安全电池及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及安全电池及其制造方法，包括：隔膜、正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极材料和正极集流体，所述正极材料涂布于所述正极集流体上，所述负极极片包括负极材料和负极集流体，所述负极材料涂布于所述负极集流体上，所述正极材料和所述负极材料至少一种混合有PTC材料。当电池受到挤压或者剧烈碰撞而导致内部正极极片和负极极片之间的短路时，由于电池内部温度上升，导致正极极片和/或负极极片上的PTC材料在达到居里温度后阻值迅速提升至极大，使得电池内部阻值极大，从而大大降低电池内部的电流，避免由于短路造成的电池内部过热而造成的爆炸，大大提高了电池的安全性。
【专利说明】
安全电池及其制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及电池技术领域，特别是涉及安全电池及其制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着新能源技术的不断发展，以及对环保的要求，各行各业的能源都逐步转换为采用电能解决，电池得到了大规模的应用的快速的发展，比如，电池应用在电动汽车上，电动汽车则得到了飞速发展。但目前电动汽车行业存在着一定的障碍以及瓶颈，主要在于电池的安全性问题。
[0003]电池一般由盖板、壳体、电解液和电芯等组成。电芯由隔膜、正极片和负极片通过卷绕或者叠片的方式组装而成。正、负极片是正极或负极活性物质分别和导电剂及粘结剂等混合均匀后，涂布在集流体上，经过烘干、辊压等工序制作而成。由于电池所使用的电极材料电化学反应活性较高，且电解液中含有大量易燃的有机溶剂，电池在使用过程中容易发生因碰撞和挤压等引起的电池短路而起火或爆炸。
[0004]为了提高电池所在电路的安全性，在电路中加入PTC(Positive TemperatureCoefficient，正温度系数/正温度系数热敏电阻)是一个较佳的解决方案，PTC是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。这样，在电路发生短路时，由于热量极大，进而使得PTC温度上升并超过一定温度，PTC阻值跃升至极大，从而使得电路中电流极大减小，相当于对电路进行阻断，从而使得电路在短路时可及时断开，确保安全，但上述这种方案存在缺陷，其仅能解决电路短路或电池外部故障引起的温度异常，而无法在电池内部短路时产生作用。应该理解的是，当电池应用在电动汽车上时，在发生交通事故时，电池首当其冲受到挤压碰撞，电池内部由于挤压产生短路，而由于PTC设置于电路中或电池外部，无法切断电池内部的正负极连接，进而因短路造成电池内部温度急剧上升，引起爆炸，依然存在安全隐患。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要针对现有电路无法对电池由于受挤压和冲撞而造成的内部的短路进行断路，无法避免由此造成的安全隐患的缺陷，提供一种安全电池及其制造方法，能够在电池内部短路时，对进行切断，进而有效避免由此造成的安全事故。
[0006]—种安全电池，包括:隔膜、正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极材料和正极集流体，所述正极材料涂布于所述正极集流体上，所述负极极片包括负极材料和负极集流体，所述负极材料涂布于所述负极集流体上，所述正极材料和所述负极材料至少一种混合有PTC材料。
[0007]进一步地，所述PTC材料包括聚合物、导电剂、阻燃剂和抗氧化剂；所述聚合物为胶、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;所述导电剂为石墨、炭黑、碳纤维、金属粉末或纤维中的一种或多种的混合物。
[0008]进一步地，所述正极材料中混合的PTC材料质量百分比为0.1 %?90%。
[0009]进一步地，所述负极材料中混合的PTC材料质量百分比为0.1%?90%。
[0010]—种安全电池的制造方法，包括以下步骤:
[0011]将正极材料、负极材料和PTC材料分别磨成粉状；
[0012]将粉状的正极材料和粉状的PTC材料混合，勾兑成正极浆料；
[0013]将粉状的负极材料和粉状的PTC材料混合，勾兑成负极浆料；
[0014]将所述正极浆料和所述负极浆料分别涂布在集流体上制备成正极极片和负极极片;
[0015]将隔膜置于所述正极极片和所述负极极片之间，卷绕成电芯；
[0016]将所述电芯放入壳体中；
