專利名稱：一種高安全性大容量聚鋰電池及其能量分割工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到鋰電池工藝，特別與一種高安全性大容量聚鋰電池及其能量分割工 藝有關(guān)。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)90年代鋰離子電池商品化以來，由于鋰離子電池以其比能量高，電壓平 臺(tái)高的優(yōu)點(diǎn)顯著被業(yè)界所認(rèn)可，在各行業(yè)能源系統(tǒng)的使用中得到不斷的應(yīng)用和推廣。然而， 目前廣泛使用的高容量及動(dòng)力型鋰離子電池由于安全性能隨著電池的單體容量的增加，其 內(nèi)部熱失控的安全條件的可控性難以滿足要求，因此，安全性成為高容量及動(dòng)力型鋰離子 電池商品化的主要障礙。鋰離子電池的內(nèi)部主要是電池片重疊構(gòu)成，其電池容量隨著電池片的數(shù)量增加而 增大。電池儲(chǔ)存的總能量和其安全性是成反比的，隨著電池容量的增加，電池體積也在增 加，其散熱性能變差，出事故的可能性將大幅增加。當(dāng)在熱沖擊、過充、過放、短路等濫用狀 態(tài)下，電池內(nèi)部的活性物及電解液等組分間將發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱量與氣 體，當(dāng)積累到一定程度就會(huì)引起電池的著火、爆炸。雖然，目前對(duì)于高容量聚合物鋰離子電池采用疊片制作工藝有精準(zhǔn)、復(fù)雜的工裝 設(shè)備作為支持，電池由于容量大產(chǎn)生的散熱效果差，引起的熱失控安全因素需要研究更安 全的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在分析電池內(nèi)部熱量的來源和產(chǎn)生的原因，電池在加熱、過充、短路、擠 壓、穿刺等狀態(tài)下的爆炸機(jī)理，提出了解決電池爆炸問題電池能量分割工藝措施。然而，鋰離子電池在濫用條件下著火，從控制條件和改進(jìn)措施對(duì)于能量型和功率 型大容量鋰電池只能在一定范圍內(nèi)得到改善控制。而對(duì)于140-1000AH范圍的大容量聚合 物鋰離子電池是有難度的，因?yàn)閷?duì)于任何一種材料體系的鋰離子電池都有一個(gè)最小容量單 位內(nèi)熱量生產(chǎn)速率與散熱速率的平衡點(diǎn)，超過這個(gè)平衡點(diǎn)就是電池產(chǎn)生熱失控而引起安全 隱患的開始。本發(fā)明提供一種提高大容量聚鋰電池安全性能的能量分割工藝可以有效解決 這個(gè)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于一種高安全性大容量聚鋰電池及其能量分割工藝，解決鋰離子 電池內(nèi)部產(chǎn)生熱失控而造成的安全隱患。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種高安全性大容量聚鋰電池的能量分割工藝，聚鋰電池采用能量分割膜將其內(nèi) 部的多個(gè)電池片隔離成若干個(gè)能量單元。所述的聚鋰電池，其電池片和能量分割膜疊合后，由多層復(fù)合材料合成的鋁塑膜 外周包封成聚鋰電池。所述的能量分割膜分割后的能量單元，各個(gè)能量單元的容量總和等于分割前整體 電池的容量。
