动力电池顶盖用复合电阻的制作方法

本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池顶盖用复合电阻。

背景技术：

随着现代社会的发展和人们环保意识的增强，越来越多的设备选择以锂电池作为电源，如手机、笔记本电脑、电动工具和电动汽车等等，这为锂电池的应用与发展提供了广阔的空间。其中，电动工具和电动汽车等所使用的锂电池一般称之为动力电池。

目前动力电池大部分电池壳体都是铝材，为防止壳体长期腐蚀，通常都使壳体与正极电位相同，在正极与顶盖片之间加一个电阻。如果用金属直接导通，由于其电阻一般都是毫欧姆级别，当电池发生短路时其回路电流很大，易出现打火进而引发着火等安全隐患。所以为了确保电芯在过充、穿钉滥用时的安全性能，正极与顶盖之间的电阻不能过小，否则穿钉或过充时极柱与壳体之间的回路电流会达到几千安培，而导致局部温度过高起火。

现有技术中有采用在正极极柱和顶盖片之间连接导电塑料来增大电阻的方法，然而试验测试表明，当电芯在一些滥用测试环境下，电芯表面温度会达到150℃以上，上述高温足以熔化导电塑料，从而导致二次安全隐患的发生；而且，塑料本身容易老化，在长期的使用过程中，经过反反复复的升温和降温，极易出现开裂和脱落，从而影响整个结构的稳定性；另外，导电塑料在较高温环境下还会出现软化甚至熔化，无法循环使用。

此外，为提高电阻的耐高温性能，现有技术中还有采用其它电阻材料，比如导电陶瓷，碳化硅，钛酸锶等耐高温材料。虽然此类材料不会被融化，但是其电阻变化很大，一致性很难控制；而且此类材料可塑性和抗弯曲能力差，而现有的电阻结构如图1中的42’所示，基本都是环形，容易变形，如果做得太薄，则容易破裂，无法解决安全问题，因而为确保强度，通常都做得比较厚重，且平面需要磨平。这样一方面会导致制造成本过高，不利于动力电池的批量生产；另一方面会使极柱高度太高，致电芯高度增加，大大降低模组的利用空间。

有鉴于此，确有必要提供一种重量轻、可塑性强、一致性高、阻值范围宽的动力电池顶盖用电阻，使其既能够消除电芯在滥用环境下的安全隐患，同时还能够有效降低顶盖高度和重量，提高模组利用空间，降低生产成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有动力电池顶盖用电阻生产成本高、滥用测试安全性能低的不足，而提供一种重量轻、可塑性强、一致性高、阻值范围宽的动力电池顶盖用电阻，使其既能够消除电芯在滥用环境下的安全隐患，同时还能够有效降低顶盖高度和重量，提高电池的体积和质量能量密度，降低生产成本。

为了实现上述目的，本发明采用以下解决方案：

一种动力电池顶盖用复合电阻，包括导电组分A和绝缘可塑组分B，所述复合电阻的阻值为0.01～100000Ω，耐热温度为大于或等于150℃。

其中，本发明选择的导电组分A是一种优异的耐高温、耐腐蚀的导电材料；绝缘可塑组分B具有极强的可塑性和耐热性。因此，由导电组分A和绝缘可塑组分B形成的复合电阻，不仅扩大了电阻阻值选择范围，克服了导电塑料材料易老化、结构不稳定而且长期循环性能差的问题，满足了顶盖用电阻耐高温耐腐蚀的要求，同时还克服了碳化硅、玻璃等材料一致性差、易破碎等缺陷；而且由于其极强的可塑性和抗弯曲性，因而可碾成很薄的薄片，从而能够降低极柱的高度，提高模组的利用空间，降低生产成本。

优选地，所述导电组分A的含量为40～99wt％，所述绝缘可塑组分B的含量为1～60wt％。若组分A的含量过低，会导致复合电阻的导电性过小，起不到电流导通的功能；若组分A的含量过高，可能会导致复合电阻的导电性过大，而失去阻碍电流的功能。此外，若组分B的含量过低，复合电阻的可塑性将会大大降低；若组分B的含量过高，复合电阻的导电性将会下降。因此，将导电组分A和绝缘可塑组分B设置在上述范围时，能够同时保证复合电阻的导电性能和可塑性能，从而使复合电阻能够满足实际的使用需求。