[0017]在所述壳体中注入电解液；
[0018]将盖板安装在壳体上封装形成电池。
[0019]进一步地，所述PTC材料包括聚合物、导电剂、阻燃剂和抗氧化剂；所述聚合物为胶、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;所述导电剂为石墨、炭黑、碳纤维、金属粉末或纤维中的一种或多种的混合物。
[0020]进一步地，粉状的所述PTC材料的粗细度为50目?500目。
[0021]上述安全电池及其制造方法，当电池受到挤压或者剧烈碰撞而导致内部正极极片和负极极片之间的短路时，由于电池内部温度上升，导致正极极片和/或负极极片上的PTC材料在达到居里温度后阻值迅速提升至极大，使得电池内部阻值极大，从而大大降低电池内部的电流，避免由于短路造成的电池内部过热而造成的爆炸，大大提高了电池的安全性。
【附图说明】
[0022]图1为本发明一实施例的安全电池的制造方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
[0024]需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0025]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0026]如图1所示，其为本发明一较佳实施例的安全电池，包括:隔膜、正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极材料和正极集流体，所述正极材料涂布于所述正极集流体上，所述负极极片包括负极材料和负极集流体，所述负极材料涂布于所述负极集流体上，所述正极材料和所述负极材料至少一种混合有PTC材料。例如，所述正极材料混合了PTC材料，例如，所述负极材料混合了 PTC材料，例如，所述正极材料和所述负极材料均混合了 PTC材料。
[0027]其中，所述PTC材料包括聚合物、导电剂、阻燃剂和抗氧化剂;所述聚合物为胶、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;所述导电剂为石墨、炭黑、碳纤维、金属粉末或纤维中的一种或多种的混合物;所述正极材料为磷酸亚铁锂或由带磷酸亚铁锂的三元正极材料;所述负极材料为石墨和石墨烯的其中一种或两种;所述正极集流体为铝箔，所述负极集流体为铜箔。
[0028]当电池受到挤压或者剧烈碰撞而导致内部正极极片和负极极片之间的短路时，由于电池内部温度上升，导致正极极片和/或负极极片上的PTC材料在达到居里温度后阻值迅速提升至极大，使得电池内部阻值极大，从而大大降低电池内部的电流，避免由于短路造成的电池内部过热而造成的爆炸，大大提高了电池的安全性。值得一提的是，即使此时PTC材料的阻值极大，但电池内部仍有微弱电流通过，因此电池仍能维持在居里温度上下浮动，而PTC材料则持续对电池内部的电流进行阻断，这样，在电池内部故障没有排除之前，电池则一直保持阻断状态，这样，有效避免当温度降低后，电池恢复导通，进而使得短路再次发生而引起电池爆炸，使得进一步提高电池的安全性。
[0029]应该理解的是，PTC材料的居里温度可根据聚合物、导电剂、阻燃剂和抗氧化剂之间的比例调制，这样，电池则在不同的使用条件或不同的使用环境中，具有安全特性，例如，当居里温度较低时，电池在较低的温度或者在短路的瞬间即切断，当距离温度较高时，则电池在相对价高的温度或者短路后的一段时间切断。
[°03°]因此，本发明中PTC材料包含如下质量分数的各组分:聚合物65份?75份、导电剂30份?35份、阻燃剂10.5份?11.5份以及氧化剂2.5份?3.5份。
[0031]为了使得PTC材料的阻断效果更佳，进一步地，所述正极材料中混合的PTC材料质量百分比为0.1 %?90 %，进一步地，所述负极材料中混合的PTC材料质量百分比为0.1 %
?90% ο
[0032]如图1所示，本发明还提供一种安全电池的制造方法，包括以下步骤:
[0033]步骤SlOO，将正极材料、负极材料和PTC材料分别磨成粉状。
[0034]具体来说，将正极材料、负极材料和PTC材料分别磨成颗粒度为50目?500目的粉末，优选地，将正极材料、负极材料和PTC材料分别磨成颗粒度为200目的粉末。
[0035]步骤S200，将粉状的正极材料和粉状的PTC材料混合，勾兑成正极浆料。
[0036]步骤S300，将粉状的负极材料和粉状的PTC材料混合，勾兑成负极浆料。
[0037]步骤S400，将所述正极浆料和所述负极浆料分别涂布在集流体上制备成正极极片和负极极片。
