高安全性大電流隔膜鋰電池的制作方法

本實用新型涉及一種隔膜鋰電池，尤其涉及一種高安全性大電流隔膜鋰電池。

背景技術：

目前，在國家政策的支持下，鋰電池在電動汽車上得到大力推廣，電池的安全性被認為是制約電動汽車發展的關鍵因素之一，安全性也成為未來電動汽車需要攻克的技術難題。為了促進各電池生產企業技術的發展，中國國家工業和信息化部于2015年5月下發GB/T31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全要求及實驗方法》，從2015年5月15日實施。

鋰電池的安全問題主要表現為電池起火、爆炸，其直接原因為電池內部局部發生短路，短路點進行大電流放電，產生大量熱量無法及時擴散，電芯局部溫度瞬間過高引起電解液、隔膜燃燒，電池負極SEI膜分解、正極材料分解，產生大量氣體，電芯失效。造成電芯內部短路的原因有擠壓、重沖、過充、過放、短路、振動、跌落、焚燒、加熱、針刺等。改善上述安全問題的方法較多，如從電解液添加劑、正極材料、負極材料等方面，但改善效果甚微。

傳統鋰電池的上述各種問題，很重要的原因是由隔膜性能決定的，一般隔膜的電子通過性不足，不能達到快速充電的目的，也存在絕緣性能不足、機械強度不夠等問題。

為了解決上述問題，專利申請號為“201410111400.X”、名稱為“一種納米殼聚糖復合鋰電池隔膜及制造方法”的發明專利申請，公開了一種性能優異的納米殼聚糖復合鋰電池隔膜，其是以(納米殼聚糖溶膠粒子和微米殼聚糖溶膠粒子)網絡作為支撐體，經流延、干燥形成納米殼聚糖復合薄膜。該膜具優異三維 網絡構象，孔隙率大于80％以上，隔膜的厚度為5～60μm。該膜無應力效應、無形態記憶效應；該膜在電解液中及-40—150℃下，具化學穩定性、形態尺寸穩定性、熱穩定性、絕緣性及良好的物理機械強度(抗張、抗沖擊、柔韌曲繞等)；與電解液有良好的吸附親和性。納米殼聚糖組合膜具陽電荷特征，可為正電鋰離子提供自由通道。

上述鋰電池隔膜雖然具有很多優點，但是在電流很大的快速充電應用場合中，該隔膜不能對鋰離子通過量進行有效制約，在較為極端的情況下還是可能會導致電流過大、電池殼體內溫度過高而損壞電池的問題，而且，因為隔膜性能優異，所以其出現問題時殼體內的溫度已經很高，所以可能出現爆炸較為嚴重的問題。

專利申請號為“201510394619.X”的發明專利申請，公開了一種隔膜鋰電池，包括有殼體、正極材料、負極材料和隔膜；在所述負極材料和隔膜之間還安裝有保護層；所述保護層包括有可沿殼體平移滑動的節流板和位于兩塊所述節流板之間的固定網；在所述節流板的上下邊緣分別安裝有滑擋塊，所述滑擋塊與開設在殼體頂面、底面的滑槽相匹配；在所述固定網的每個節點上固定有由熱膨脹材料做成的節流球；在兩塊所述節流板上各所述節流球所正對的位置處均開設有節流孔，所述節流孔的直徑小于節流球的直徑；在所述殼體上開設有出氣單向閥，所述出氣單向閥與所述滑擋塊位置正對；該隔膜鋰電池能夠有效保護隔膜，防止電池內短路；同時具有良好的過壓保護裝置。

但是，該鋰電池封堵鋰離子是依靠節流球封堵節流板的節流孔來實現，其封堵結構具有柔性，所以效果較為緩慢，不能在必要時候快速減小鋰離子通過量、減小電流、降低溫度；而且該鋰電池的結構較為復雜，結構越復雜可能導致問題的環節就越多。

