專利名稱：鋰離子電池極耳及具有該極耳的鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池極耳及具有該極耳的鋰離子電池，尤其涉及一種具有 PTC功能的鋰離子電池極耳及具有該極耳的鋰離子電池。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，目前電子消費(fèi)品和一些專業(yè)的電子設(shè)備逐步向小型化 和便攜化發(fā)展，并且功能也在不斷的增加，這就對(duì)電池的能量提出了越來越高的要求。鋰離 子電池具有較高的能量密度，并且多以有機(jī)溶劑作為電解質(zhì)的載體，而目前鋰離子電池所 使用的有機(jī)電解質(zhì)揮發(fā)性高且易燃，所以鋰離子電池的比容量雖然高，但存在安全性問題。 鋰離子電池由于過壓、過流、短路等異常原因致使電池溫度升高到一定程度時(shí)，電池內(nèi)有機(jī) 物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)，不僅使電池易失效，還可能引起燃燒或爆炸。為了防止燃燒或爆炸，鋰離子電池通常包括有溫度保護(hù)功能的正溫度系數(shù)(PTC) 器件。當(dāng)PTC器件達(dá)到一設(shè)定溫度時(shí)，該P(yáng)TC器件的電阻可以迅速升高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。將PTC 器件連接在鋰離子電池的電路中，利用該P(yáng)TC器件突然增大的阻值可以減小甚至切斷過充 /過放或短路的電流，可以達(dá)到安全保護(hù)鋰離子電池的目的?，F(xiàn)有技術(shù)中通常是將PTC材料做成單獨(dú)的PTC器件與鋰離子電池中的極耳串聯(lián)來 保護(hù)鋰離子電池，2006年3月1日公告的公告號(hào)為CN2762362Y的中國專利介紹了該方面 的技術(shù)，但這種串聯(lián)的結(jié)構(gòu)使得在鋰離子電池包裝殼設(shè)計(jì)時(shí)必須預(yù)留出PTC器件的安裝空 間，影響了鋰離子電池內(nèi)部空間的利用率，且對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的鋰離子電池，該P(yáng)TC器件的安 裝位置也要相應(yīng)作出改變，此外，還要考慮PTC器件與鋰離子電池極耳的連接方式。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種鋰離子電池極耳以及具有該極耳的鋰離子電池，其 中，該極耳自身能集成PTC器件的功能、易于制作且適用性廣泛。一種鋰離子電池極耳，該極耳包括一金屬片和設(shè)置于該金屬片表面的PTC材料層。一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括殼體、置于殼體內(nèi)的電芯以及極耳，該極耳一 端與所述電芯相連，另一端伸出殼體外，且所述極耳包括一金屬片和設(shè)置于該金屬片表面 的PTC材料層。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明鋰離子電池極耳自身集成了 PTC功能且制作簡單，適用 于各種形狀和類型的鋰離子電池，通過該極耳的PTC材料層與外電路連接，提高了鋰離子 電池的安全性能，由于該P(yáng)TC材料層很薄，在室溫 80°C范圍內(nèi)，該P(yáng)TC材料層的電阻率很 小，該極耳可以正常導(dǎo)電，當(dāng)鋰離子電池過充電、短路或其它原因造成過熱時(shí)，該P(yáng)TC材料 層的電阻急劇上升達(dá)到切斷電流的作用，從而很好的保護(hù)電池；當(dāng)溫度降低到室溫 80°c 范圍內(nèi)后，該P(yáng)TC材料層的電阻率又變小，電池仍然可以正常使用。另外，由于將較薄的PTC 材料層直接形成于極耳金屬片表面，不需要獨(dú)立設(shè)計(jì)PTC元件，不影響鋰離子電池設(shè)計(jì)時(shí)空間的利用率。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例鋰離子電池極耳結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例鋰離子電池正視示意圖。
主要元件符號(hào)說明
極耳10
金屬片12
PTC材料層14
鋰離子電池100
正極極耳102
負(fù)極極耳104
殼體106
電芯108