[0038]步骤S500，将隔膜置于所述正极极片和所述负极极片之间，卷绕成电芯。
[0039]步骤S600，将所述电芯放入壳体中。
[0040]步骤S700，在所述壳体中注入电解液。
[0041 ]步骤S800，将盖板安装在壳体上封装形成电池。
[0042]下面是本发明的具体实施例:
[0043]实施例1
[0044]软包聚合物电池，将含有质量百分比为10%的PTC材料与质量百分比为90%的其他正极材料混合后，加入溶剂中搅拌形成正极浆料，涂覆在正极集流体上制备成正极极片，将含有质量百分比为1 %的PTC材料与质量百分比为90 %的其他负极材料混合后，加入溶剂中搅拌形成负极浆料，涂覆在负极集流体上制备成负极极片，正极极片、负极极片与隔膜卷绕成电芯并封装入壳体内。在常温下，通过电池的电流为3A，当电池的温度上升到80°C时，通过的电流减小至0.1A，软包聚合物电池的阻值上升至40欧姆。
[0045]实施例2
[0046]圆柱形锂电池，将含有质量百分比为5%的PTC材料与质量百分比为95%的其他正极材料混合后，加入溶剂中搅拌形成正极浆料，涂覆在正极集流体上制备成正极极片，将含有质量百分比为5 %的PTC材料与质量百分比为95 %的其他负极材料混合后，加入溶剂中搅拌形成负极浆料，涂覆在负极集流体上制备成负极极片，正极极片、负极极片与隔膜卷绕成电芯并封装入壳体内。在常温下，通过电池的电流为3A，当电池的温度上升到85°C时，通过的电流减小至0.1A，圆柱形锂电池的阻值上升至40欧姆。
[0047]实施例3
[0048]镍氢电池，将含有质量百分比为5%的PTC材料与质量百分比为95%的其他正极材料混合后，加入溶剂中搅拌形成正极浆料，涂覆在正极集流体上制备成正极极片，将含有质量百分比为5 %的PTC材料与质量百分比为95 %的其他负极材料混合后，加入溶剂中搅拌形成负极浆料，涂覆在负极集流体上制备成负极极片，正极极片、负极极片与隔膜卷绕成电芯并封装入壳体内。在常温下，通过电池的电流为2.6A，当电池的温度上升到85°C时，通过的电流减小至0.1A，镍氢电池的阻值上升至20欧姆。
[0049]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0050]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种安全电池，其特征在于，包括:隔膜、正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极材料和正极集流体，所述正极材料涂布于所述正极集流体上，所述负极极片包括负极材料和负极集流体，所述负极材料涂布于所述负极集流体上，所述正极材料和所述负极材料至少一种混合有PTC材料。2.根据权利要求1所述的安全电池，其特征在于，所述PTC材料包括聚合物、导电剂、阻燃剂和抗氧化剂;所述聚合物为胶、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;所述导电剂为石墨、炭黑、碳纤维、金属粉末或纤维中的一种或多种的混合物。3.根据权利要求1所述的安全电池，其特征在于，所述正极材料中混合的PTC材料质量百分比为0.1%?90%。4.根据权利要求1所述的安全电池，其特征在于，所述负极材料中混合的PTC材料质量百分比为0.1%?90%。5.一种安全电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 将正极材料、负极材料和PTC材料分别磨成粉状； 将粉状的正极材料和粉状的PTC材料混合，勾兑成正极浆料； 将粉状的负极材料和粉状的PTC材料混合，勾兑成负极浆料； 将所述正极浆料和所述负极浆料分别涂布在集流体上制备成正极极片和负极极片； 将隔膜置于所述正极极片和所述负极极片之间，卷绕成电芯； 将所述电芯放入壳体中； 在所述壳体中注入电解液； 将盖板安装在壳体上封装形成电池。6.根据权利要求5所述的安全电池的制造方法，其特征在于，所述PTC材料包括聚合物、导电剂、阻燃剂和抗氧化剂;所述聚合物为胶、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;所述导电剂为石墨、炭黑、碳纤维、金属粉末或纤维中的一种或多种的混合物。7.根据权利要求5所述的安全电池的制造方法，其特征在于，粉状的所述PTC材料的粗细度为50目?500目。
【文档编号】H01M10/0525GK105845968SQ201610237123
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】于永斌
【申请人】惠州市聚鼎电子有限公司