技術實現要素：

本實用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種高安全性大電流隔膜鋰電池。

本實用新型通過以下技術方案來實現上述目的：

一種高安全性大電流隔膜鋰電池，包括殼體、正極、負極和隔膜，所述正極包括正極柱和置于正極柱周圍的正極填料，所述負極包括負極柱和置于負極柱周圍的負極填料，所述隔膜置于所述正極與所述負極之間；所述隔膜為納米殼聚糖復合鋰電池隔膜；所述高安全性大電流隔膜鋰電池還包括第一安裝塊、第二安裝塊、活動隔離板和固定隔離板，所述第一安裝塊和所述第二安裝塊分別安裝于所述殼體的相對兩個內壁上，相互平行且靠近的所述活動隔離板和所述固定隔離板安裝在所述第一安裝塊和所述第二安裝塊之間，所述活動隔離板和所述固定隔離板位于所述隔膜與所述負極之間且靠近所述隔膜，所述活動隔離板和所述固定隔離板上分別設有多個均勻間隔的通孔，所述第一安裝塊上設有活動凹槽，所述第二安裝塊設有內腔且其腔壁上設有開口，所述活動隔離板的第一端置于所述活動凹槽內并能夠移動，所述活動隔離板的第二端穿過所述第二安裝塊的開口并置于其內腔中，所述活動隔離板的第二端設有端頭，所述端頭的寬度大于所述開口的寬度，所述內腔內設有彈性囊體，所述彈性囊體內裝有蒸發液，所述彈性囊體的對應外表面分別與所述內腔的多個內壁和所述端頭粘結連接。

上述結構中，納米殼聚糖復合鋰電池隔膜為專利申請號為“201410111400.X”的發明專利申請公開的納米殼聚糖復合鋰電池隔膜；第一安裝塊和第二安裝塊僅用于安裝隔離板，只要能夠實現該安裝功能即可；活動隔離板和固定隔離板為兩個平板，采用能夠阻斷鋰離子通過的常規材料制作即可；彈性囊體采用常 規彈性材料制作，只要滿足在設定壓力下擴張的要求即可；蒸發液采用沸點溫度與鋰電池的安全上限溫度相同的常規蒸發液即可。

根據實際需要，所述活動隔離板和所述固定隔離板之間的間隔距離優選為0.5-5mm。

優選地，所述活動隔離板和所述固定隔離板上的通孔孔徑和孔距相等，或者，所述活動隔離板和所述固定隔離板上的通孔孔徑略小于孔距。

為了便于安裝固定隔離板，所述第一安裝塊和所述第二安裝塊上分別設有固定凹槽，所述固定隔離板的兩端分別置于所述第一安裝塊和所述第二安裝塊上的固定凹槽內。

為了使彈性囊體內的蒸發液的溫度與殼體內的負極填料溫度盡快同步，所述第二安裝塊的內腔腔壁上靠近所述負極的位置設有用于使所述內腔內外溫度快速均衡的傳溫孔。

本實用新型的有益效果在于：

本實用新型使用性能優良的納米殼聚糖復合鋰電池隔膜，并增加主要包括兩塊隔離板的硬隔離結構，利用彈性囊體內的蒸發液在高溫下蒸發、低溫下冷凝的特性來改變彈性囊體的體積，從而自動帶動活動隔離板移動，在電池正常工作時保持活動隔離板與固定隔離板之間的通孔位置對應，在電池內溫度很高時使活動隔離板與固定隔離板錯位將兩個隔離板的通孔封堵，從而實現將鋰離子通道大部分封堵以達到快速減小電流、降低溫度、保護電池的目的。