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例鋰離子電池極耳及具有該極耳的鋰離子 電池。請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例鋰離子電池極耳10包括金屬片12和設(shè)置于該金屬片 12表面的PTC材料層14。所述金屬片12的材料可為金、銀、銅、鎳或鋁等導(dǎo)電性較好的純金屬或上述金屬 的合金，本發(fā)明實(shí)施例中該金屬片12為鋁片。該鋰離子電池極耳10可為正極極耳或負(fù)極 極耳，可以理解，該正、負(fù)極極耳的金屬片12的材料可以不同。例如，當(dāng)該極耳10為正極極 耳時(shí)，該金屬片12的材料可為鋁片，當(dāng)該極耳10為負(fù)極極耳時(shí)，該金屬片12的材料可為鎳 片。金屬片12的厚度優(yōu)選為0. Imm 0. 4mm，金屬片12的寬度優(yōu)選為3mm 100mm。所述PTC材料層14的材料為PTC功能材料，該P(yáng)TC材料層14既可設(shè)置于該金屬 片12的一個(gè)表面，也可以設(shè)置于該金屬片12相對(duì)的兩個(gè)表面。所述PTC材料層14的厚度 優(yōu)選為5 μ m 500 μ m，更為優(yōu)選為5 μ m 50 μ m。所述PTC功能材料可為聚合物復(fù)合型 PTC材料或無機(jī)復(fù)合氧化物PTC材料。其中，所述聚合物復(fù)合型PTC材料進(jìn)一步包括(A) —種熔點(diǎn)在80°C 180°C的聚 合物，該聚合物可為烯烴及烯烴衍生物的均聚物或共聚物，如聚乙烯、聚乙烯/醋酸乙烯或 環(huán)氧樹脂等；(B) —種導(dǎo)電顆粒，該導(dǎo)電顆粒可為金屬氧化物、金屬粉或?qū)щ姷奶枷殿w粒。 其中所述金屬氧化物可為三氧化二釩(V2O3)、二氧化釩(VO2)或二氧化鈦(TiO2)等；所述金 屬粉可為銀粉、銅粉、鎳粉或上述金屬的合金粉體；所述導(dǎo)電的碳系顆?？蔀槭?、炭黑、乙 炔黑、碳纖維或碳納米管等。所述導(dǎo)電顆粒分散在該聚合物中，常溫下形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使該 聚合物復(fù)合型PTC材料在常溫下電阻值較低；當(dāng)溫度升高到所述聚合物的熔點(diǎn)時(shí)，該聚合 物膨脹致使所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開，從而使該聚合物復(fù)合性PTC材料的電阻率迅速增大。需要注意的是，所述聚合物復(fù)合型PTC材料的PTC性能與導(dǎo)電顆粒的含量和聚合 物的結(jié)晶度等因素有關(guān)。該導(dǎo)電顆粒的含量過多或過少，以及聚合物的結(jié)晶度較低都會(huì)使所述聚合物復(fù)合型PTC材料隨溫度變化的敏感度變低。優(yōu)選的，所述導(dǎo)電顆粒與所述聚合 物的質(zhì)量比為0.2 1 1 1 ；所述聚合物的結(jié)晶度為10% 80%。所述聚合物復(fù)合型PTC材料可通過高能輻照交聯(lián)的方法制備，具體制備過程為 將所述導(dǎo)電顆粒分散到所述聚合物中，然后通過紫外線照射或加熱的方法使該聚合物交聯(lián) 固化，獲得聚合物復(fù)合性PTC材料。交聯(lián)的過程可以提高該聚合物復(fù)合型PTC材料的穩(wěn)定 性和使用壽命。所述無機(jī)復(fù)合氧化物PTC材料可為三氧化二釩(V2O3)、鈦酸鋇(BaTiO3)、摻雜的三 氧化二釩或摻雜的鈦酸鋇。所述摻雜的V2O3或摻雜的BaTiO3為在V2O3或BaTiO3中摻雜有金屬元素或其它低 阻相物質(zhì)，來降低該V2O3或BaTiO3的室溫電阻率，從而增強(qiáng)了 PTC材料對(duì)溫度的敏感度。所 述金屬元素可為鑭、銻、釔、鈮、鉭或鎳等。本發(fā)明鋰離子電池極耳可根據(jù)如下方法制備Si，將所述PTC功能材料制成漿料，并均勻涂覆于所述金屬片12表面；以及S2，在70°C 120°C下熱處理該漿料6 10小時(shí)，使所述PTC功能材料固化于金 屬片12表面形成該P(yáng)TC材料層14。在上述步驟Sl中，當(dāng)PTC功能材料為無機(jī)復(fù)合氧化物PTC材料時(shí)，可進(jìn)一步在該 漿料中添加導(dǎo)電粘結(jié)劑。當(dāng)PTC功能材料為聚合物復(fù)合型PTC材料時(shí)，可不需要導(dǎo)電粘結(jié) 劑，直接將導(dǎo)電顆粒和聚合物制成漿料均勻涂覆于金屬片12表面，也可將預(yù)先制成的聚合 物復(fù)合型PTC材料研磨成粉體，再與導(dǎo)電粘結(jié)劑制成漿料涂覆于所述金屬片12表面。所述導(dǎo)電粘結(jié)劑可為聚吡咯、聚噻吩或聚苯胺等，且該導(dǎo)電粘結(jié)劑的質(zhì)量百分含 量占整個(gè)漿料的5% 10%。