区域化设计的极片及其电池制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
区域化设计的极片及其电池
本专利技术涉及电池设计
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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%。进一步地，电子限流部分，设有隔液层，或者隔热层，或者容纳层，或者三者的任意组合。隔热层的主要功能是绝热，减缓电子限流部分在熔断时向极片中散失热量；隔液层的主要功能是隔绝电解液。如果电解液与电子限流部分直接接触，就会形成固-液接触传热，传热速率远远超过固-固接触传热（电子限流部分与电极材料或者隔热层之间，就属于固-固接触传热）。而且，很多体系的电解液，热容大、沸点低，很容易干扰熔断机制的顺利进行。容纳层的主要功能是容纳电子限流部分熔断时体积增大效应。在很多情况下，固体在熔融状态下的密度低于常温下的密度（例如铝，常温下密度2.70g/cm3，熔融状态下密2.375g/cm3），如果设计中不考虑这种效应，电子限流部分可能“熔而不断”。进一步地，相邻区域块之间设有一层绝缘材料。优选的，绝缘材料深入电极材料中且占据电极材料50%以上的厚度。这种（部分）隔断设计，可显著降低电极材料的的电子导通“桥梁”作用，有利于熔断机制的顺利进行。进一步地，集流体和电极材料之间设有一层PTC材料。该层PTC材料，可以在区域块之间充当电子限流部分，限制“平行电流”（相邻区域块之间的电子流通方向，平行于极片平面）；或者限制“垂直电流”（导电板与电极材料之间的流通方向，垂直于极片平面），即限制区域块内部的电流大小。进一步地，极片中还包括将各区域块连接起来的结构件，结构件材质采用金属材料、导电高分子材料、PTC材料、碳纤维、绝缘材料中的任意一种或者组合。结构件的主要功能是将各区域块连接起来，并增强整个集流体和极片的机械强度，使之不容易断裂。在理想情况下，结构件为绝缘体，或者导电性较差，可与电子限流部分直接接触；如果结构件本身导电性较强，应该在结构件与电子限流部分之间采取绝缘措施。一种电池，采用上述任意一项所述的区域化设计的极片。在这种电池中，可以将正极极片，或者负极极片进行区域化设计；或者正极极片、负极极片均进行区域化设计。在电池中，全部极片区域块的中心法线，可以呈现集中式分布，以使设计和制造工艺简单化；亦可以呈现非集中式分布，以实现最大散热效果，并减少电池内部应力。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1）将极片进行区域化设计，不同区域块在发生内部短路之时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。2）电池的安全性显著提高，特别是当电池在穿刺、挤压的外部原因或者自发的内部短路的情况下，很难发生燃烧、爆炸等灾难性问题。3）采用本技术设计的电池装配成电池组时，电池组的安全性显著提高。附图说明图1为一种集流体结构示意图；图2为一种极片结构示意图；图3为图2虚线处的剖面图；图4为一种极片结构示意图；图5为图4虚线处的剖面图；图6为一种集流体结构示意图；图7为图6虚线处的剖面图；图8为一种集流体结构示意图；图9为图8虚线处的剖面图；图10为一种结构件的结构示意图；图11为一种结构件的结构示意图；图12为一种集流体结构示意图；图13为一种极片结构示意图；图14为一种结构件的结构示意图；图15为一种集流体结构示意图；图16为一种集流体结构示意图；图17为一种集流体结构示意图；图18为一种结构件的结构示意图；图19为一种结构件的结构示意图；图20为一种集流体结构示意图；图21为图20虚线处的剖面图；图22为一种结构件的结构示意图；图23为一种结构件的结构示意图；图24为一种集流体结构示意图；图25为一种结构件的结构示意图；图26为一种结构件的结构示意图；图27为一种极片的结构示意图；图28为图27虚线处的剖面图；图29为一种极片的结构示意图（剖面）；图30为一种集流体的结构示意图。其中：1-导电板；2-长圆形孔；3-导电板区域块；4-电极材料；5-隔液层；6-隔热层；7-导电板减薄区；8-大圆孔；9-小圆孔；10-结构件A；11-导电板窄区；12-胶黏剂；13-贴片区；14-导电条；15-汇流片；16-导电条窄区；17-背面导电板区域块；18-背面导电板窄区；19-PTC圆片；20-背面贴片区；21-导电胶；22-结构件B；23-导电胶涂覆区；24-绝缘材料层；25-PTC粉层。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种区域化设计的极片，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种区域化设计的极片，其特征在于，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。2.一种区域化设计的极片，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的区域化设计的极片，其特征在于，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。4.根据权利要求1或2任一项所述的区域化设计的极片，其特征在于，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。5.根据权利要求1或2任一项所述的区域化设计的极片，其特征在于，电子限流部分与区域块一体式连接。6.根据权利要求1或2任一项所述的区域化设计的极片，其特征在于，电子限流部分通过涂覆、包覆、机械压合、热熔、焊接、铆接、粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：何志奇，
申请(专利权)人：何志奇，
类型：发明
国别省市：湖南,43