所述的能量單元所包含的電池片數(shù)量相同。所述的能量分割膜為一種在190-250°C高溫條件下縱橫向不產(chǎn)生收縮的具有良好 濕潤(rùn)性的纖維質(zhì)片材，其厚度為0. 2-0. 4mm。所述的能量分割膜將電池片隔成的能量單元，其最小安全容量是以針刺、擠壓、熱 沖擊、過充、過放、短路等熱失控濫用條件下，滿足不起火、不爆炸為前提條件的容量。該最 小安全容量是由各材料體系來確定。所述的電池片采用二負(fù)極片夾一正極片，且正極片和負(fù)極片之間由中間用多孔狀 陶瓷隔膜隔開，在高溫電解質(zhì)熱聚合固化形成電池片。一種高安全性大容量聚鋰電池，包括多個(gè)疊加的電池片和能量分割膜；能量分割 膜夾在電池片之間，將全部電池片隔離分成若干個(gè)能量單元，聚鋰電池的外部由多層復(fù)合 材料合成的鋁塑膜包封。所述的電池片采用二負(fù)極片夾一正極片，且正極片和負(fù)極片之間由中間用多孔狀 陶瓷隔膜隔開；所述的能量分割膜為一種在190-250°C高溫條件下縱橫向不產(chǎn)生收縮的具 有良好濕潤(rùn)性的纖維質(zhì)片材，其厚度為0. 2-0. 4mm。所述的所有能量單元具有相同數(shù)量的電池片，優(yōu)選為4片。采用本發(fā)明的技術(shù)方案后，具有諸多有益效果1、本發(fā)明用物理方式不但有效解決綜合電池在短路、針刺、撞擊濫用條件下導(dǎo)致 電池產(chǎn)生爆炸燃燒安全隱患問題，而且使電池的綜合電性能、環(huán)境性能得到了改善，在高倍 率放電的環(huán)境下，由于容量分割后電池的極化效應(yīng)也同時(shí)分布在各個(gè)能量單元內(nèi)，由此而 產(chǎn)生的熱效應(yīng)也由局部均衡到整體，提高了整個(gè)電池體系內(nèi)抵抗熱失控的安全性。2、本發(fā)明為聚鋰電池實(shí)現(xiàn)大功率化提供合理的工藝結(jié)構(gòu)方式，在分割后的最小安 全能量單元內(nèi)使由于電池在短路、針刺、撞擊濫用條件下的熱失控狀況可以控制。3、本發(fā)明電池片內(nèi)部的正負(fù)極片可采用二負(fù)一正的疊片方式，解決了正極容量過 剩，負(fù)極容易不足的材料的配對(duì)難題。隔膜采用陶瓷隔膜有效提高了熱失效的封孔溫度，從 電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，對(duì)排除了電池內(nèi)部產(chǎn)生熱失控而造成的不安全隱患，從內(nèi)部機(jī)理上起到 保護(hù)作用。4、本發(fā)明的工藝成本低廉，可操作性強(qiáng)，是生產(chǎn)大容量聚鋰電池的勢(shì)在必行工藝 方式。


圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施例中電池片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明較佳實(shí)施例中能量分割膜疊放示意圖；圖3是本發(fā)明較佳實(shí)施例中聚鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明較佳實(shí)施例中聚鋰電池的鋁塑膜包封結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是在聚鋰電池內(nèi)部用能量分割膜2將多個(gè)電池片1隔離成若干個(gè)能量單 元。具體步驟結(jié)合附圖做詳細(xì)說明。首先，如圖1所示，本實(shí)施例中聚鋰電池的每個(gè)電池片1是采用二負(fù)一正的疊片結(jié)構(gòu)，即兩片負(fù)極片11之間夾著一片正極片12，在正負(fù)極片之間用多孔的陶瓷隔膜13隔開。 疊好后在高溫電解質(zhì)熱聚合固化形成電池片1。然后參見圖2、圖3，以4片電池片1為一個(gè)能量單元，用能量分割膜2隔開。能 量分割膜2的形狀一般都與正負(fù)極片形狀相同，材料是采用纖維質(zhì)片材，該纖維質(zhì)片材 要滿足在190-250°C高溫條件下縱橫向不產(chǎn)生收縮，而且需要具有良好的濕潤(rùn)性，厚度在 0. 2-0. 4mm。這里需要說明的是，能量分割膜2分割形成的每個(gè)能量單元的容量大小是取決于 電池片1的數(shù)量。電池片1數(shù)量越多，容量越大，其電池?zé)崃可嵝Ч饺?。各個(gè)能量單元 的容量總和等于分割前整體電池的容量。每個(gè)能量單元的最小容量是以針刺、擠壓、熱沖 擊、過充、過放、短路等熱失控濫用條件下，滿足不起火、不爆炸為前提條件的容量。當(dāng)然，實(shí) 際生產(chǎn)中，也不是能量單元容量越小越好，因?yàn)槟芰繂卧指钤叫。枰哪芰糠指钅? 越多，這樣會(huì)使得整個(gè)電池的重量增大。所以具體以幾塊電池片1為一個(gè)能量單元，可依據(jù) 生產(chǎn)需要而定，本實(shí)施例中4片為一個(gè)能量單元只是其中一個(gè)優(yōu)選方式。如圖4所示，電池片1和能量分割膜2疊合后完成后，采用多層復(fù)合材料合成的鋁 塑膜3包封，最后形成完整的聚鋰電池4。
