[發(fā)明專(zhuān)利]一種安全型鋰離子電池

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110097330.3
• 申請(qǐng)日: 2011-04-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102208678A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-10-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李劼;袁長(zhǎng)福;劉晉;賴延清;張治安;洪樹(shù);盧海;宋海申
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中南大學(xué);長(zhǎng)沙業(yè)翔能源科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/0525
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/0525;H01M4/66;H01M4/62
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專(zhuān)利事務(wù)所 43114
• 代理人: 鄧建輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電池，特別是涉及一種具有防止因過(guò)充、外部短路的不當(dāng)使用引起的燃燒甚至爆炸的高安全特性的鋰離子電池。

背景技術(shù)

當(dāng)前商品化鋰離子電池所使用的電解質(zhì)主要為有機(jī)電解液，由于有機(jī)電解液易燃，使用有機(jī)電解液的鋰離子電池在使用時(shí)存在安全隱患。使用者由于對(duì)鋰離子電池安全隱患認(rèn)識(shí)不足，經(jīng)常出現(xiàn)外部短路、過(guò)充的不當(dāng)使用情況，繼而引起鋰離子電池因溫度升高而燃燒，甚至爆炸，不僅給使用者造成巨大的人身傷害，而且由于這類(lèi)個(gè)別事件的發(fā)生，鋰電產(chǎn)商不得不召回大量已售出的電池，承受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

按照目前不同種類(lèi)鋰離子電池的技術(shù)水平，很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，有機(jī)電解液鋰離子電池仍將是市場(chǎng)的主導(dǎo)。為防止外部短路、過(guò)充等人為使用不當(dāng)情況所引發(fā)的安全問(wèn)題，業(yè)界做了很多工作。

往電解液中加入防過(guò)充添加劑是研究較多的方法之一。其防過(guò)充原理有兩類(lèi)，一類(lèi)是氧化還原梭，另一類(lèi)是電聚合，防過(guò)添加劑的加入雖然可以一定程度上避免小電流的過(guò)充、過(guò)放，對(duì)于大電流情況下的過(guò)充情況下的效果有限，而且防過(guò)充添加劑的加入通常會(huì)造成電池放電容量的降低、倍率性能的下降、自放電增加等不良影響。

還有一類(lèi)有效的方法是在電池充放電回路中加入PTC元件。如在電芯負(fù)極和保護(hù)板間連接自復(fù)保險(xiǎn)絲PTC(專(zhuān)利CN201466143U)；方形鋰離子電池單體內(nèi)置PTC，以PTC做負(fù)極引流條(CN2762362Y)；極耳采用金屬片和設(shè)置于金屬片表面的PTC材料層(CN101887960A)；將PTC至于鋰離子電池內(nèi)部，其一個(gè)引線與電池芯的陰/陽(yáng)極的集流體直接或通過(guò)導(dǎo)線連接，另一個(gè)引線與電池的外接引出導(dǎo)線連接或直接作為電池的引出導(dǎo)線(CN2599767Y)；其他大部分專(zhuān)利均將PTC元件設(shè)在電芯外部。

本發(fā)明將正極集流體和負(fù)極集流體之一或全部用導(dǎo)電能力良好的有機(jī)物PTC導(dǎo)電薄膜取代，這一設(shè)計(jì)使PTC所感應(yīng)的溫度與電池內(nèi)部溫度一致，消除溫差，可使PTC開(kāi)關(guān)動(dòng)作更加迅速有效，同時(shí)由于膨脹空間擴(kuò)大也使PTC受熱膨脹不受限制，能夠及時(shí)切斷鋰離子電池過(guò)充、短路時(shí)的電路，從而避免溫度持續(xù)升高引發(fā)的安全問(wèn)題。

另外，亞胺類(lèi)鋰鹽，如LiTFSI，相比LiPF₆，具有更高的熱穩(wěn)定性(350℃分解)，不易水解，與石墨負(fù)極具有很好相容性，能夠形成低阻抗且穩(wěn)定的SEI膜，但其對(duì)Al集流體具有腐蝕性，因而一般不使用。雷登新能源公司的Marc?Jozkow等使用石墨箔替代鋁箔做集流體，用胺類(lèi)鋰鹽替代LiPF₆，電池高溫性能和循環(huán)性能均大為提高。本發(fā)明使用有機(jī)PTC導(dǎo)電薄膜做正極集流體，不存在Al集流體的腐蝕，可以使用LiTFSI作為電解質(zhì)鋰鹽，這是本發(fā)明所取得的另一大益處。使用有機(jī)導(dǎo)電薄膜做集流體，還有利于減少極片切割時(shí)產(chǎn)生的毛刺，且不易掉料，也有利于提高電池安全性和循環(huán)性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有防止過(guò)充、外部短路的不當(dāng)使用所引起的燃燒甚至爆炸安全問(wèn)題的安全型鋰離子電池。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的安全型鋰離子電池，包括正極體系、負(fù)極體系以及間隔于正極和負(fù)極之間的隔膜和電解液體系，正極體系包括正極集流體和附著在正極集流體上含有正極活性物質(zhì)的膜片，負(fù)極體系包含負(fù)極集流體和附著在負(fù)極集流體上含有負(fù)極活性物質(zhì)的膜片，所述的正極體系和負(fù)極體系之一或全部采用有機(jī)物導(dǎo)電薄膜作為集流體，且所述的有機(jī)物導(dǎo)電薄膜采用具有PTC熱敏電阻特性的聚合物基體。

所述的具有PTC熱敏電阻特性的聚合物基體為硅膠、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；導(dǎo)電填料為石墨、炭黑、碳纖維、金屬粉末中的一種或多種的混合物，導(dǎo)電填料的含量為20-80wt.％。

所述的有機(jī)物導(dǎo)電薄膜為聚丙烯PTC導(dǎo)電薄膜，其PTC開(kāi)關(guān)溫度為165-176℃；用作正極集流體時(shí)，導(dǎo)電填料或?qū)щ娡繉右訟l、炭黑、碳纖維、石墨中的一種或多種的混合物為導(dǎo)電體；用作負(fù)極集流體時(shí)，導(dǎo)電填料或?qū)щ娡繉右訡u、炭黑、碳纖維、石墨中的一種或多種的混合物為導(dǎo)電體，導(dǎo)電體含量為40-60wt.％。