一种过流或者持续载流自保护型极耳及其制造方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种过流或者持续载流自保护型极耳及其制造方法。

背景技术

锂离子电池因为能量密度大、电压高、循环次数长等优点，已被广泛应用于消费类电子产品、电动汽车、电动工具等产品中。但锂离子电池在使用过程中，往往由于大电流的过充放或者短路等问题，导致电池，产生大量热量而引起热失控，发生起火、爆炸等事故。

发明内容

为了解决上述问题，有人提出在卷式镍极耳的极耳胶层内密封PTC热敏电阻，从而提高软包装锂离子电池的安全性能，提高锂离子电池通过安规的测试概率。然而，该方法生产可行性较差，此外，PTC置于极耳胶层内影响软包装极耳和铝塑膜的热封密封性，降低电池的使用寿命等。

为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种过流或者持续载流自保护型极耳及其制造方法，所述保护型极耳可有效防止电池在使用过程中的热失控。所述保护型极耳是通过在金属导体探出端和PACK装配端之间焊接引入PTC热敏电阻，并在PTC热敏电阻表面热封贴合一层保护胶。当锂离子电池过流或者持续载流时，极耳产生的大量热量引起PTC热敏电阻阻值急剧增大，进而防止电池的持续过流或者持续载流而发生的热失控，起到保护电池以及装配区的作用。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种过流或者持续载流自保护型极耳，所述保护型极耳包括金属导体、PACK装配端、极耳胶、保护胶和PTC热敏电阻；

通过覆盖在所述金属导体表面的极耳胶将所述金属导体分为焊接端和探出端；所述焊接端与电芯连接，所述探出端通过PTC热敏电阻与PACK装配端连接，所述保护胶覆盖在PTC热敏电阻表面。

根据本发明，所述金属导体的材质为铝片材、镍片材或者镀镍铜片材。

根据本发明，所述极耳胶例如通过热封贴合的方式贴合在金属导体表面。

根据本发明，所述极耳胶的材质可以为聚丙烯、聚乙烯的一种或两种的混合。

根据本发明，所述PACK装配端的材质为可以为铝、镍、铜或者镀镍铜的一种。

根据本发明，所述PTC热敏电阻的工作温度范围为55℃～200℃。

根据本发明，所述保护胶的材质可以为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯的一种或者两种以上。

根据本发明，所述金属导体上下表面贴合的极耳胶的总厚度(金属导体上表面贴合的极耳胶的厚度和金属导体下表面贴合的极耳胶的厚度之和)≥金属导体的厚度。

根据本发明，所述极耳胶的宽度(或定义为长度)大于金属导体的宽度。示例性地，所述极耳胶的宽度(或定义为长度)大于金属导体宽度的1mm以上，即所述极耳胶探出金属导体两侧的单侧宽度≥0.5mm，这样设置可以保证极耳胶与金属导体贴合的密封性。

根据本发明，所述PACK装配端的厚度范围为：金属导体厚度的80％≤PACK装配端的厚度≤金属导体厚度的120％，所述PACK装配端的宽度范围为：金属导体宽度的80％≤PACK装配端的宽度≤金属导体的宽度的120％。

根据本发明，所述PTC热敏电阻上下表面贴合的保护胶的总厚度≥金属导体厚度与PACK装配端厚度的最大者。

根据本发明，所述保护胶的宽度大于PTC热敏电阻的宽度。示例性地，所述保护胶的宽度大于PTC热敏电阻宽度的0.2mm以上。

根据本发明，所述保护胶的长度大于PTC热敏电阻的长度。示例性地，所述保护胶的长度大于金属导体宽度与PACK装配端宽度的最大者0.5mm以上。这样设置可以保证保护胶与PTC热敏电阻的密封性，保护PTC热敏电阻并延长使用寿命。

根据本发明，所述PTC热敏电阻的厚度≤PACK装配端与金属导体的厚度的最小者，所述PTC热敏电阻的长度≤PACK装配端与金属导体的长度的最小者。

本发明还提供上述过流或者持续载流自保护型极耳的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(A)在金属导体上下表面热封贴合极耳胶，将金属导体分为焊接端和探出端；

(B)在探出端和PACK装配端之间通过焊接连接PTC热敏电阻；

(C)在PTC热敏电阻上下表面热封贴合一层保护胶。

根据本发明，步骤(A)中，所述热封贴合技术为本领域已知的热封贴合技术，例如热压贴合或者高频焊接贴合的一种或者两种以上。

根据本发明，步骤(B)中，所述焊接技术可以为超声焊接、激光焊接、电阻焊接、电弧焊接的一种或者两种以上。

根据本发明，步骤(C)中，所述热封贴合技术为本领域已知的热封贴合技术，例如热压贴合或者高频焊接贴合的一种或者两种以上。

本发明还提供一种锂离子电池过流或者持续载流自保护型极耳，其中，所述极耳包括正极耳和负极耳，所述正极耳为上述的过流或者持续载流自保护型极耳，和/或，所述负极耳为上述的过流或者持续载流自保护型极耳。

