[发明专利]区域化设计的极片及其电池

说明书

本发明涉及电池设计技术领域，公开一种区域化设计的极片及其电池，该电池的正负极极片采用区域化的设计。极片包括集流体和设于集流体两侧的电极材料。集流体包括至少一层导通电子的导电板，导电板被分成多个区域块，相邻区域块之间设有可通过发生熔断进行限流的电子限流部分。相应的，电极材料亦可被分成多个区域块。电子限流部分设有促进熔断顺利进行的隔液层、隔热层，以及容纳层。相邻区域块之间设有一层绝缘材料。极片中设有连接各区域块的结构件，以提高极片的机械强度。本发明可限制导电板区域块、电极材料区域块在发生内部短路之时的电子相互导通，从而显著降低电池的内部短路电流，避免燃烧、爆炸等灾难性问题。

技术领域

本发明涉及电池设计技术领域，具体地，涉及一种区域化设计的极片和这种极片组成的电池。

背景技术

锂离子电池在安全测试和实际使用过程中，正极、负极之间容易发生内部短路而出现起火、燃烧、爆炸，引起安全事故。为了提高锂离子电池的安全性，设计上通常使用的方法是在壳体、电解液、隔膜、电极上采取相应的措施，以阻断或者减小短路。例如CN2762362Y提出了在电池壳体上设置安全阀、保险丝或者热敏电阻；CN1145233C提出了PTC电极技术。但是，以上这些方法，都不能将内部短路点与周围电极区域有效的隔断开来，难以减小电池整体的离子电流或者电子电流，也就难以控制涌向内部短路点的电流大小，难以显著的降低电池，尤其是动力电池发生内部短路以后的危险性。因此，需要补充开发其他的技术方案。同时，某些其他电化学体系的装置，也面临着相同的技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种区域化设计的极片和这种极片组成的安全电池。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种区域化设计的极片，包括集流体和设于集流体两侧的电极材料；集流体包括至少一层导通电子的导电板，导电板被分成多个区域块，相邻区域块之间设有可通过发生熔断进行限流的电子限流部分。当电池在外部原因（例如穿刺、挤压），或者内部原因（例如锂枝晶穿透隔膜）形成内部短路的情况下，电池极片不同区域块之间的电子相互导通得到有效限制，电池内部短路电流比传统电池小很多，升温速度大大降低，因而很难发生燃烧、爆炸等灾难性问题。

一种区域化设计的极片，包括集流体和设于集流体两侧的电极材料；至少有一层电极材料被分成多个区域块，相邻区域块之间设有可通过发生熔断进行限流的电子限流部分。该设计的原理、效果，与导电板的情况类似。而且，在某些情况下，电极材料的电子体积电阻率较低，厚度又远远超过导电板，如果不进行区域化设计，会在电子限流部分熔断以后，起到相邻导电板区域块之间的电子导通“桥梁”，使电流限制效果大打折扣；甚至因为并联分流的基本原理，使电子限流部分的熔断机制不能进行。在这些情况下，有必要将电极材料进行区域化设计。

区域块可以是任意形状；可以在与极片长度、宽度方向存在着任意夹角的两个方向上设计区域块。最简单的方式，是区域块为长方形，而且分别平行于极片的长度、宽度方向，即夹角为零。

进一步地，导电板的材质采用金属材料、PTC材料、导电高分子中的任意一种或者组合。

进一步地，电子限流部分的材质采用金属材料、PTC材料、掺入了PTC材料的电极材料中的任意一种或者组合。

进一步地，电子限流部分与区域块一体式连接。即电子限流部分与区域块原本就是一体的。

进一步地，电子限流部分通过涂覆、包覆、机械压合、热熔、焊接、铆接、粘结、电镀和蒸镀中的任意一种方式或者其组合与区域块相连。

进一步地，电子限流部分是通过成孔、薄化或窄化工艺形成的；成孔时相邻孔之间的间距为0.1mm～50mm，优选0.5mm～5mm；薄化时薄化处的最小厚度，优选的，小于未薄化处的50%；窄化时窄化处的最小宽度，优选的，小于未窄化处的50%。