一种提高二次锂电池安全性能的方法及结构与流程

技术领域

本发明涉及一种提高电池安全性能的方法及结构，尤其涉及一种提高二次锂电池安全性能的方法及结构。

背景技术：

进入绿色能源时代以来，电池己逐渐替代燃油被应用于纯电动车(EV)、混合电动车(HEV)和插电式混合电动车(PHEV)，同时电池单体容量大型化已成为车用动力电池的发展趋势，而安全性能是对电动汽车用动力电池的基本要求，电池的安全性能与其容量成反比，容量越大，对电池的安全可靠性设计要求就越高。目前，制约电池在动力电池商业化的主要因素是其安全性能。电池在内外部短路、过充电、过热等情况下，都有可能导致发生起火、爆炸等不安全行为。电池的失效是多种因素综合作用的结果，最终则表现为热失控。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种提高二次锂电池安全性能的方法及结构。它可以有效缓冲二次锂电池的热失控，从而提高二次锂电池的安全性能。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种提高二次锂电池安全性能的方法，其特点是：通过在电池上设置与电池紧密结合的低熔点、高导热系数的金属，当电池使用过程中发生热失控情况时，低熔点、高导热系数的金属单质或合金可以快速吸收并传递热量，减少电池的热量聚集，降低热失控风险，从而提高了电池的安全性能。

上述的提高二次锂电池安全性能的方法中，所述低熔点、高导热系数的金属熔点为40℃～650℃，导热系数为20W/(m•K)～500 W/(m•K)。

前述的提高二次锂电池安全性能的方法中，所述低熔点、高导热系数的金属为为锡、锌、锌锡合金或铅锡合金。

前述的提高二次锂电池安全性能的方法中，所述电池紧密结合的低熔点、高导热系数的金属以片状结构包覆在电池的电芯外侧；或以片状结构包覆在电池的封装层外侧；或以多个片状的形式添加在电芯内侧；或以棒状形式设置在电池的圆柱卷芯中心。

前述的提高二次锂电池安全性能的方法中，当所述电池紧密结合的低熔点、高导热系数的金属为片状结构时，其厚度为5μm～5mm。

实现前述方法的一种二次锂电池结构：包括电池电芯和电池电芯外侧的封装层；所述电池电芯外包覆有一圈材质为低熔点、高导热系数金属的金属包覆层；所述电池电芯为叠片电芯或卷绕电芯。

实现前述方法的第二种二次锂电池结构：包括带封装层的电池主体，电池主体外侧包覆有一圈材质为低熔点、高导热系数金属的金属包覆层。

实现前述方法的第三种二次锂电池结构：包括由多个叠层单元叠合而成的电池电芯，电池电芯外侧设有封装层；所述叠层单元包括正极片和负极片，正极片和负极片之间设有隔膜；各个叠层单元之间和电池电芯最外侧也均设有隔膜；所述电池电芯的一个或多个叠层单元中设有材质为低熔点、高导热系数金属的金属片。

实现前述方法的第四种二次锂电池结构：包括圆柱电池卷芯和其外侧的封装层，圆柱电池卷芯中心插设有材质为低熔点、高导热系数金属的金属棒。

与现有技术相比，本发明通过在电池上设置与电池紧密结合的低熔点、高导热系数的金属，当电池使用过程中发生热失控情况时，低熔点、高导热系数的金属单质或合金可以快速吸收并传递热量，减少电池的热量聚集，降低热失控风险，从而提高了电池的安全性能。

附图说明

图1是本发明实施例1的电池电芯示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明实施例3的电池电芯的叠层单元结构示意图；

图4是本发明实施例4的圆柱电池卷芯的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：内覆膜式二次锂电池结构，包括电池电芯1（外表面带隔膜）和电池电芯1外侧的封装层；所述电池电芯1外包覆有一圈材质为低熔点、高导热系数金属的金属包覆层2，如图1所示；所述电池电芯1为叠片电芯或卷绕电芯，即二次锂电池分别为方形电池和圆柱形电池。金属包覆层2所使用的金属为熔点为40℃～650℃，导热系数为20W/(m•K)～500 W/(m•K)的锡、锌、锌锡合金或铅锡合金。金属包覆层2厚度为5μm～5mm。

实施例2。外覆膜式二次锂电池结构，如图2所示，包括带封装层的电池主体3，电池主体3外侧包覆有一圈材质为低熔点、高导热系数金属的金属包覆层2。金属包覆层2所使用的金属为熔点为40℃～650℃，导热系数为20W/(m•K)～500 W/(m•K)的锡、锌、锌锡合金或铅锡合金。金属包覆层2厚度为5μm～5mm。

实施例3。方形二次锂电池结构，如图3所示，包括由多个叠层单元叠合而成的电池电芯，电池电芯外侧设有封装层；所述叠层单元包括正极片101和负极片102，正极片101和负极片102之间设有隔膜103；各个叠层单元之间和电池电芯最外侧也均设有隔膜103；所述电池电芯1的一个或多个叠层单元中设有材质为低熔点、高导热系数金属的金属片104。金属片104所使用的金属为熔点为40℃～650℃，导热系数为20W/(m•K)～500 W/(m•K)的锡、锌、锌锡合金或铅锡合金。金属包覆层2厚度为5μm～5mm。所述的正极片、负极片均由特定的设备冲压切割而成，正、负极片无棱角、无毛刺。叠入金属片的电池电芯经封装、烘烤、注液及检测等，最后得到所述方形二次锂电池。

实施例4。圆柱形二次锂电池结构，如图4所示，包括圆柱电池卷芯4和其外侧的封装层，圆柱电池卷芯4中心插设有材质为低熔点、高导热系数金属的金属棒401。金属棒401所使用的金属为熔点为40℃～650℃，导热系数为20W/(m•K)～500 W/(m•K)的锡、锌、锌锡合金或铅锡合金。

性能试验。对实施例1和2的电池进行加热触发热失控测试，触发电池发生内部短路，测试电池在试验过程中未起火，电池表面最高温度221℃。热失控触发方法如下图示例，依据标准《电动客车安全技术条件》附录B蓄电池单元热失控实验。

对比例1：本例中对未加入低熔点、高导热系数金属的同结构同容量电池进行加热触发热失控测试，试验发现测试电池在试验过程中起火，电池表面最高温度500℃。

而对于实施例3和实施例4，最终测试的电池表面最高温度相对于实施例1和2更低，安全性能更佳。