专利名称：具有安全性修饰极耳的锂电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用锂电池的极耳，特别涉及一种锂电池极耳的安全性修饰。
背景技术：
锂电池发展蓬勃，应用相当广泛，从可携式电子产品到电动汽、机车开发量产，高容量、高功率的电池不断推出，使得电池设计复杂化，危险性提升，各家业者为了提升电池的安全性，在设计上加入泄压阀(Safety Valve)、正温度系数(Positive TemperatureCoefficient,PTC)电阻元件、电流遮断装置(Current Interrupt Device, CID)、散热装置，以及通过电子电路板设计来监测各单元电池的电压、电流及温度等都是常见的手法，但这些安全设计并不能完全预防锂电池的内短路问题。造成内短路的原因很多，如锂电池工艺污染，或遭受过充、过放、不当加热、受外部压力造成构造破裂变形等，不同因素所引发的内短路程度及危害性也都不同，当然电池内部的正负极材料、隔离膜、电解液的选用是影响电池危害程度最主要因素。要根本解决锂离子电池的安全问题，最好的方法绝对不是基于灵感的试误法(Try& Error)，其必须从电池的基本组成材料、电池结构设计及电池组电池堆叠排列几何设计三方面同时着手，电池芯厂必须在前两项进行努力，电池模块厂则主要以第三项配合电池管理系统(Battery Management and Monitoring Systems, BMS)来合理且安全的使用电池。若要避免无效率或成效不显著的试误法，最有效的方法就是建立有学理依据的电池热失控模型。根据Journal of power sources 194 (2009) 550-557 文献资料指出，在电池内部短路发生时，释放出的能量以及温度在四种典型的内部短路情形中，也即型式1:两电流收集片之间的短路；型式I1:铜金属(负极片)电流收集片与正极活性物质之间的短路；型式II1:铝金属(正极片)电流收集片与负极活性物质之间的短路；型式IV:正极活性物质与负极活性物质之间的短路，以型式III铝金属电流收集片与负极活性物质的接触时产生最大能量以及最高温，显示此种短路状态为最严重短路，因此希望在电池当中能有一保护机制避免正极片极耳上的铝金属在隔膜收缩的情况下与负极活性物质直接接触，引发电池内部严重短路，以提升电池安全性。
发明内容
本发明的一目的，在于提供一种具有安全性修饰极耳的锂电池。为了达到上述的目的，本发明提供一种具有安全性修饰极耳的锂电池，包括:具有多个正极耳的正极片、具有负极耳的负极片及夹置在正极片与负极片之间的隔离膜，其中正、负极耳上的预定位置涂布有绝缘层。该预定位置是该些正极耳及该些负极耳下部高度I至2毫米，但不超出3毫米，因为超出3毫米可能会影响转焊导柄。本发明的具有安全性修饰极耳的锂电池，通过在正、负极耳上的预定位置涂布有绝缘层，当电池内短路持续发生时，不会立即发生危险，可抑制电压立即归零，使电压以缓慢的速度下降，温升速度缓和，此机制可有效阻止电池热失控的发生。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1本发明的一实施例的锂电池正负极片与隔离膜的相对位置图；图2本发明的一实施例的锂电池与未具有极耳修饰的锂电池在130°C高温测试电压变化曲线图；图3本发明的一实施例的锂电池与未具有极耳修饰的锂电池在150°C高温测试电压变化曲线图；图4本发明的一实施例的具有极耳修饰的锂电池针刺测试的温度变化曲线图；图5为与图4比较的未具有极耳修饰的锂电池针刺测试的温度变化曲线图。其中，附图标记10锂电池 101正极耳102正极片 103负极耳105隔离膜 106绝缘层
具体实施例方式有关本发明的详细说明及技术内容，配合
如下，然而所附的附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。图1本发明一实施例锂电池正负极片与隔离膜的相对位置图。图1中，具有安全性修饰极耳的锂电池10，包括:具有多个正极耳101的正极片102、具有负极耳103的负极片(未图示)及夹置在正极片102与负极片之间的隔离膜105，其中正极耳101上的预定位置涂布有绝缘层106、负极耳上的预定位置涂布有绝缘层(未图示)。该预定位置是该些正极耳及该些负极耳下部高度I至2毫米，但不超出3毫米，因为超出3毫米可能会影响转焊导柄。以下说明具有安全性修饰极耳的锂电池10的制造方法，在锂电池10的正极片102的正极耳101上，以聚氧化乙烯:氧化铝:乙醇为I 2: 2 4: 50 100的比例配方，较佳的比例配方为聚氧化乙烯:氧化铝:乙醇为2: 4: 100涂布在该些正极耳及该些负极耳下部高度I至2毫米处。绝缘层厚度系I至5微米。接着，将焊有正极耳101的正极片102、焊有负极耳103的负极片叠片卷绕制成例如Z字型卷绕的电池并完成活化。接着，对具有安全性修饰极耳的锂电池进行安全性测试，并拆解及观察测试完的电池内部变化。