一种安全型锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种安全型锂离子电池，包括正极体系、负极体系以及间隔于正极和负极之间的隔膜和电解液体系，正极体系包括正极集流体和附着在正极集流体上含有正极活性物质的膜片，负极体系包含负极集流体和附着在负极集流体上含有负极活性物质的膜片，所述的正极体系和负极体系之一或全部采用有机物导电薄膜作为集流体，且所述的有机物导电薄膜采用具有PTC热敏电阻特性的聚合物基体。有机物导电薄膜具有正温度系数热敏电阻(PTC热敏电阻)特性。该种锂离子电池可以避免电池因过充、外部短路引起电池温度升高所导致的电池燃烧甚至爆炸等安全问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电池，特别是涉及一种具有防止因过充、外部短路的不当使用引起的燃烧甚至爆炸的高安全特性的锂离子电池。
技术介绍
当前商品化锂离子电池所使用的电解质主要为有机电解液，由于有机电解液易燃，使用有机电解液的锂离子电池在使用时存在安全隐患。使用者由于对锂离子电池安全隐患认识不足，经常出现外部短路、过充的不当使用情况，继而引起锂离子电池因温度升高而燃烧，甚至爆炸，不仅给使用者造成巨大的人身伤害，而且由于这类个别事件的发生，锂电产商不得不召回大量已售出的电池，承受巨大的经济损失。按照目前不同种类锂离子电池的技术水平，很长的一段时间内，有机电解液锂离子电池仍将是市场的主导。为防止外部短路、过充等人为使用不当情况所引发的安全问题， 业界做了很多工作。往电解液中加入防过充添加剂是研究较多的方法之一。其防过充原理有两类，一类是氧化还原梭，另一类是电聚合，防过添加剂的加入虽然可以一定程度上避免小电流的过充、过放，对于大电流情况下的过充情况下的效果有限，而且防过充添加剂的加入通常会造成电池放电容量的降低、倍率性能的下降、自放电增加等不良影响。还有一类有效的方法是在电池充放电回路中加入PTC元件。如在电芯负极和保护板间连接自复保险丝PTC(专利CN201466143U)；方形锂离子电池单体内置PTC，以 PTC做负极引流条(CN2762362Y)；极耳采用金属片和设置于金属片表面的PTC材料层 (CN101887960A)；将PTC至于锂离子电池内部，其一个引线与电池芯的阴/阳极的集流体直接或通过导线连接，另一个引线与电池的外接引出导线连接或直接作为电池的引出导线 (CN2599767Y)；其他大部分专利均将PTC元件设在电芯外部。本专利技术将正极集流体和负极集流体之一或全部用导电能力良好的有机物PTC导电薄膜取代，这一设计使PTC所感应的温度与电池内部温度一致，消除温差，可使PTC开关动作更加迅速有效，同时由于膨胀空间扩大也使PTC受热膨胀不受限制，能够及时切断锂离子电池过充、短路时的电路，从而避免温度持续升高引发的安全问题。另外，亚胺类锂盐，如LiTFSIJH比LiPF6,具有更高的热稳定性(350°C分解)，不易水解，与石墨负极具有很好相容性，能够形成低阻抗且稳定的SEI膜，但其对Al集流体具有腐蚀性，因而一般不使用。雷登新能源公司的Marc Jozkow等使用石墨箔替代铝箔做集流体，用胺类锂盐替代LiPF6，电池高温性能和循环性能均大为提高。本专利技术使用有机PTC 导电薄膜做正极集流体，不存在Al集流体的腐蚀，可以使用LiTFSI作为电解质锂盐，这是本专利技术所取得的另一大益处。使用有机导电薄膜做集流体，还有利于减少极片切割时产生的毛刺，且不易掉料，也有利于提高电池安全性和循环性
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有防止过充、外部短路的不当使用所引起的燃烧甚至爆炸安全问题的安全型锂离子电池。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的安全型锂离子电池，包括正极体系、负极体系以及间隔于正极和负极之间的隔膜和电解液体系，正极体系包括正极集流体和附着在正极集流体上含有正极活性物质的膜片，负极体系包含负极集流体和附着在负极集流体上含有负极活性物质的膜片，所述的正极体系和负极体系之一或全部采用有机物导电薄膜作为集流体，且所述的有机物导电薄膜采用具有PTC热敏电阻特性的聚合物基体。所述的具有PTC热敏电阻特性的聚合物基体为硅胶、天然橡胶、丁腈胶、聚氨酯、 聚乙烯酯、聚丙烯酯、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷中的一种或多种的混合物；导电填料为石墨、炭黑、碳纤维、金属粉末中的一种或多种的混合物，导电填料的含量为 20-80wt. %。