本實(shí)用新型涉及一種具有保護(hù)功能的鋰電池集流體，特別是一種將具有電阻正溫度效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料層緊密結(jié)合在金屬箔片兩面的鋰電池集流體。

背景技術(shù)：

一般情況下，鋰電池的集流體正極用Al，負(fù)極用Cu。因?yàn)殇X在低電位下會嵌鋰，不宜做負(fù)極集流體；銅在高電位下會氧化，不宜做正極集流體，但鋁表面有鈍化層，因此可以作為正極集流體。

高分子基導(dǎo)電復(fù)合材料在正常溫度下可維持較低的電阻值，具有對溫度變化反應(yīng)敏銳的特性，即當(dāng)電路中發(fā)生過電流或過高溫現(xiàn)象時(shí)，其電阻會瞬間增加到一高阻值，使電路處于斷路狀態(tài)，以達(dá)到保護(hù)電路元件的目的。因此可把高分子基導(dǎo)電復(fù)合材料制備的保護(hù)元件連接到電路中，作為電流傳感元件的材料。此類材料已被廣泛應(yīng)用于電子線路保護(hù)元器件上。

近年來，鋰電池得到迅速發(fā)展，鋰電池的能量密度、功率密度、循環(huán)壽命在過去二十年有了顯著提高，可靠的高性能鋰離子電池在消費(fèi)電子、電動汽車和電網(wǎng)能量儲存領(lǐng)域需求強(qiáng)勁，從業(yè)企業(yè)、電池產(chǎn)能產(chǎn)量持續(xù)增加，從行業(yè)生命周期的階段來看，鋰電池行業(yè)目前處于快速成長期。但是鋰電池的安全問題一直未完全解決，鋰離子電池在應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，使得電池系統(tǒng)的電壓和容量需要更多的單體電池來實(shí)現(xiàn)，加上pack成組時(shí)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、BMS的管理等方面很難做到完美，一旦電池在濫用條件下（如過充、內(nèi)或外部短路、高溫等情況），會出現(xiàn)熱失控，進(jìn)而引發(fā)起火、爆炸等安全事故，安全問題已經(jīng)是高能量密度電池大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙。

為了提升電池的安全性能，人們已經(jīng)進(jìn)行了許多努力，包括隔膜和電解液穩(wěn)定劑等。但是，這些方法都是不可逆的，因此一旦保護(hù)發(fā)生，電池?zé)o法再次使用。高分子PTC熱敏電阻可以用來防止鋰電池過熱，但是，組裝在鋰電池外部的高分子PTC熱敏電阻遠(yuǎn)離電池內(nèi)部熱量產(chǎn)生部位，由于熱量在傳遞過程中的衰減，使得高分子PTC熱敏電阻無法及時(shí)檢測到鋰電池內(nèi)部溫度的異常上升，難以在第一時(shí)間對鋰電池進(jìn)行保護(hù)。

因此，為了更加及時(shí)有效地保護(hù)鋰電池，必須開發(fā)出新的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型目的在于：一種具有保護(hù)功能的鋰電池集流體，該具有保護(hù)功能的鋰電池集流體將在防止鋰電池?zé)崾Э厣细行?，可以對鋰電池?nèi)部的異常溫度和異常電流做出快速響應(yīng)且可以多次重復(fù)保護(hù)。

本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種具有保護(hù)功能的鋰電池集流體，包括金屬箔片，其包含

（a）所述的金屬箔片,具有兩個相對的第一表面和第二表面，作為鋰電池集流體的基箔；

(b)具有電阻正溫度效應(yīng)的第一導(dǎo)電復(fù)合材料層，緊密結(jié)合在所述金屬箔片的第一表面；

(c)具有電阻正溫度效應(yīng)的第二導(dǎo)電復(fù)合材料層，緊密結(jié)合在所述金屬箔片的第二表面。

本實(shí)用新型將具有電阻正溫度效應(yīng)的高分子基導(dǎo)電復(fù)合材料與現(xiàn)有鋰電池集流體復(fù)合，得到一種鋰電池集流體層狀結(jié)構(gòu)，置于鋰電池內(nèi)部，將在防止鋰電池?zé)崾Э厣细行?，此?shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于其可以對鋰電池內(nèi)部的異常溫度和異常電流做出快速響應(yīng)且可以多次重復(fù)保護(hù)。是一種將具有電阻正溫度效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料層緊密結(jié)合在金屬箔片兩面的鋰電池集流體。當(dāng)鋰電池內(nèi)部溫度異常上升時(shí)，可以在第一時(shí)間對鋰電池進(jìn)行保護(hù)。

