施例中的第一热变形材料和第二热变形材料可以根据电池的热失控温度来选择，只要热形变材料的热形变温度低于电池的热失控温度即可。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型实施例中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种安全电池，其特征在于，所述安全电池包括：壳体(10)，以及设置在所述壳体(10)内部的正极极片(11)、负极极片(12)和隔膜(13)，所述隔膜(13)位于所述正极极片(11)和所述负极极片(12)之间；

所述正极极片(11)和所述负极极片(12)均包括集流体(2)，当所述安全电池的内部温度达到热失控温度时，所述集流体(2)使得所述正极极片(11)和所述负极极片(12)的电流切断。

2.根据权利要求1所述的一种安全电池，其特征在于，所述集流体(2)包括：基材层(21)、导电层(22)或者形变材料层(23)，所述形变材料层(23)位于所述基材层(21)与所述导电层(22)之间；

所述形变材料层(23)的材质为第一热形变材料。

3.根据权利要求1所述的一种安全电池，其特征在于，所述集流体(2)包括：基材层(21)和设置在所述基材层(21)表面的导电层(22)；

所述基材层(21)的材质为第一热形变材料。

4.根据权利要求3所述的一种安全电池，其特征在于，所述第一热形变材料的热形变温度低于所述热失控温度。

5.根据权利要求1所述的一种安全电池，其特征在于，所述集流体(2)包括：基材层(21)、设置在所述基材层(21)表面的导电层(22)，以及设置在所述导电层(22)表面的热熔性材料层(24)；

所述热熔性材料层(24)的融化温度低于所述热失控温度。

6.根据权利要求2-5任意一项所述的一种安全电池，其特征在于，所述导电层(22)为金属铝、金属铜或金属合金。

7.根据权利要求2所述的一种安全电池，其特征在于，所述隔膜(13)包括：

支撑层(131)，以及设置在所述支撑层(131)上的若干孔洞(132)；

所述支撑层(131)的材质为第二热形变材料。

8.根据权利要求2所述的一种安全电池，其特征在于，所述隔膜(13)包括：支撑层(131)和设置在所述支撑层(131)的一个表面或者两个表面的形变层(133)，以及贯穿所述支撑层(131)和所述形变层(133)的若干孔洞(132)；

所述支撑层(131)的材质为第二热形变材料。

9.根据权利要求7或8所述的一种安全电池，其特征在于，所述第二热形变材料的热形变温度低于所述第一热形变材料的形变温度。

10.根据权利要求9所述的一种安全电池，其特征在于，所述第一热形变材料和所述第二热形变材料均为记忆材料。