本發(fā)明采用不同材料的所述鋰離子電池極耳。實(shí)施例1所述金屬片12的材料為鋁片，所述PTC功能材料為含有V2O3的環(huán)氧樹脂復(fù)合材 料，其中V2O3與環(huán)氧樹脂的體積比為0.9 1，環(huán)氧樹脂的結(jié)晶度為70%。該鋰離子電池極 耳10的制備過程為將V2O3顆粒與環(huán)氧樹脂按上述體積比制成漿料，均勻涂覆于所述金屬 片12表面，然后在90°C下燒結(jié)該漿料8小時(shí)，制成具有PTC材料層14的鋰離子電池極耳 10，其中該P(yáng)TC材料層14的厚度為50 μ m。實(shí)施例2所述金屬片12的材料為鋁片，所述PTC功能材料為V2O3粉體，該V2O3粉體的粒徑 優(yōu)選小于50μπι，所述導(dǎo)電粘結(jié)劑為聚吡咯。V2O3對(duì)溫度的敏感性較強(qiáng)，對(duì)電池大電流下的 過流保護(hù)能力較好。該鋰離子電池極耳10的制備過程如下將粒徑為40 μ m的V2O3粉體 與質(zhì)量百分比含量為8%的聚吡咯混合制成漿料，均勻涂覆于所述金屬片12表面，然后在 100°C下燒結(jié)該漿料8小時(shí)，制成具有PTC材料層14的鋰離子電池極耳10，其中該P(yáng)TC材料 層14的厚度為80 μ m。請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明實(shí)施方式進(jìn)一步提供了一種鋰離子電池100。該鋰離子電池 100包括殼體106、置于殼體106內(nèi)的電芯108以及與該電芯108電連接的極耳10。該極耳10可以包括正極極耳102和負(fù)極極耳104。所述正極極耳102及負(fù)極極 耳104—端分別與所述電芯108中的正極集流體及負(fù)極集流體相連接，另一端伸出所述殼體106外與外電路相連，其中，所述正極極耳102及負(fù)極極耳104進(jìn)一步包括一金屬片，且 所述正極極耳102及負(fù)極極耳104中的至少一個(gè)包括設(shè)置于該金屬片表面的PTC材料層。 該鋰離子電池100通過正極極耳102和/或負(fù)極極耳104的PTC材料層與外電路相連接， 在電性連接上，所述正極極耳102和/或負(fù)極極耳104的PTC材料層串聯(lián)于該鋰離子電池 100與外電路之間。所述正極極耳102及負(fù)極極耳104的一端可通過焊接的方式分別與電芯108中的 正極集流體及負(fù)極集流體對(duì)應(yīng)相連，另外，該正極極耳102及負(fù)極極耳104也可為所述正極 集流體及負(fù)極集流體的一部分。所述鋰離子電池100的正極極耳102及負(fù)極極耳104可以為一個(gè)或多個(gè)。所述PTC材料層在常溫下電阻率優(yōu)選為0. 005 Ω · cm 1 Ω .cm,在80°C 120°C 溫度以上的電阻率大于104Ω μπι，從而使通過該P(yáng)TC材料層連接的鋰離子電池在高溫下與 外電路斷開。本發(fā)明采用所述鋰離子電池極耳10制備所述鋰離子電池100并進(jìn)行測試。實(shí)施例3所述鋰離子電池100包括一個(gè)正極極耳102和一個(gè)負(fù)極極耳104，且該正極極耳 102包括一金屬片和設(shè)置于該金屬片表面的PTC材料層，該負(fù)極極耳104僅包括一金屬片。 本發(fā)明實(shí)施例中該正極極耳102的金屬片為鋁片，PTC材料層為V2O3 ；該負(fù)極極耳104的金 屬片為鎳片。該鋰離子電池100的制備過程如下首先，通過超聲波焊接的方式分別將該正極極耳102的金屬片及該負(fù)極極耳104 的金屬片一端與所述電芯108中的正極集流體及負(fù)極集流體連接成一體。本實(shí)施例中正極 極耳102通過所述PTC材料層與外電路連接。然后，將所述殼體106安裝在所述帶有正極極耳102和負(fù)極極耳104的電芯108 外，并注入電解液，抽空、密封后形成鋰離子電池100。對(duì)該鋰離子電池100進(jìn)行短路測試，即將鋰離子電池100充滿電后，用一電阻不大 于50mΩ的導(dǎo)線將正極極耳102與負(fù)極極耳104短路，測試鋰離子電池100表面以及PTC 材料層的溫度變化，未短路時(shí)，正極極耳102的PTC材料層的電阻率為0. 08 Ω ^m,短路后， 鋰離子電池100的表面溫度迅速上升，相應(yīng)的PTC材料層的溫度也迅速上升，當(dāng)PTC材料層 溫度超過80°C時(shí)，PTC材料層電阻率迅速上升，數(shù)量級(jí)達(dá)105Ω -cm,電阻的急劇增大切斷了 短路電流以避免電池溫度的進(jìn)一步升高，從而較好的保護(hù)了該鋰離子電池。