所述金屬箔片可以是鋁箔和銅箔，其厚度介于為1μm~30μm之間。

在上述方案基礎(chǔ)上，所述導(dǎo)電復(fù)合材料層包含至少一種高分子基材和至少一種電阻率低于200μΩ.cm且粒徑分布范圍在0.01μm~50μm之間的導(dǎo)電粉末，其中：

所述高分子基材為：聚乙烯、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛樹脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚氟乙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、環(huán)氧樹脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一種及其混合物。

所述導(dǎo)電粉末選自: 碳系導(dǎo)電粉末、金屬粉末、復(fù)合導(dǎo)電粉末、導(dǎo)電陶瓷粉末及它們的混合物。

所述碳系導(dǎo)電粉末為：碳黑、碳纖維、碳納米管、石墨、石墨烯及它們的混合物。

所述金屬粉末為：銅、鎳、鈷、鐵、鎢、錫、鉛、銀、金、鉑或其合金中的一種及其混合物。

所述復(fù)合導(dǎo)電粉末為：碳系導(dǎo)電材料包覆金屬粉末和碳系導(dǎo)電材料包覆導(dǎo)電陶瓷粉末中的一種及其混合物。

所述碳系導(dǎo)電材料為：碳黑、碳纖維、碳納米管、石墨、石墨烯及它們的混合物。

所述導(dǎo)電陶瓷粉末為：金屬氮化物、金屬碳化物、金屬硼化物、金屬硅化物、層狀結(jié)構(gòu)陶瓷粉之中的一種或幾種的混合物。

所述金屬硼化物為硼化鉭、二硼化鉭、硼化釩、二硼化釩、二硼化鋯、二硼化鈦、硼化鈮、二硼化鈮、硼化二鉬、五硼化二鉬、二硼化鉿、硼化二鎢、硼化鎢、硼化二鉻、硼化鉻、二硼化鉻或三硼化五鉻之中的一種。所述氮化物為氮化鉭、氮化釩、氮化鋯、氮化鈦、氮化鈮或氮化鉿中的一種。所述碳化物為碳化鉭、碳化釩、碳化鋯、碳化鈦、碳化鈮、碳化二鉬、碳化鉿、碳化鎢、碳化二鎢或二碳化三鉻之中的一種。所述硅化物為二硅化鉭、三硅化五鉭、硅化三釩、二硅化釩、二硅化鋯、二硅化鈦、三硅化五鈦、二硅化鈮、二硅化鉬、二硅化鉿、二硅化鎢、硅化三鉻或二硅化鉻之中的一種。所述層狀結(jié)構(gòu)陶瓷粉為Sc₂InC、Ti₂AlC、Ti₂GaC、Ti₂InC、Ti₂TlC、V₂AlC、V₂GaC、Cr₂GaC、Ti₂AlN、Ti₂GaN、Ti₂InN、V₂GaN、Cr₂GaN、Ti₂GeC、Ti₂SnC、Ti₂PbC、V₂GeC、Cr₂SiC、Cr₂GeC、V₂PC、V₂AsC、Ti₂SC、Zr₂InC、Zr₂TlC、Nb₂AlC、Nb₂GaC、Nb₂InC、Mo₂GaC、Zr₂InN、Zr₂TlN、Zr₂SnC、Zr₂PbC、Nb₂SnC、Nb₂PC、Nb₂AsC、Zr₂SC、Nb₂SC、Hf₂SC、Hf₂InC、Hf₂TlC、Ta₂AlC、Ta₂GaC、Hf₂SnC、Hf₂PbC、Hf₂SnN、Ti₃AlC₂、V₃AlC₂、Ta₃AlC₂、Ti₃SiC₂、Ti₃GeC₂、Ti₃SnC₂、Ti₄AlN₃、V₄AlC₃、Ti₄GaC₃、Nb₄AlN₃、Ta₄AlC₃、Ti₄SiC₃、Ti₄GeC₃之中的一種及其混合物。

本實(shí)用新型提供一種具有保護(hù)功能的鋰電池集流體的制法，即：所述導(dǎo)電復(fù)合材料層與所述金屬箔片結(jié)合的方法是熱壓合、靜電噴涂、等離子體噴涂、涂布、印刷、熱噴涂之中的一種或幾種。

所述具有保護(hù)功能的鋰電池集流體的厚度介于5μm-50μm之間，優(yōu)選為5μm-30μm。

本實(shí)用新型提供的具有保護(hù)功能的鋰電池集流體，優(yōu)越性在于：將具有電阻正溫度效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料層緊密結(jié)合在金屬箔片兩面的鋰電池集流體，當(dāng)鋰電池內(nèi)部有異常溫度時(shí)，具有電阻正穩(wěn)定效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料層的電阻將會劇增，截?cái)嚯娐?，這將在防止鋰電池?zé)崾Э厣细行?，可以對鋰電池?nèi)部的異常溫度和異常電流做出快速響應(yīng)且可以多次重復(fù)保護(hù)。