优选地，所述复合电阻的阻值为100～10000Ω，耐热温度为大于或等于350℃。其中，阻值在该范围内的复合电阻既能起到实现正极极柱和壳体导通、保证壳体和正极电位一致的作用，而且即使在正极极柱与壳体发生短路时，也不至于产生大电流，从而不会出现打火现象，以保证动力电池的安全。需要说明的是，复合电阻的阻值大小可根据实际需要进行相应调整，以满足使用需求。此外，复合电阻的耐热温度优选为大于或等于350℃，由于其远大于一般安全测试条件下的电芯表面温度，所以完全能够满足安全使用要求。

优选地，所述导电组分A为石墨、导电炭黑、碳纤维、石墨烯、碳纳米管、半导体陶瓷、聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚酞菁、聚苯胺、硅、锗、锡、铅、硒、镓、镉、锰、镍、钴、铁、铜、铝、锌和银中的至少一种。上述导电材料为导体或者半导体材料，均有较好的耐高温和导电性能，完全能够满足复合电阻的导电需求。

优选地，所述绝缘可塑组分B为聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚苯并咪唑、聚全氟烷氧基、聚邻苯二甲酰胺、聚甲醛树脂、聚砜、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、聚对苯二甲酸丁二酯和氟橡胶中的至少一种。上述绝缘材料均为可塑性强、耐热性能优的材料，完全能够满足复合电阻高温下的使用需求。

优选地，所述复合电阻的延伸率≥20％；更优选为≥40％。其中，延伸率(δ)是描述材料塑性性能的指标，其表示试样拉伸断裂后标距段的总变形ΔL与原标距长度L之比的百分数，即δ＝ΔL/L×100％。工程上常将δ≥5％的材料称为塑性材料，将δ＜5％的材料成为脆性材料。而本发明复合电阻的延伸率δ≥20％，远大于标准值，表明了本发明复合电阻具有极强的可塑性。

优选地，所述复合电阻的厚度为0.01～25mm；更优选为0.01～5mm。由于复合电阻具有极高的可塑性和抗弯曲性，因而其可碾成很薄的薄片，从而降低极柱的高度和重量，从而提高电池的体积和质量能量密度。

优选地，所述复合电阻的形状为圆环形、椭圆环形和方环形中的一种。其中，由于本发明复合电阻极强的可塑性，因此复合电阻还可以根据实际需求设置为其它形状。

优选地，所述复合电阻的制作方法为：步骤一，将导电组分A和绝缘可塑组分B按比例混合均匀，在模子内压制成型；步骤二，将压制成型的复合电阻进行通风处理，处理温度为20～30℃，处理时间为6～12h；步骤三，接着进入干燥炉中干燥，干燥温度为80～100℃，干燥时间为6～10h。

优选地，所述复合电阻的制作方法为：步骤一，将导电组分A和绝缘可塑组分B按比例混合制备成混合粉末；步骤二，将粉末混合均匀后放在球磨罐中，用玛瑙球和去离子水作为球磨介质球磨；步骤三，将球磨好后的粉体放在80～100℃烘箱中烘干，然后将烘干的粉体放在模子内压制成型，接着在100～120℃下恒温烧结1～2h。

本发明的有益效果在于：本发明一种动力电池顶盖用复合电阻，包括导电组分A和绝缘可塑组分B，所述复合电阻的阻值为0.01～100000Ω，耐热温度为大于或等于150℃。本发明由导电组分A和绝缘可塑组分B形成的复合电阻，一方面由于其耐热温度高、阻值范围宽，使得动力电池在热箱、穿钉和过充等滥用条件下依然具有良好的安全性能。另一方面，相比于碳化硅等陶瓷材料一致性差、成本高昂、装配易破裂等问题，本发明的复合电阻具有极高的可塑性和抗弯曲性能，因而其可碾成很薄的薄片，从而降低极柱的高度和重量。因此，本发明复合电阻不仅能够保证动力电池的安全性能，还能够提高电池的体积和质量能量密度。

附图说明

图1为现有技术中动力电池顶盖用电阻的结构示意图。

图2为动力电池顶盖的结构示意图。

图中：1-顶盖片；2-正极极柱；3-负极极柱；4-电阻组件；41-卡簧；42-复合电阻；42’-电阻；43-绝缘密封圈；5-绝缘组件。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式和说明书附图对本发明及其有益效果作进一步详细说明，但是，本发明的具体实施方式并不局限于此。

