[发明专利]一种安全型软包装锂离子电池极耳

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种安全型软包装锂离子电池极耳。

背景技术

来自环境污染和石油资源匮乏的双重压力极大地推动了电动汽车的发展。锂离子电池因比能量高、循环性能好等显著优势，成为车用动力电池研发的重点。然而，不断发生的安全性事故严重地阻碍了大容量和高功率锂离子电池的商业化应用。锂离子电池安全性事故诱因很多，诸如过充、短路、挤压、振动、碰撞等，但从发生的机制看，不外乎电压失控和热失控二者。一方面，由于使用有机溶液电解质，不像水溶液电解质那样能够可逆的分解复合，因而在过充状态时容易发生不可逆氧化分解，产生可燃性气体并放出大量热，导致电池内部温度及压力急剧上升，引发热失控甚至爆炸。另一方面，由于电池内部存在许多可能发生的放热反应，使用过程中如果出现内外部短路现象必将引起电池内部温升。一旦内部温度上升至120℃时，碳阳极表面钝化膜(即SEI膜)难免发生分解，失去钝化膜保护的高活性嵌锂碳电极即与有机电解液之间发生剧烈反应，放出大量可燃性气体和热量，从而导致电池内部发生燃烧等危险。由此可以看出电压失控最终也会表现为热失控进而使电池产生危险，所以解决锂电池安全问题的关键点就是防止热失控。

目前防止锂离子电池热失控的方案主要有：（1）在电池组外部附带PTC元件，当电池组温度升高到PTC元件的居里温度时，PTC元件内阻迅速增大，从而切断电流防止电池组温度进一步升高；（2）采用无机氧化物陶瓷（如氧化铝）修饰的耐热涂层隔膜(或电极)，耐热涂层可以有效防止因温度升高致使隔膜收缩而引起的内部短路；（3）将PTC电极涂覆与电极集流体与活性物质之间，这样能随时感知电池内部由于过流或内部短路而产生的温度变化，降低或阻断通过的电流。

但是，上述提到的三种方案都有各自的缺陷，分别是：（1）电池组外部附带的PTC元件能够监控由于外部短路，过充等滥用情况引起的热失控，但是由于它远离电极电解液界面，对电池内部热失控不能起到及时的监控和抑制作用；（2）无机氧化物陶瓷（如氧化铝）修饰的耐热涂层隔膜(或电极)，虽然耐热涂层可以有效防止因温度升高致使隔膜收缩而引起的内部短路，但是对由于过热引起的其他副反应和外部短路、过充等引起的热失控却无能为力；（3）PTC涂层虽然对外部和内部的热失控都能起到一定的保护作用，但是PTC涂层增加了集流体与活性物质之间的接触阻抗，对电池的倍率性能影响较大，并且PTC涂层会降低电池的能量密度，另外这样的一层涂层也无形中增大了制造工艺的复杂性。

发明内容

本发明针对现有技术在控制锂电池热失控技术上不能兼顾外部和内部热失控的不足，提出了一种安全型软包装锂离子电池极耳，本发明在软包装锂离子电池正负极极耳上涂覆一层PTC材料，从而有效控制电池的热失控，极大地提高了电池的安全性。

本发明的具体技术方案为：一种安全型软包装锂离子电池极耳，包括极耳本体以及涂覆于所述极耳本体表面的PTC涂层，所述PTC涂层由PTC浆料固化而成，所述PTC浆料包括PTC基体材料、分散剂、粘结剂和溶剂；所述PTC基体材料选自BaTiO₃、BaPbO₃中的至少一种。

为了解决电池安全问题，本发明在锂电池极耳位置处涂覆了一层PTC涂层，使得电池在热失控的初期就能通过PTC涂层的保护实现断路，从而控制了热失控的进一步发生，防止了电池起火爆炸等危险状况。该极耳相对于传统极耳具有以下优势：

1、当电池发生短路（包括外部和内部短路）或者过充过放时，电池极耳位置通过的电流最大，极耳位置的发热量也是最大的，所以在极耳位置增加PTC涂层能及时有效地控制通过外部和内部原因引进的热失控，防止电池内部进一步反应，防止起火爆炸等危险状况发生。

2、在极耳位置处涂覆PTC涂层相对在极片上涂覆更简单易行，操作复杂程度降低，节省制造成本。

3、在极耳位置处涂覆PTC涂层对于电池能量密度的影响远小于在极片上涂覆PTC涂层。

4、本发明选用的PTC基体材料对于锂离子电池来说，其温度系数非常匹配，当温度达到电池为危险温度时，能够有效阻断电流。

作为优选，所述PTC基体材料占PTC基体材料、分散剂、粘结剂总质量的10-90%，所述分散剂占PTC基体材料、分散剂、粘结剂总质量的1-50%，所述粘结剂占PTC基体材料、分散剂、粘结剂总质量的1-50%，所述溶剂与粘结剂质量比为5:90-100。