[发明专利]自溃散集流体、含有其的电极及锂电池和应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池领域，具体涉及一种提高锂离子二次电池安全性而采用的具有自溃散集流体保护结构的锂电池以及该自溃散集流体。该自溃散金属集流体可以单独或者同时应用于锂离子二次电池正负极活性物质的载体，当锂电池受到意外的不可控制的猛烈撞击破裂或损坏时，自溃散集流体在大电流或者高温的情况下自动破裂形成不连续的断路/碎片结构，阻止锂电池内外部短路电流的形成，从而达到受控/抑制锂离子二次电池化学分解反应的目的，避免更进一步的危害人身安全的事故发生。

背景技术

锂离子二次电池由于具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长等优点，而被广泛用作各种移动设备的电源，储能电站，甚至在航空、航天、航海、汽车、医疗设备等领域中逐步取代其他的传统电池。

作为近年来出现的锂电池电动车(如日本丰田产普瑞斯，美国特斯拉公司产的特斯拉电动车等，比亚迪公司产F6铁电池电动车，以及各地近年推出的电动大巴等)，以及电贮存能站等，其使用特点是将大量能量密度高的锂离子电池集中存放在一起，通过电能管理系统进行充放电等反复使用。在上述设备的商业化过程中，锂离子二次电池的安全性一直是各生产厂商及应用终端客户密切关注的重点领域，近年来电动车在充电使用过程中起火事故等报道屡屡见于报端，这一方面是因为使用者操作不规范，例如曾经有从楼房高层“空降”插座给楼下的电动车充电的报道；另一方面也由于锂离子二次电池本身结构复杂，体积能量密度高，例如曾报道，2013年10月1日和18日，美国和墨西哥分别有一辆美国电动车公司特斯拉的Model S在道路上撞击物体导致电池起火。2013年11月7日，Model S在美国再度发生火灾。给特斯拉公司的生产经营活动造成重大影响，同时也影响消费者的消费信心。

研究表明，导致锂离子二次电池的安全风险的主要机理是：充放电过程中高活性锂离子的迁移状态，其中正极材料作为初始贮锂材料，其热稳定性是提高安全性的基础之一。此外在意外撞击导致电路内短路或者是外短路情况下，有机物电解质也参与到释氧反应的后续连锁反应中来，导致电池体温度不断升高，最终导致热失控，引起电池及其载体起火，爆炸等。

作为物理因素之一，当锂电池出现内/外短路时，会对上述化学反应起着“推波助澜”的作用，因此如何快速有效的切断电池的内/外短路是当务之急。普通的18650型锂离子二次电池(组)除外部加焊接保护电路外，其单体电芯内部还有“CID”“Vent”等装置，CID为热敏电阻组件，当其周围温度升高时内阻增大，起到削弱外部短路电流的作用，当温度降低时CID又能正常工作；Vent的作用是当锂电池发生内短路时会产生大量的气体导致锂电池内部压力上升，锥形的”Vent”因压力增大在物理“翻盖”动作的作用下自主将电路断开，从而达到保护的目的，Vent起作用后该单体锂离子电池自动报废，从而达到抑制危险的产生；普通铝壳及铝塑膜封装电芯采用的方案是外加电流电压过保护装置，铝壳电芯用于封装的钢珠在电芯体压力过大时也会冲出，进而排泄出高压气体，软包装锂电池的铝塑膜在急剧膨胀时也会将铝塑膜的密封边冲破，电池体报废，从而起到泄压保护的作用，但上述内外保护装置对于电芯急剧撞击所产生的破坏则起不到保护作用，同时单体电池的温度仍旧比较高，气态的电解质一旦与氧接触即具备了燃烧的三要素，会损坏或引发周边的锂离子二次电池连环燃烧爆炸。因而需要针对这种不可避免的意外事故对锂离子二次电池组作额外的安全设计，避免意外事故的恶化，保证消费者安全使用。

锂电池包括正/负极活性物质，通常将正/负极活性物质涂直接/间接涂布于集流体上，在电池制作的过程正负极片中涉及到放卷，收卷，分切，扎制等多道工序，因而集流体的抗张强度及延展性等均要求较高。正极集流体通常为厚度为8～30μm的铝箔，其加工方法分为热扎和冷扎，目前以冷扎铝箔为多；负极通常为电镀铜箔，厚度为8～20μm。

对于铝箔而言，不同厂家采用不同的方法来提高铝箔的抗张强度，如加入微量(ppb级)金属/非金属元素等；对于铜箔而言则不需要作进一步的改进。相关的测试标准参见GB/T3198-2003(铝及铝合金箔)。

然而，现有技术中锂离子二次电池的安全性仍然存在隐患。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：以往技术中锂离子二次电池的安全性仍然存在隐患，尤其是在意外事故中因电芯内(外)短路引起的安全性有待进一步提高。