(130°C 高温测试)将锂电池放在烤箱中，升温至130°C后保持50分钟，如图2所示，130°C高温测试的部分累积各三组数据Al、BI与Cl曲线为有作极耳修饰，而A2、B2与C2曲线为77Ni对照组，由曲线趋势可以看出在实验过程中，有作极耳修饰的实施例组其电压值保持较为稳定，且一直到实验结束后仍能维持在4V左右；然而对照组的77Ni却电压相当的不稳定且不断跳动在最后甚至有OV的情况出现。由以上结果，可以推论在实验过程中对照组的77Ni电池具有较为激烈的内短路发生所以造成其电压的不稳定，而在实施例组的电池中并没有此严重短路的情形发生。此时观察电池内部相对关系，对照组的77Ni电池的隔离膜部分已收缩至负极片以下造成铝金属(正极片)电流收集片与负极活性物质之间的短路情况发生，而实施例组电池因有修饰极耳造成短路情形不明显电压维持稳定。另外，在拆解130°C测试后电池发现，对照组的77Ni电池正极耳下方隔离膜收缩严重甚至有极片黑点，以及隔离膜变色的情况产生，显示有较严重的短路情形产生。然而，在实施例组的电池中隔离膜收缩则没有如此明显，且没有极片黑点以及隔膜变色的情形产生，显示内部短路情形较轻微。
(150°C 高温测试)将锂电池放在烤箱中，升温至150°C后保持50分钟，在150°C高温测试的情况中，由图3所示，两组数据Dl与El曲线为有作极耳修饰，而D2曲线为77Ni对照组的电压曲线，可得知D2曲线代表的对照组的77Ni电池在150°C的条件下发生破袋燃烧的现象，而Dl与El曲线代表的实施例组的电池却没有此现象发生，且电压仍能维持在3V左右，同样也显示极耳修饰的电池具有较少的内部短路及较高的安全性。此时观察电池内部相对关系，对照组的77Ni电池的隔离膜部分已收缩至负极片以下造成严重铝金属(正极片)电流收集片与负极活性物质之间的短路情况发生，而实施例组电池因有修饰极耳造成短路情形较不明显电压维持较稳定。(针刺测试(nailpenetration))主要针对电池芯在内短路的耐受性测试，电池在测试过程中以不爆炸、不起火燃烧的现象，作为判定电池通过测试的依据。针刺测试是利用尖端直径为5毫米的钨钢针，控制钢针移动速度为lOmm/s，朝电池的壳体挤压，在不刺穿壳体下，造成内部卷绕的电极片受到挤压形成局部短路，当量测到电池瞬间电压降幅度大于或等于IOOmV时，钢针停止动作，并停留在原处，观察电池的外观、电压变化、电池升温情况，也可利用红外线热像测温仪观测整个电池的温度扩散行为及分布，帮助了解电池短路情形，是一种较为简单的短路测试方法。图4本发明的一实施例的具有极耳修饰的锂电池针刺测试的温度变化曲线图。图5为与图4比较的未具有极耳修饰的锂电池针刺测试的温度变化曲线图。如图4与图5所示，在针刺实验中温度曲线F1、G1、H1、I1和Jl与温度曲线F2、G2、H2、I2和J2的差异并不明显，最高温均会达到450°C左右。但观察针刺的影片(未图示)中可发现极耳修饰的电池其破袋燃烧发生的速率较慢，火焰喷出较不剧烈。因此，由高温测试可以发现，不论是在130或150°C的条件下，77Ni以及极耳修饰的电池之间均有明显的安全性差异，可以由测试过程中的电压比较以及温度变化看出，77Ν 甚至在150°C的条件下会有破袋燃烧的情况发生。拆解电池后可观察到电池内部短路情形也为77Ni较为严重，并可与电压曲线相呼应；而由此可推断高温测试的短路机制是为两阶段性，首先外界产生的高温造成隔离膜收缩使正极极耳端与负极接触并产生短路，而此时短路的严重性就影响短路点的放热量，进而造成隔离膜更严重的收缩引发更严重的短路，甚至是点燃电解液造成燃烧。在针刺测试中，则可发现温度上的差异并不明显，但在针刺过程中实施例组具有极耳修饰电池的反应速度较慢，产出火焰的量也较少。
通过以例如氧化铝的陶瓷材料在极耳上的涂布可以显着的提升电池对于高温测试的安全性，以及减少内部短路的严重性。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种具有安全性修饰极耳的锂电池，其特征在于，包括: 一具有多个正极耳的正极片； 一具有多个负极耳的负极片；及 夹置在该正极片与该负极片之间的一隔离膜，其中该多个正极耳及该多个负极耳上预定位置涂布有一绝缘层。
2.根据权利要求1所述的具有安全性修饰极耳的锂电池，其特征在于，该绝缘层含有氧化铝。
3.根据权利要求1所述的具有安全性修饰极耳的锂电池，其特征在于，该绝缘层包含聚氧化乙烯、氧化铝及乙醇，聚氧化乙烯:氧化铝:乙醇的比例为I 2: 2 4: 50 100。
4.根据权利要求1所述的具有安全性修饰极耳的锂电池，其特征在于，该预定位置为该多个正极耳及该多个负极耳下部高度I至2毫米。
5.根据权利要求1所述的具有安全性修饰极耳的锂电池，其特征在于，该绝缘层厚度为I至5微米。
全文摘要
本发明公开一种具有安全性修饰极耳的锂电池，包括具有正极耳的正极片、具有负极耳的负极片及夹置在正极片与负极片之间的隔离膜，其中正、负极耳上的预定位置涂布有绝缘层。
文档编号H01M2/26GK103178233SQ20111044814
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者程敬义, 王炫富, 赖德铨, 蔡弘益, 林智超 申请人:有量科技股份有限公司