本發(fā)明鋰離子電池極耳自身集成了 PTC功能且制作簡單，適用于各種形狀和類型 的鋰離子電池，通過該極耳的PTC材料層與外電路連接，提高了鋰離子電池的安全性能，由 于該P(yáng)TC材料層很薄，在室溫 80°C范圍內(nèi)，該P(yáng)TC材料層的電阻率很小，該極耳可以正常 導(dǎo)電，當(dāng)鋰離子電池過充電、短路或其它原因造成過熱時(shí)，該P(yáng)TC材料層的電阻急劇上升達(dá) 到切斷電流的作用，從而很好的保護(hù)電池；當(dāng)溫度降低到室溫 80°c范圍內(nèi)后，該P(yáng)TC材料 層的電阻率又變小，電池仍然可以正常使用。另外，由于將較薄的PTC材料層直接形成于極 耳金屬片表面，不需要獨(dú)立設(shè)計(jì)PTC元件，不影響鋰離子電池設(shè)計(jì)時(shí)空間的利用率。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)作其它變化，當(dāng)然這些依據(jù)本發(fā)明精 神所作的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種鋰離子電池極耳，包括一金屬片，其特征在于，進(jìn)一步包括一設(shè)置于該金屬片表面的PTC材料層。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池極耳，其特征在于，所述PTC材料層的厚度為 5 μ m ~ 500 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池極耳，其特征在于，所述PTC材料層的厚度為 5 μ m 50 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池極耳，其特征在于，所述PTC材料層的材料為聚合物 復(fù)合型PTC材料或無機(jī)復(fù)合氧化物PTC材料。
5.如權(quán)利要求4所述的鋰離子電池極耳，其特征在于，所述聚合物復(fù)合型PTC材料為含 有導(dǎo)電顆粒的聚合物。
6.如權(quán)利要求5所述的鋰離子電池極耳，其特征在于，所述導(dǎo)電顆粒為金屬氧化物、金 屬粉或?qū)щ姷奶枷殿w粒。
7.如權(quán)利要求5所述的鋰離子電池極耳，其特征在于，所述聚合物為聚乙烯、聚乙烯/ 醋酸乙烯及環(huán)氧樹脂中的一種或多種。
8.如權(quán)利要求4所述的鋰離子電池極耳，其特征在于，所述無機(jī)復(fù)合氧化物PTC材料為 V2O3、BaTiO3、摻雜的 V2O3 或摻雜的 BaTiO3。
9.一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括殼體及置于殼體內(nèi)的電芯及極耳，該極耳一端 與電芯相連，另一端伸出殼體外，其特征在于，所述極耳包括一金屬片和設(shè)置于該金屬片表 面的PTC材料層。
10.如權(quán)利要求9所述的鋰離子電池，其特征在于，該極耳為正極極耳或負(fù)極極耳中至 少一個(gè)，該電芯包括正極集流體及負(fù)極集流體，該正極極耳的金屬片與該正極集流體連接， 該負(fù)極集流體的金屬片與該負(fù)極集流體連接。
11.如權(quán)利要求9所述的鋰離子電池，其特征在于，該鋰離子電池通過所述極耳的PTC 材料層與外電路電連接。
12.如權(quán)利要求9所述的鋰離子電池，其特征在于，該極耳為一個(gè)或多個(gè)。
13.如權(quán)利要求9所述的鋰離子電池，其特征在于，所述PTC材料層常溫下的電阻率為 0. 005 Ω · cm 1 Ω · cm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池極耳，該極耳包括一金屬片和設(shè)置于該金屬片表面的PTC材料層。此外，本發(fā)明還涉及一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括殼體、置于殼體內(nèi)的電芯以及極耳，該極耳一端與所述電芯相連，另一端伸出殼體外，且所述極耳包括一金屬片和設(shè)置于該金屬片表面的PTC材料層。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK101887960SQ20101022478
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者何向明, 馮麗娟, 李建軍, 陳敏 申請(qǐng)人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司