附圖說明

圖1本實(shí)用新型的具有保護(hù)功能的鋰電池集流體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 利用本實(shí)用新型的具有保護(hù)功能的鋰電池集流體制備的鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

對于本實(shí)用新型的具有保護(hù)功能的鋰電池集流體，其具體實(shí)施方式如下：

具有電阻正溫度效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料中，

高分子基材為：聚乙烯、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛樹脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚氟乙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、環(huán)氧樹脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一種及其混合物；

導(dǎo)電粉末的電阻率不大于200μΩ.cm且粒徑分布范圍在0.01μm~50μm之間，所述導(dǎo)電粉末選自:碳系導(dǎo)電粉末、金屬粉末、復(fù)合導(dǎo)電粉末、導(dǎo)電陶瓷粉末及它們的混合物。

實(shí)施例1

將聚乙烯、導(dǎo)電陶瓷粉末按PTC電阻的配比配料，將密煉機(jī)溫度設(shè)定為180度，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘，先加入聚合物密煉3分鐘后，然后加入導(dǎo)電填料，繼續(xù)密煉15分鐘后出料，得到具有電阻正溫度效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料。

將上述熔融混合好的具有電阻正溫度效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料通過開煉機(jī)壓延，得到厚度為0.1毫米的具有電阻正溫度效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料片材，再將其熱壓成0.02毫米厚的具有電阻正溫度效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料層。

將兩片具有電阻正溫度效應(yīng)的第一、第二導(dǎo)電復(fù)合材料層110a、110b，按圖1所示置于金屬銅箔片120兩面。通過熱壓合的方法將上述三層疊好緊密結(jié)合在一起。熱壓合的溫度為180攝氏度，壓力為12兆帕，時(shí)間為10分鐘，最后在冷壓機(jī)上冷壓10分鐘，得到圖1所示的具有保護(hù)功能的鋰電池集流體。

實(shí)施例2

具有電阻正溫度效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料配比和加工工藝與實(shí)施例1相同，只是將金屬銅箔改為金屬鋁箔。

應(yīng)用例1

將聚乙烯、導(dǎo)電陶瓷粉末按PTC電阻的配比配料，將密煉機(jī)溫度設(shè)定為180度，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘，先加入聚合物密煉3分鐘后，然后加入導(dǎo)電填料，繼續(xù)密煉15分鐘后出料，得到具有電阻正溫度效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料，然后將其粉碎成顆粒。

將上述粉碎的顆粒經(jīng)過多層共擠，制備成導(dǎo)電復(fù)合材料層、金屬銅箔片和導(dǎo)電復(fù)合材料層的三明治結(jié)構(gòu)的具有保護(hù)功能的鋰電池集流體，總厚度為0.05毫米。

制備的具有保護(hù)功能的鋰電池集流體可以裝配到鋰電池中，如圖2所示。銅箔片220兩面緊密結(jié)合具有正溫度效應(yīng)的第一、第二導(dǎo)電復(fù)合材料層210a和210b，在具有正溫度效應(yīng)的第一、第二導(dǎo)電復(fù)合材料層210a、210b上分別涂布第一、第二負(fù)極材料層250a、250b,第一、第二正極材料層240a、240b分別涂布在鋁箔270b和270a上，第二正極材料層240b與第一負(fù)極材料層250a之間用隔膜一260a隔開；第一正極材料層240a與第二負(fù)極材料層250b之間用隔膜二260b隔開,第二正極材料層240b與隔膜一260a之間，以及第一負(fù)極材料層250a與隔膜一260a之間為電解液230b；第一正極材料層240a與隔膜二260b之間，以及第二負(fù)極材料層250b與隔膜二260b之間為電解液230a,最后將整個部件用鋁塑模密封包裹，電氣引出正極鋁箔和負(fù)極銅箔，即形成一個簡單的鋰電池。當(dāng)鋰電池內(nèi)部有異常溫度時(shí)，具有電阻正溫度效應(yīng)的第一、第二導(dǎo)電復(fù)合材料層210a、210b的電阻將會劇增，截?cái)嚯娮璧耐?，防止鋰電池?zé)崾Э匕l(fā)生，可以對鋰電池內(nèi)部的異常溫度和異常電流做出快速響應(yīng)。

本實(shí)用新型的內(nèi)容和特點(diǎn)已揭示如上，然而前面敘述的本實(shí)用新型僅僅簡要地或只涉及本實(shí)用新型的特定部分，本實(shí)用新型的特征可能比在此公開的內(nèi)容涉及的更多。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)該包括在不同部分中所體現(xiàn)的所有內(nèi)容的組合，以及各種不背離本實(shí)用新型的替換和修飾，并為本實(shí)用新型的權(quán)利要求書所涵蓋。