[发明专利]一种电子离子超快阻断阻燃防爆电池

说明书

本发明涉及一种电子离子超快阻断阻燃防爆电池，用PTC类电子阻断型材料，用到锂电池的集流体内。把PTC类材料，用在电芯内部的正、负极集流体，以及电芯成组时通常用镍带焊接的互联集流体上。创新的用到锂电池的集流体内，包括电芯内部的正、负极集流体，以及电芯成组时通常用镍带焊接的互联集流体上，彻底解决对满电针刺、挤压、热滥用等安全阻燃问题。

技术领域

本发明涉及一种电子离子超快阻断阻燃防爆电池，属于锂电池技术领域。

背景技术

目前，锂电池的安全性一直是一个焦点问题。 以18650圆柱型锂离子电池为例，一般是由正极片、负极片、隔膜、电解液（或固态电解质）、外壳组成。 外壳由圆柱型的壳体、壳体顶端的盖帽构成。盖帽包括盖帽可以直接焊接的极耳、也可以盖帽包括PTC再焊接极耳朵。原有的PTC材料都是具有正温度系数的陶瓷材料，常见的是以Ba的化合物为代表的PTC陶瓷材料。PTC材料的设计是在锂电池充放电电流过大，温度升高较快时，利用PTC材料的居里点设计，在超过居里点后，比如超过90度的温度点，PTC材料的电阻从很小变为很大，阻断电流。这种高温时阻断电子传输的效果，也引起了很多研究者的注意，想进一步用于电池满电针刺、挤压或热滥用时，通过电子阻断的方式，来阻燃，有文章和专利申请，典型的有背景化工大学20年前发表的文章，把PTC材料磨碎后掺杂在正负极材料中，声称在常温时，PTC可以做为导电材料，可以在温度升高时，电阻升高，导电破坏，起到安全作用，但在本团队和多个很有经验的锂电团队按文章的内容做试验后，都不能重复试验，所谓用PTC磨碎的粉末，可代替导电炭黑等，完全是错悟的； 除了大学发表的文章，还有工业界申请的专利，比如广东的TCL公司申请的一个在审中的专利，也是用PTC粉末代替导电碳黑，包覆在正极材料表面或掺杂在极片中，这些专利所描述的试验都没有办法重复；实际上在Weitingham等人发明锂离子电池的第一天起，要做到的就是电子绝缘离子窜梭，这些添加材料只考虑了电子的PTC效应的阻断，要么是不能够代替导电碳黑做不出电池，要么是不能解决锂离子电池的安全性的问题的；这也就是虽然有PTC陶瓷粉用于解决锂离子电池的安全性问题的文章以来，已经20多年了，电池的满电针刺、挤压、热滥用的安全性问题，尚没有用PTC这样的老材料和简单办法就能解决成功例子。 除了陶瓷类PTC材料，还有一类用聚合物类PTC材料，一般通过把温度变化居里点也选择在90度到100度的锂电池安全温度转变点，超过转变点的温度时，阻抗急剧升高，起到降低温度和阻燃作用，通常都是选取特殊的聚合物片段掺杂导电炭黑，在温度达到转变温度时，片段断裂，导电炭黑的网络失效，阻抗急剧升高，典型的如湘潭大学化学与材料学院的聚合物PTC材料，用的时PANI-PEW聚合物和15%摩尔比的炭黑掺杂，做成的聚合物PTC导电剂，但问题很大，这种聚合物PTC导电剂，对电池的性能影响很大，尤其是对循环和倍率的影响很大，而且在做极片时，由于其中导电炭黑比例很少，比如15%，原来在做极片1-2%的炭黑用量，现在需要用15%以上的聚合物PTC，导致极片活性物质比例太低，只能在大学作为实验用，而工业界要去的活性物质比例往往要95%，97%，98.5%，所以这也是着这种聚合物PTC材料根本不能用于实用的工业电池的原因。

发明内容

本发明要用PTC这类电子阻断型材料，解决锂离子电池的满电针刺、挤压及热滥用等安全阻燃问题。解决的技术问题和方法克服现有的缺陷，不是把PTC材料用到锂电池的正极片、负极片、隔膜、电解液等内部，而是创新的用到锂电池的集流体内，包括电芯内部的正、负极集流体，以及电芯成组时通常用镍带焊接的互联集流体上，彻底解决对满电针刺、挤压、热滥用等安全阻燃问题。

为了解决上述技术问题，本发明发明了用PTC材料参与到合成电芯内的正极极片、负极极片、以及电芯间的焊接集流体，在集流体内起到正温度系数，温度升高超过临界点，电阻急剧升高，阻断电流的保护作用的方法和技术方案。