具体实施方式1

如图1所示，本发明复合电阻42的形状设为圆环形，其包括导电组分A和绝缘可塑组分B，其中，导电组分A为石墨，其含量为40wt％；绝缘可塑组分B为聚醚醚酮，其含量为60wt％。

复合电阻42的制作方法为：步骤一，将导电组分A和绝缘可塑组分B混合均匀，在模子内压制成型；步骤二，将压制成型的复合电阻进行通风处理，处理温度为30℃，处理时间为6h；步骤三，接着进入干燥炉中干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为10h；即得到阻值为200Ω，耐热温度为350℃，厚度为0.1mm的复合电阻42。

如图2所示，一种动力电池顶盖，包括顶盖片1、正极极柱2、负极极柱3、电阻组件4和绝缘组件5，顶盖片1上设置有第一安装孔和第二安装孔，正极极柱2通过电阻组件4安装在第一安装孔内，负极极柱3通过绝缘组件5安装在第二安装孔内，电阻组件4包括复合电阻42和绝缘密封圈43，绝缘密封圈43套设在正极极柱2上并与顶盖片1绝缘连接，正极极柱2通过复合电阻42与顶盖片1电连接。

具体实施方式2

与具体实施方式1不同的是，导电组分A为导电炭黑，其含量为50wt％；绝缘可塑组分B为聚酰亚胺，其含量为50wt％；制作得到阻值为300Ω，耐热温度为350℃，厚度为10mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式1，这里不再赘述。

具体实施方式3

与具体实施方式1不同的是，导电组分A为石墨烯，其含量为45wt％；绝缘可塑组分B为聚苯并咪唑，其含量为55wt％；制作得到阻值为1000Ω，耐热温度为1000℃，厚度为0.01mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式1，这里不再赘述。

具体实施方式4

与具体实施方式1不同的是，导电组分A为碳纤维，其含量为60wt％；绝缘可塑组分B为聚苯并咪唑，其含量为40wt％；制作得到阻值为500Ω，耐热温度为500℃，厚度为5mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式1，这里不再赘述。

具体实施方式5

与具体实施方式1不同的是，导电组分A为碳纳米管，其含量为70wt％；绝缘可塑组分B为聚酰胺-酰亚胺，其含量为30wt％；制作得到阻值为450Ω，耐热温度为400℃，厚度为8mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式1，这里不再赘述。

具体实施方式6

与具体实施方式1不同的是，导电组分A为半导体陶瓷NiO，其含量为90wt％；绝缘可塑组分B为聚邻苯二甲酰胺，其含量为10wt％；制作得到阻值为0.01Ω，耐热温度为200℃，厚度为12mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式1，这里不再赘述。

具体实施方式7

与具体实施方式1不同的是，导电组分A为聚吡咯，其含量为99wt％；绝缘可塑组分B为聚甲醛树脂，其含量为1wt％；制作得到阻值为1Ω，耐热温度为250℃，厚度为15mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式1，这里不再赘述。

具体实施方式8

与具体实施方式1不同的是，导电组分A为聚苯胺，其含量为80wt％；绝缘可塑组分B为聚砜，其含量为20wt％；制作得到阻值为10Ω，耐热温度为150℃，厚度为25mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式1，这里不再赘述。

具体实施方式9

与具体实施方式1不同的是，导电组分A为聚对苯撑，其含量为75wt％；绝缘可塑组分B为聚对苯二甲酸丁二酯，其含量为25wt％；制作得到阻值为100Ω，耐热温度为250℃，厚度为20mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式1，这里不再赘述。

具体实施方式10

与具体实施方式1不同的是，导电组分A为30wt％硅+30wt％锗；绝缘可塑组分B为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂，其含量为40wt％；制作得到阻值为600Ω，耐热温度为800℃，厚度为3mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式1，这里不再赘述。

具体实施方式11

与具体实施方式1不同的是，复合电阻42的制作方法为：步骤一，将导电组分A和绝缘可塑组分B按比例混合制备成混合粉末；步骤二，将粉末混合均匀后放在球磨罐中，用玛瑙球和去离子水作为球磨介质球磨；步骤三，将球磨好后的粉体放在90℃烘箱中烘干，然后将烘干的粉体放在模子内压制成型，接着在100℃下恒温烧结1h；即得到阻值为250Ω，耐热温度为400℃，厚度为0.1mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式1，这里不再赘述。

