一种转接片用温度响应材料及制备方法和包含其的转接片及锂离子电池与流程

本公开涉及锂离子电池，尤其涉及一种转接片用温度响应材料及制备方法和包含其的转接片及锂离子电池。

背景技术：

1、可再生能源固有的波动性制约了能源结构的调整，而高效安全的储能技术是推进可再生能源技术市场发展和确保国家资源的能源安全的关键技术之一。锂离子电池具有寿命长、启动快和成本低廉等众多优势，是发展最快和技术最为成熟的储能技术之一。

2、然而锂离子电池最大的难点之一是其安全性不佳，在短路条件下，电池易热失控，着火爆炸。目前常使用开孔或者开槽的高内阻转接片确保其能在电池短路条件下熔断，切断电池通路。如cn206022509u公开了一种具有安全熔断设计的锂离子电池转接片，包括转接片基材，转接片基材上设有电池连接单元，电池连接单元包括冲切孔，冲切孔内部具有焊接片，焊接片通过一字型的熔断片与冲切孔外弧相连。然而开孔或者开槽会提升转接片的内阻，降低电池的能量效率，引起电池温升高，缩减使用寿命的问题。

3、因此，如何提供一种既能保证电池能量效率，又能提升电池短路条件下响应速度的转接片成为当前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本公开提供了一种转接片用温度响应材料及制备方法和包含其的转接片及锂离子电池，所述转接片用温度响应材料包括负温度系数材料和导电剂，两种材料的复合使其在实际应用中，既能保证电池能量效率，又能加快热敏响应速度，提升安全性，推动了锂离子电池的发展。

2、第一方面，本公开提供了一种转接片用温度响应材料，所述转接片用温度响应材料包括负温度系数材料(指电阻率随温度升高而降低的材料)和导电剂。

3、本公开所得的复合材料在具备负温度响应特性的情况下同时具备较高的电导率，在实际应用中，一方面可降低电池整体外部线路的总电阻，有利于电池能量效率的提升；另一方面，在电池短路等条件下，温度的提升使得负温度系数材料电阻下降，从而提高负温度系数材料的发热量，快速切断电池反应，保障安全性。

4、以下作为本公开优选的技术方案，但不作为本公开提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本公开的技术目的和有益效果。

5、作为本公开优选的技术方案，所所述负温度系数材料包括至少一种具有尖晶石结构的金属氧化物。

6、优选地，所述具有尖晶石结构的金属氧化物中，金属选自ni、mn、co、fe、cr，zn、cd、ga、in、mg、cu、ti或be中的至少两种。

7、作为本公开优选的技术方案，所述导电剂包括碳系导电粉和/或金属导电粉。

8、其中，碳系导电粉包括但不限于碳粉、石墨、碳纳米管、石墨烯或导电炭黑中的一种或多种；金属导电粉包括但不限于铝粉、铜粉、ni-mn粉中的任意一种或多种。示例性地，例如石墨和铝粉的组合，铝粉和铜粉的组合，碳粉、铝粉和ni-mn粉的组合等。

9、作为本公开优选的技术方案，所述负温度系数材料与所述导电剂的质量比为(0.1-1):(1-2)，例如0.1:1、0.2:1、0.4:1、0.6:1、1:1、1:1.5、0.1:2或1:2等，但并不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

10、本公开中，适宜的物料配比有助于在保证电池导电性能的情况下充分发挥负温度系数材料的作用。并且，适宜的物料配比还有利于控制生产成本，提升经济效益。

11、作为本公开优选的技术方案，所述转接片用温度响应材料为碳粉、铝粉和ni-mn-o尖晶石材料的组合。

12、作为本公开优选的技术方案，所述碳粉、铝粉和ni-mn-o尖晶石材料的质量比为1:(0.3-1):(0.1-0.5)，例如1:0.3:0.2、1:0.8:0.1、1:0.5:0.8、1:0.4:0.4或1:1:0.3，但并不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

13、本公开通过对特定组分以及配比的限定，使得到的转接片用温度响应材料负温度强度更大，热响应速度更快，应用在离子体系电池中时，当离子电池发生短路现象时，能在秒级时间范畴内急速产热，熔断转接片，切断电池的电子回路，阻止热失控的发生。

14、作为本公开优选的技术方案，所述负温度系数材料的粒径不超过3000nm，例如50nm、100nm、200nm、3000nm、500nm、800nm、1000nm、1500nm、2000nm、2500nm或3000nm等，但并不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

15、优选地，所述负温度系数材料为粒径为50-200nm的负温度系数材料与粒径为1000-1500nm的负温度系数材料的组合，例如100nm和1200nm的组合，150nm和1000nm的组合，200nm和1500nm的组合或50nm和1200nm的组合等。

16、优选地，所述导电剂的粒径不超过3000nm，例如50nm、100nm、200nm、3000nm、500nm、800nm、1000nm、1500nm、2000nm、2500nm或3000nm等，但并不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