所述的有机物导电薄膜为聚丙烯PTC导电薄膜，其PTC开关温度为165-176°c ；用作正极集流体时，导电填料或导电涂层以Al、炭黑、碳纤维、石墨中的一种或多种的混合物为导电体；用作负极集流体时，导电填料或导电涂层以Cu、炭黑、碳纤维、石墨中的一种或多种的混合物为导电体，导电体含量为40-60wt. %。所述的正极集流体采用具有PTC效应的导电聚丙烯薄膜，导电填料为石墨、炭黑、 碳纤维中的一种或多种，所用电解液溶剂为EC、PC、EMC、DMC、DEC中的至少两种的混合物，电解质锂盐采用 LiN(SO2CF3)2(LiTFSI)、LiN(SO2C2F5)2(LiBETI)、LiN(SO2F2) (LiFSI)、 LiCF3SO3中的至少一种及其衍生物，锂盐浓度0. 6-1. 2mol/L。采用上述技术方案的安全型锂离子电池，聚合物基体具有PTC热敏电阻特性，当温度升高到一定温度(居里温度)时，它的电阻随温度的增高呈阶跃性增高，从而起到电池过流或温度过高时的保护作用。而且使用有机导电薄膜做集流体，还有利于减少极片切割时产生的毛刺，且不易掉料。基于本专利技术提出的正极集流体，当采用炭黑、石墨、碳纤维中的一种或多种做导电填料时，可以应用LiTFSI等对传统Al集流体存在腐蚀的电解质锂盐来替代LiPF6。相比传统LiPF6电解液，具有更高的热稳定性，而且不易水解，不产生HF，从而提高了电池的安全性和循环性。具体实施例方式下面通过实施例进一步描述本专利技术，本专利技术不仅限于所述实施例。实施例1 按照技术要求，应用40 μ m厚的聚丙烯PTC导电薄膜作正极集流体，导电填料为炭黑，含量为45wt. %，采用商业化的LiMn2O4做正极活性材料，正极配料按活性物质炭黑 粘接剂=80 12 8的重量比进行混合浆料，均勻涂覆于聚乙烯薄膜上，在80°C真空箱中烘干制成电极。采用商业化的人造石墨做负极，负极配料按活性物质炭黑粘接剂= 86 8 6的重量比进行混合浆料，均勻涂覆与厚度为15 μ m厚的铜箔集流体上，在120°C 进行烘干制成电极。然后将这两种电极按照规格进行裁切，配对组装成18650电池，所采用的隔膜为商用的锂离子电池隔膜，电解液为IMLiPF6/(EC+EMC+DMC)溶液。在2. 2-4. OV电压范围内工作。放电电流IC容量为1.8Ah。按GB/T18^7-2000测试标准对电池进行过充、 过放、短路测试，当壳体温度升高到150°C时，电路被保护。实施例2:按照技术要求，应用40 μ m厚的聚丙烯PTC导电薄膜作负极集流体，导电填料为 Cu,含量为45wt%。正负极涂料配方与实施例1相同，正极浆料均勻涂覆于25 μ m的铝箔集流体上，在120°C进行烘干制成电极。负极浆料均勻涂覆于聚乙烯薄膜上，在80°C真空干燥箱中烘干制成电极。其余同实施例1，制成18650电池，放电电流IC容量为1.9Ah，按GB/ T18287-2000测试标准对电池进行过充、过放、短路测试，当壳体温度升高到大约150°C时， 电路被保护。实施例3:按照技术要求，应用50 μ m厚聚丙烯PTC导电薄膜做正负极集流体，正极集流体导电填料采用炭黑，负极采用Cu，含量为50%。正负极配方与实施例1相同，在80°C真空干燥箱中烘干制成电极。其余同实施例一，制成18650电池，放电电流IC容量为1. 7Ah，按GB/ T18287-2000测试标准对电池进行过充、过放、短路测试，当壳体温度升高到大约150°C时， 电路被本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种安全型锂离子电池，包括正极体系、负极体系以及间隔于正极和负极之间的隔膜和电解液体系，正极体系包括正极集流体和附着在正极集流体上含有正极活性物质的膜片，负极体系包含负极集流体和附着在负极集流体上含有负极活性物质的膜片，其特征在于：所述的正极体系和负极体系之一或全部采用有机物导电薄膜作为集流体，且所述的有机物导电薄膜采用具有ＰＴＣ热敏电阻特性的聚合物基体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李劼，袁长福，刘晋，赖延清，张治安，洪树，卢海，宋海申，
申请(专利权)人：中南大学，长沙业翔能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：43