本實用新型涉及一種具有保護功能的鋰電池集流體，特別是一種將具有電阻正溫度效應的導電復合材料層緊密結合在金屬箔片兩面的鋰電池集流體。

背景技術：

一般情況下，鋰電池的集流體正極用Al，負極用Cu。因為鋁在低電位下會嵌鋰，不宜做負極集流體；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。

高分子基導電復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敏銳的特性，即當電路中發(fā)生過電流或過高溫現象時，其電阻會瞬間增加到一高阻值，使電路處于斷路狀態(tài)，以達到保護電路元件的目的。因此可把高分子基導電復合材料制備的保護元件連接到電路中，作為電流傳感元件的材料。此類材料已被廣泛應用于電子線路保護元器件上。

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電子、電動汽車和電網能量儲存領域需求強勁，從業(yè)企業(yè)、電池產能產量持續(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，鋰離子電池在應用領域的拓展，使得電池系統的電壓和容量需要更多的單體電池來實現，加上pack成組時，系統的設計、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、內或外部短路、高溫等情況），會出現熱失控，進而引發(fā)起火、爆炸等安全事故，安全問題已經是高能量密度電池大規(guī)模應用的主要障礙。

為了提升電池的安全性能，人們已經進行了許多努力，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，因此一旦保護發(fā)生，電池無法再次使用。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熱敏電阻遠離電池內部熱量產生部位，由于熱量在傳遞過程中的衰減，使得高分子PTC熱敏電阻無法及時檢測到鋰電池內部溫度的異常上升，難以在第一時間對鋰電池進行保護。

因此，為了更加及時有效地保護鋰電池，必須開發(fā)出新的解決方案。

技術實現要素：

本實用新型目的在于：一種具有保護功能的鋰電池集流體，該具有保護功能的鋰電池集流體將在防止鋰電池熱失控上更有效，可以對鋰電池內部的異常溫度和異常電流做出快速響應且可以多次重復保護。

本實用新型的目的通過下述技術方案實現：一種具有保護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的第一導電復合材料層，緊密結合在所述金屬箔片的第一表面；

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

本實用新型將具有電阻正溫度效應的高分子基導電復合材料與現有鋰電池集流體復合，得到一種鋰電池集流體層狀結構，置于鋰電池內部，將在防止鋰電池熱失控上更有效，此實用新型的優(yōu)點在于其可以對鋰電池內部的異常溫度和異常電流做出快速響應且可以多次重復保護。是一種將具有電阻正溫度效應的導電復合材料層緊密結合在金屬箔片兩面的鋰電池集流體。當鋰電池內部溫度異常上升時，可以在第一時間對鋰電池進行保護。

所述金屬箔片可以是鋁箔和銅箔，其厚度介于為1μm~30μm之間。

在上述方案基礎上，所述導電復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。

所述導電粉末選自: 碳系導電粉末、金屬粉末、復合導電粉末、導電陶瓷粉末及它們的混合物。

所述碳系導電粉末為：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。

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

所述碳系導電材料為：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、層狀結構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。所述層狀結構陶瓷粉為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。

本實用新型提供一種具有保護功能的鋰電池集流體的制法，即：所述導電復合材料層與所述金屬箔片結合的方法是熱壓合、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。

本實用新型提供的具有保護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的導電復合材料層緊密結合在金屬箔片兩面的鋰電池集流體，當鋰電池內部有異常溫度時，具有電阻正穩(wěn)定效應的導電復合材料層的電阻將會劇增，截斷電路，這將在防止鋰電池熱失控上更有效，可以對鋰電池內部的異常溫度和異常電流做出快速響應且可以多次重復保護。

附圖說明

圖1本實用新型的具有保護功能的鋰電池集流體結構示意圖；

圖2 利用本實用新型的具有保護功能的鋰電池集流體制備的鋰電池結構示意圖。

具體實施方式

對于本實用新型的具有保護功能的鋰電池集流體，其具體實施方式如下：

具有電阻正溫度效應的導電復合材料中，

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，所述導電粉末選自:碳系導電粉末、金屬粉末、復合導電粉末、導電陶瓷粉末及它們的混合物。

實施例1

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

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

將兩片具有電阻正溫度效應的第一、第二導電復合材料層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合在一起。熱壓合的溫度為180攝氏度，壓力為12兆帕，時間為10分鐘，最后在冷壓機上冷壓10分鐘，得到圖1所示的具有保護功能的鋰電池集流體。

實施例2

具有電阻正溫度效應的導電復合材料配比和加工工藝與實施例1相同，只是將金屬銅箔改為金屬鋁箔。

應用例1

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

將上述粉碎的顆粒經過多層共擠，制備成導電復合材料層、金屬銅箔片和導電復合材料層的三明治結構的具有保護功能的鋰電池集流體，總厚度為0.05毫米。

制備的具有保護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220兩面緊密結合具有正溫度效應的第一、第二導電復合材料層210a和210b，在具有正溫度效應的第一、第二導電復合材料層210a、210b上分別涂布第一、第二負極材料層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極銅箔，即形成一個簡單的鋰電池。當鋰電池內部有異常溫度時，具有電阻正溫度效應的第一、第二導電復合材料層210a、210b的電阻將會劇增，截斷電阻的通路，防止鋰電池熱失控發(fā)生，可以對鋰電池內部的異常溫度和異常電流做出快速響應。

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