權(quán)利要求
一種高安全性大容量聚鋰電池的能量分割工藝，其特征在于聚鋰電池用能量分割膜將其內(nèi)部的多個(gè)電池片隔離成若干個(gè)能量單元。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高安全性大容量聚鋰電池的能量分割工藝，其特征在于 所述的聚鋰電池，其電池片和能量分割膜疊合后，由多層復(fù)合材料合成的鋁塑膜外周包封 成聚鋰電池。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高安全性大容量聚鋰電池的能量分割工藝，其特征在于 所述的能量分割膜分割后的能量單元，各個(gè)能量單元的容量總和等于分割前整體電池的容量。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高安全性大容量聚鋰電池的能量分割工藝，其特征在于 所述的能量單元所包含的電池片數(shù)量相同。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高安全性大容量聚鋰電池的能量分割工藝，其特征在于 所述的能量分割膜為一種在190-250°C高溫條件下縱橫向不產(chǎn)生收縮的具有良好濕潤(rùn)性的 纖維質(zhì)片材，其厚度為0. 2-0. 4mm。
6.如權(quán)利要求1所述的一種高安全性大容量聚鋰電池的能量分割工藝，其特征在于 所述的能量分割膜將電池片隔成的能量單元，其最小安全容量是以針刺、擠壓、熱沖擊、過 充、過放、短路等熱失控濫用條件下，滿足不起火、不爆炸為前提條件的容量。
7.如權(quán)利要求1所述的一種高安全性大容量聚鋰電池的能量分割工藝，其特征在于 所述的電池片采用二負(fù)極片夾一正極片，且正極片和負(fù)極片之間由中間用多孔狀陶瓷隔膜 隔開，在高溫電解質(zhì)熱聚合固化形成電池片。
8.一種高安全性大容量聚鋰電池，其特征在于包括多個(gè)疊加的電池片和能量分割 膜；能量分割膜夾在電池片之間，將全部電池片隔離分成若干個(gè)能量單元，聚鋰電池的外部 由多層復(fù)合材料合成的鋁塑膜包封。
9.如權(quán)利要求1所述的一種高安全性大容量聚鋰電池，其特征在于所述的電池片采 用二負(fù)極片夾一正極片，且正極片和負(fù)極片之間由中間用多孔狀陶瓷隔膜隔開；所述的能 量分割膜為一種在190-250°C高溫條件下縱橫向不產(chǎn)生收縮的具有良好濕潤(rùn)性的纖維質(zhì)片 材，其厚度為0. 2-0. 4mm。
10.如權(quán)利要求1所述的一種高安全性大容量聚鋰電池，其特征在于所述的所有能量 單元具有相同數(shù)量的電池片，優(yōu)選為4片。
全文摘要
本發(fā)明主要公開了一種高安全性大容量聚鋰電池及其能量分割工藝，聚鋰電池采用能量分割膜將其內(nèi)部的多個(gè)電池片隔離成若干個(gè)能量單元。本發(fā)明有效解決聚鋰電池在短路、針刺、撞擊濫用條件下導(dǎo)致電池產(chǎn)生爆炸燃燒安全隱患問題，而且使電池的綜合電性能、環(huán)境性能得到了改善。
文檔編號(hào)H01M10/058GK101859914SQ201010191328
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者楊向全, 王小峰, 馬軍玲 申請(qǐng)人:廈門太和動(dòng)力電源科技有限公司