具体实施方式12

与具体实施方式11不同的是，导电组分A为35wt％锰+35wt％钴；绝缘可塑组分B为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其含量为30wt％；制作得到阻值为550Ω，耐热温度为600℃，厚度为4mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式11，这里不再赘述。

具体实施方式13

与具体实施方式11不同的是，导电组分A为40wt％铅+40wt％硒；绝缘可塑组分B为乙烯-丙烯酸乙酯共聚物，其含量为20wt％；制作得到阻值为450Ω，耐热温度为550℃，厚度为5mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式11，这里不再赘述。

具体实施方式14

与具体实施方式11不同的是，导电组分A为聚酞菁，其含量为85wt％；绝缘可塑组分B为氟橡胶，其含量为15wt％；制作得到阻值为400Ω，耐热温度为400℃，厚度为10mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式11，这里不再赘述。

具体实施方式15

与具体实施方式11不同的是，导电组分A为25wt％镓+25wt％镍+25wt％镉；绝缘可塑组分B为12.5wt％聚丙烯+12.5wt％聚苯乙烯；制作得到阻值为750Ω，耐热温度为700℃，厚度为2mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式11，这里不再赘述。

具体实施方式16

与具体实施方式11不同的是，导电组分A为20wt％铜+20wt％铝+20wt％锌；绝缘可塑组分B为20wt％聚全氟烷氧基+20wt％聚醚醚酮；制作得到阻值为800Ω，耐热温度为680℃，厚度为4mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式11，这里不再赘述。

具体实施方式17

与具体实施方式11不同的是，导电组分A为20wt％碳纤维+40wt％聚苯硫醚；绝缘可塑组分B为20wt％聚酰亚胺+20wt％聚酰胺-酰亚胺；制作得到阻值为850Ω，耐热温度为800℃，厚度为5mm的复合电阻42。

其它同具体实施方式11，这里不再赘述。

对比实施方式1

与具体实施方式1不同的是，电阻42’的材质为导电塑料，其阻值为50Ω，其最高承受温度为180℃，其厚度为20mm。

其它同具体实施方式1，这里不再赘述。

对比实施方式2

与具体实施方式1不同的是，电阻42’的材质为碳化硅，其阻值为10Ω，其最高承受温度为600℃，其厚度为25mm。

其它同具体实施方式1，这里不再赘述。

对比实施方式3

与具体实施方式1不同的是，电阻42’的材质为玻璃，其阻值为100Ω，其最高承受温度为550℃，其厚度为30mm。

其它同具体实施方式1，这里不再赘述。

分别对具体实施方式1～17和对比实施方式1～3所制得的电阻进行延伸率测试，测试结果如表1。

表1具体实施方式和对比实施方式所制得的电阻的延伸率测试结果

由表1的测试结果可知，相比于传统采用导电塑料、碳化硅、玻璃等材料作为导电电阻，本发明选用由导电组分A和绝缘可塑组分B形成的复合电阻42具有更强的可塑性能，因此，本发明可碾成很薄的薄片，降低极柱的高度和重量，从而提高电池的体积和质量能量密度，降低生产成本。

分别对具体实施方式1～17和对比实施方式1～3所制得的动力电池进行穿钉、热箱和过充安全性能测试，测试结果见表2。

其中，穿钉测试的条件为：钢钉直径2.5mm，刺穿速度0.02mm/s。实验时钢钉从电芯的中心穿过，并在电芯中保持15min，观察电芯的变化。如果电芯冒出大量的烟或着火，则认为电芯不能通过穿钉测试。

表2具体实施方式和对比实施方式所制得的电池的安全性能测试结果

由表2的测试结果可知，相比于传统采用导电塑料、碳化硅、玻璃等材料作为导电电阻，本发明选用由导电组分A和绝缘可塑组分B形成的复合电阻42，其不仅扩大了电阻阻值的选择范围，克服了导电塑料易老化、结构不稳定而且长期循环性能差的问题，满足了顶盖用电阻耐高温耐腐蚀的使用要求；同时还克服了碳化硅、玻璃等材料一致性差，易破碎等缺陷，从而使动力电池在穿钉、热箱和过充测试下具备更加优异的安全性能。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。