附圖說明

圖1是本實用新型所述高安全性大電流隔膜鋰電池的內部結構示意圖之一，圖中的活動隔離板和固定隔離板的通孔一一對應排列；

圖2是本實用新型所述高安全性大電流隔膜鋰電池的內部結構示意圖之二， 圖中的活動隔離板和固定隔離板的通孔錯位排列；

圖3是圖1中“A”的剖視放大圖；

圖4是圖1中“B”的剖視放大圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步說明：

如圖1-圖4所示，本實用新型所述高安全性大電流隔膜鋰電池包括殼體3、正極、負極、隔膜8、第一安裝塊5、第二安裝塊15、活動隔離板9和固定隔離板10，所述正極包括正極柱7和置于正極柱7周圍的正極填料6，所述負極包括負極柱1和置于負極柱1周圍的負極填料2，隔膜8置于所述正極與所述負極之間；隔膜8為納米殼聚糖復合鋰電池隔膜；第一安裝塊5和第二安裝塊15分別安裝于殼體3的相對兩個內壁上，相互平行且靠近的活動隔離板9和固定隔離板10安裝在第一安裝塊5和第二安裝塊15之間，活動隔離板9和固定隔離板10位于隔膜8與所述負極之間且靠近隔膜8，活動隔離板9和固定隔離板10上分別設有多個均勻間隔的通孔11，第一安裝塊5上設有活動凹槽4，第二安裝塊15設有內腔且其腔壁上設有開口12，活動隔離板9的第一端置于活動凹槽4內并能夠移動，活動隔離板9的第二端穿過第二安裝塊15的開口12并置于其內腔中，活動隔離板9的第二端設有端頭13，端頭13的寬度大于開口12的寬度以避免活動隔離板9脫離第二安裝塊15的內腔，所述內腔內設有彈性囊體16，彈性囊體16內裝有蒸發液17，彈性囊體16的對應外表面分別與所述內腔的多個內壁和端頭13粘結連接，這里的多個內壁主要是所述內腔靠近殼體3的內壁和兩側側壁，粘結的作用在于固定彈性囊體上除端頭13以外的其它部位，以使彈性囊體在擴張和收縮時能夠順利帶動活動隔離板9移動。

作為優選，活動隔離板9和固定隔離板10之間的間隔距離優選為0.5-5mm； 活動隔離板9和固定隔離板10上的通孔11的孔徑和孔距相等，或者，活動隔離板9和固定隔離板10上的通孔11的孔徑略小于孔距；第一安裝塊5和第二安裝塊15上分別設有固定凹槽(圖中未標記)，固定隔離板10的兩端分別置于第一安裝塊5和第二安裝塊15上的固定凹槽內；第二安裝塊15的內腔腔壁上靠近所述負極的位置設有用于使所述內腔內外溫度快速均衡的傳溫孔14，該傳溫孔14為通孔結構，根據需要設置一個或多個。

結合圖1-圖4，應用時，正常狀態下，彈性囊體16內的蒸發液17的溫度較低，為液體狀態，體積較小，彈性囊體16通過端頭13連接活動隔離板9，使活動隔離板9和固定隔離板10的通孔11之間一一對應排列，鋰離子在充電過程中，先經過隔膜8的過濾，再從活動隔離板9和固定隔離板10的通孔11流至負極；當電池充電電流過大時，電池內部溫度升高，彈性囊體16內的蒸發液17部分蒸發、體積膨脹，彈性囊體16的體積變大，彈性囊體16通過端頭13帶動活動隔離板9遠離第二安裝塊15，使活動隔離板9和固定隔離板10的通孔11之間錯位排列，只有少部分鋰離子才能從活動隔離板9和固定隔離板10的通孔11流至負極，大部分鋰離子被封堵，達到快速減小電流、降低溫度、保護電池的目的。溫度降低后，活動隔離板9會自動恢復位置，從而使電池能夠再次進行正常工作。

說明：附圖中顯示的活動隔離板和固定隔離板之間的距離較大，是為了便于顯示和理解，該距離的實際尺寸要小得多，以便于在活動隔離板和固定隔離板錯位后對鋰離子實現較大程度的阻斷，從而快速減小電流，降低溫度。

上述實施例只是本實用新型的較佳實施例，并不是對本實用新型技術方案的限制，只要是不經過創造性勞動即可在上述實施例的基礎上實現的技術方案，均應視為落入本實用新型專利的權利保護范圍內。