[发明专利]用于锂离子电池热安全保护的正温度系数材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池生产技术领域，特别涉及一种适用于锂离子电池热安全保护的正温度系数材料及其应用。

背景技术

正温度系数材料即PTC材料，PTC材料具有PTC特性，所谓的PTC(positive temperature coefficient)特性就是在一定的温度范围内，材料自身的电阻率会随温度的升高而增大。具有PTC特性的导电体可制成热敏电阻器，应用于电路的过流保护措施，可应用于锂离子电池的热安全保护措施，也可以制成自控温加热体，应用于保温采暖设施。

从原理上讲，适合锂离子电池热安全保护措施的PTC材料必须具有以下特点：(1)合适的居里温度； (2)较小的室温电阻、足够的升阻比；(3)足够的化学稳定性；(4)居里点附近体积变化小。满足上述要求的PTC材料用在电极上，电极就能够根据自身温度变化调节电极电阻，并赋有自激活温度开关功能。

公开号CN1699510A公开了一种发热温度为65^oC的低温等级、正电阻温度系数阻燃树脂组合物，由30-60%的线性密度聚乙烯(LLDPE)，10-30%的氯化聚乙烯，15-25%的导电炭黑，10-20%的十溴联苯醚和三氧化锑并用阻燃剂，以及5-10%的加工助剂组成，采用电子辐照交联。此组合物制得的加热电缆PTC强度在4以上，OI大于26，室温电阻率为102-105Ω/cm，连续通电6000小时，功率及电阻均无明显下降趋势，但该专利未给出自限温波动范围，所得PTC材料为低温型，解决的是阻燃问题。

用于锂离子电池热安全保护的正温度系数材料（问立宁，北京理工大学学报，2004,24(7),653-656）中介绍了一种新型的正温度系数材料取代锂离子电池用导电剂，利用其高温下得金属-绝缘体相变导致的电导率变化对锂离子电池进行高温保护。在添加PTC材料的电池加热到200℃，电池并未被破坏。剥开电池后，电池正极、负极和隔膜均完好，只是隔膜收缩到和正极材料一般大小，证实了PTC材料在高温下对电池的保护作用明显。但是总的来说，该材料的PTC作用有限，该材料在居里点附近的电阻仅为常温下的3倍，且展示出较为明显的NTC效应。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足，提供一种PTC特性稳定、室温电阻小、升阻比适当、循环性能良好的用于锂离子电池热安全保护的正温度系数材料，本发明的另一目的在于提供一种该正温度系数材料在锂离子电池正极片制备上的应用，可为锂离子电池提供一种实现过热保护的安全机制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于锂离子电池热安全保护的正温度系数材料，所述的正温度系数材料按质量百分比计由以下成分混合制成：环氧树脂A胶30%-35%，环氧树脂B胶30%-35%，Super-P 25%-35%，Al₂O₃ 5%-8%。 

环氧树脂A胶、环氧树脂B胶配合使用形成环氧树脂AB胶，环氧树脂AB胶是由环氧树脂为基的双组分耐高温胶粘剂。Super-P即导电炭黑。

本发明中的PTC材料与文献或者专利报道的用于锂离子电池保护电路或者安全性保护的BaTiO₃系PTC材料分属不同的材料系。常规的BaTiO₃基PTC 材料在室温下的电阻率较大，并且产生PTC 效应时的温度较高，其本身也容易发生电化学嵌锂反应。因此不适合直接用作锂离子电池热安全保护的正温度系数材料。

发明人选取了环氧树脂-Super-P-Al₂O₃复合物作为PTC 材料，研究了它的电阻-温度效应及其在锂离子电池体系中的应用效果。结果表明，本发明的环氧树脂-Super-P-Al₂O₃复合物具有良好的PTC效应。在60℃以下，该复合物的电阻基本不变；在60-120℃温度区间，电阻开始明显增加；当温度超过120℃时，电阻几乎直线上升，表现出典型的PTC效应。

作为优选，所述的正温度系数材料按质量百分比计由以下成分混合制成：环氧树脂A胶30%-35%，环氧树脂B胶30%-35%，Super-P 28%-32%，Al₂O₃ 5%-8%。Super-P的含量优选 28%-32%，本发明的PTC 材料性能更佳。

作为优选，Al₂O₃的粒径为1-3微米。这样混合和涂覆的效果好。