17、优选地，所述导电剂为粒径为50-200nm的导电剂与粒径为1000-1500nm的导电剂的组合，例如100nm和1200nm的组合，150nm和1000nm的组合，200nm和1500nm的组合或50nm和1200nm的组合等。

18、本公开通过将负温度系数材料以及导电剂进行大小粒径的配合使用，效果更佳。

19、第二方面，本公开还提供了一种转接片用温度响应材料的制备方法，包括以下步骤：

20、(1)将助剂、可溶性金属盐以及溶剂混合，调节ph，再经水热反应得到溶胶凝胶；

21、(2)将步骤(1)所得溶胶凝胶依次进行干燥和第一次热处理，得到中间产物；

22、(3)将步骤(2)得到的中间产物与导电剂混合，依次经冷压、第二次热处理以及第三次热处理，得到转接片用温度响应材料。

23、优选地，步骤(1)所述助剂包括但不限于柠檬酸和乙二醇。

24、优选地，步骤(1)所述可溶性金属盐根据所需的尖晶石结构进行对应选择。

25、优选地，步骤(1)所述溶剂包括水。

26、优选地，步骤(1)调节所述ph至2-4，例如2、3或4等，但并不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

27、优选地，步骤(2)所述干燥的温度为90-120℃，例如90℃、100℃、110℃或120℃等，但并不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

28、优选地，步骤(2)所述第一次热处理的温度为450-550℃，例如450℃、480℃、500℃或550℃等，但并不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

29、优选地，步骤(3)所述第二次热处理在惰性环境中进行。

30、优选地，步骤(3)所述第二次热处理的温度为900-1100℃，例如900℃、1000℃或1100℃等；时间为25-35s，例如25s、30s或35s等，但并不限于所列举的数值，上述范围内其他未列举的数值同样适用。

31、优选地，步骤(3)所述第三次热处理的温度为700-850℃，例如700℃、750℃、800℃或850℃等；时间为18-30h，例如18h、20h、25h或30h等，但并不限于所列举的数值，上述范围内其他未列举的数值同样适用。

32、第三方面，本公开提供了一种转接片，所述转接片包括基材，以及设置于所述基材至少一个表面的功能层，所述功能层的材料包括第一方面所述的转接片用温度响应材料，或如第二方面所述的制备方法制备得到的转接片用温度响应材料。

33、本公开中，基材即为现有技术中的常规转接片，如铜转接片、铝转接片。

34、本公开将特制的功能层设置于基材的表面，使其与基材形成并联，从而提升了常规转接片的导电面积，降低了常规转接片的本体电阻，有效提升电池的能量效率；同时，在高温环境或电池短路情况下，本公开所述的转接片内阻会迅速降低，提升电路中电流，进一步增大转接片发热量，实现快速熔断，有效防止电池热失控现象的发生。

35、本公开中，需要说明的是，功能层可完全覆盖基材的表面，也可设置于基材表面的中间段，且功能层可仅设置在其中一个表面，也可上、下表面均设置。

36、此外，将功能层负载于基材上的方法包括但不限于涂覆法或粘接法。

37、作为本公开优选的技术方案，所述功能层的质量与所述基材的通流面积的比值为(3-1000)g:20cm2，例如3g:20cm2、10g:20cm2、50g:20cm2、100g:20cm2、200g:20cm2、500g:20cm2、700g:20cm2、800g:20cm2或1000g:20cm2等，但并不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选为(100-500)g:20cm2。

38、优选地，所述基材与所述功能层之间还设置有粘结层，所述粘结层的材料包括银浆。

39、优选地，所述粘结层的厚度不超过1mm，例如0.1mm、0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm或1mm等，但并不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

40、优选地，所述转接片为正极转接片。

41、第四方面，本公开提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如第三方面所述的转接片。

42、一般地，锂离子电池包括外壳与卷芯，卷芯包括正极极片和负极极片，本公开所述的转接片(至少一个表面设置功能层的铝转接片)作为正极转接片，其中一端与正极极片相连，另一端与正极极柱相连。常规纯铜转接片作为负极转接片，其中一端与负极极片相连，另一端与负极极柱相连。

43、使用第三方面所述转接片的锂离子电池具有热敏响应速度快、安全性高、功率高、适应能力强、循环寿命长、成本低、维护简单、环保等特点，推动了大规模储能锂离子电池的发展。

44、本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

45、本公开通过将负温度系数材料和导电剂复合，得到了兼具负温度响应特性与高电导率的复合材料，其在应用过程中，一方面，能有效降低电池整体外部线路的总电阻，避免了现有技术中由于使用开孔或开槽高内阻转接片引起的电池能量效率降低，使用寿命减短的问题；另一方面，在短路工况下，还会使转接片内阻迅速降低，提升电路中电流，增大转接片热量，实现快速熔断，增强安全性。