根据本发明，所述正极耳和负极耳中的焊接端分别连接在电芯上。例如通过超声焊接与电芯导通。

根据本发明，所述正极耳和负极耳中的极耳胶通过热封工艺和铝塑复合膜的PP进行熔融贴合，达到对电芯的密封作用。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种锂离子电池过流或者持续载流自保护型极耳及其制造方法，通过在金属导体的探出端和PACK装配端之间焊接引入PTC热敏电阻，并在PTC热敏电阻表面热封贴合一层保护胶；当锂离子电池过流或者持续载流时，极耳产生的大量热量引起PTC热敏电阻阻值急剧增大，使得回路的电流迅速减小至安全的电流值，进而防止电池过流或者持续载流产生的热失控引起的起火或者爆炸，起到保护电池以及装配区的作用。此外，所述过流或者持续载流自保护型极耳自带的PTC热敏电阻可以省去电池PACK过程单独引入breaker或者PTC工序，大大简化了生产流程以及有效降低了相应的生产成本。所述过流或者持续载流自保护型极耳还具有如下优点：

(1)金属导体采用片材形式，过流或者持续载流自保护型极耳的制造容易实现；

(2)PTC热敏电阻焊接于金属导体的探出端和PACK装配端之间，不影响原有工艺中极耳胶和铝塑膜的热封密封性；

(3)在大电流输出(尤其是短路)以及长时间使用的情况下，通过PTC热敏电阻的阻隔可以进一步防止电池的持续过流或者持续发热升温而发生的热失控，起到保护电池以及装配区的作用；

(4)PTC热敏电阻和极耳的一体化，可以省去电池PACK过程单独引入breaker或者PTC，大大简化了生产流程以及有效降低了相应的生产成本。

附图说明

图1为现有技术中极耳的结构示意图；

图2为本发明过流或者持续载流自保护型极耳的结构示意图；

图3为实施例1锂离子电池过流或者持续载流自保护型极耳的结构示意图；

图4为实施例2锂离子电池过流或者持续载流自保护型极耳的结构示意图；

附图标识说明：

1-金属导体焊接端，2-极耳胶，3-金属导体探出端，4-保护胶，5-PTC热敏电阻，6-PACK装配端，7-电芯。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

如图3所示为本实施例提供一种锂离子电池过流自保护型极耳，在尺寸为0.1mm厚、6mm宽的负极镍极耳片材上下两面采用高频焊接的方法热封贴合聚丙烯极耳胶，极耳胶的总厚度为0.16mm，宽度为3.5mm，长度为10mm，极耳胶将负极镍极耳片材分成探出端和焊接端；在负极镍极耳片材的探出端和PACK装配端(材质为镍片，尺寸为0.1mm厚*6mm宽)之间通过超声焊接方法焊接PTC热敏电阻(尺寸为0.08mm厚*3mm宽*4mm长，温度触发点：65℃)；采用热压贴合的方法在PTC热敏电阻表面热封贴合一层聚丙烯保护胶，保护胶的尺寸为0.1mm厚*6mm宽*10mm长，本实施例使用的正极耳为现有技术的常规铝极耳(尺寸为：0.1mm厚*6mm宽)。

该过流自保护型极耳通过极耳的焊接端和电芯的负极片进行超声焊接导通；极耳胶则通过热封工艺和铝塑复合膜的PP进行熔融贴合而达到对电芯的密封作用；衔接有PTC热敏电阻的一端则完全处于电芯的外界，避免了PTC电阻处于极耳胶下而引起的和铝塑复合膜热封脱胶分层的密闭不良，此外，也有效避免PTC电阻处于电芯内侧而引起电芯内部性能的不良影响。

按照正常电池生产工艺制得电池后，将5只本实施例的电池进行高倍率持续大电流放电，结果显示：5只电池均可在PTC热敏电阻作用下，在极耳温度达到触发点65℃时电阻值急剧增大进而切断电流，保护电池。而未使用本案例过流自保护型极耳的同等规格的电池在持续大电流放电下，电池严重鼓包发生失效。

实施例2

如图4所示为本发明锂离子电池过流自保护型极耳的另一种实施简图，正极为铝极耳片材(尺寸为：0.15mm厚*5mm宽)，经过热压贴合聚丙烯极耳胶，将铝极耳片材分为焊接端和探出端，其中探出端通过激光焊接和PTC热敏电阻衔接(PTC热敏电阻尺寸为：0.15mm厚*3mm宽*3mm长，温度触发点：90℃)，PTC热敏电阻的另一端则通过激光焊接和PACK装配端(尺寸为：0.12mm厚*5mm宽)进行导通，PTC热敏电阻上下两表面则通过热压贴合覆盖聚乙烯保护胶(尺寸为：0.2mm总厚*7mm宽*10mm长)，该实施例的负极则采用0.15mm厚*5mm宽的镀镍铜极耳。

该过流自保护型极耳通过极耳的焊接端和电芯的正极片进行超声焊接导通；极耳胶则通过热封工艺和铝塑复合膜的PP进行熔融贴合而达到对电芯的密封作用；衔接有PTC热敏电阻的一端则完全处于电芯的外界，避免了PTC电阻处于极耳胶层下而引起的和铝塑复合膜热封脱胶分层的密闭不良，此外，也有效避免PTC电阻处于电芯内侧而引起电芯内部性能的不良影响。

实施案例电池制备完成后，取5只电池正负极通过导线外接5mΩ电阻进行模拟短路情况下，热敏电阻40s内温度急剧增加到PTC热敏电阻的触发点，此时PTC热敏电阻因触发效果电阻值也瞬间剧增，使得回路中的电流切断，以避免电池的持续大电流输出下电池温度的不断升高而造成热失控引起的爆炸或起火，有效保护了电池以及装配端。而未使用本案例过流自保护型极耳的同等规格的电池在持续大电流放电下，电池热失控发生起火冒烟现象。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。