首先，从权利发明摘要和权利要求书来概括本发明的关键点：
（1）该发明所涉及的电极包括集流体、PTC涂层和电极活性涂层；
（2）该PTC涂层的组成包括高分子聚合物基体、导电剂、无机颗粒、碳类导电剂；
（3）高分子聚合物：低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、环氧树脂、PVDF、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、聚丁烯、醋酸纤维素、聚酰胺中的一种；
（4）导电剂：刺球状的Ni粉、刺球状的Cu粉、刺球状的Al粉、刺球状的碳化钨中的一种或几种；
（5）无机颗粒：常规的Al2O3、SiO2、Al(OH)3、BaTiO3等；
（6）碳类导电剂：炭黑、VGCF等。
该电极制备方法为：首先将该导电剂与高分子溶液（或熔融液）混合制成浆料，涂布集流体上经干燥获得PTC涂层，随后将常规的正极（或负极浆料）涂布于PTC浆料之上，极片干燥后获得所述电极。如图2所示为本专利的权利要求书部分。
图2权利要求书
PTC材料在锂电池中早有研究和运用，该专利针对PTC涂层所做的改进在于使用：
（1）使用了刺球状的金属粉末（Al粉、镍粉、Cu粉部分替代碳类导电剂，金属粉购自北京安特普纳科贸有限公司），选择的依据是该形貌导电剂特殊的结构易于产生隧道电流，常温下具有较高的电导率；高温下，该导电剂因聚合物基体的热膨胀隧道电流显著降低，电阻显著升高，PTC升阻比高，PTC效应显著。
（2）无机颗粒的微量添加，主要目的在于改善PTC涂层浆料的分散效果，提高涂层均匀性，另外作为隔热稳定层避免内部短路。
（3）碳类导电剂的微量添加可减少金属粉的用量，节约成本，同时提高刺球状颗粒的分散均匀性。
初读这篇专利后产生了几点疑问：
（1）PTC材料的工作原理、主要类型是什么？
（2）本专利使用刺球状的金属粉作为导电剂是否合适？金属本身的热膨胀、本身电阻随温度的变化等能否达到特定的PTC效应？
（3）无机颗粒的加入是否影响室温电导率？室温下的放电性能、力学性能是否受影响？
（4）除了在集流体表面涂布PTC涂层，其他的安全策略有哪些？
带着这些问题查阅文献和资料，一些疑惑也逐渐解开。如图3所示，电池在运输、使用过程中的主要失效方式包括受到机械乱用（冲击、碰撞、针刺等）、电乱用（过充、过放等）、热乱用（过热）等引起电池内部材料正负极结构破坏、SEI受热分解、电解液分解放热、隔膜热收缩等导致内部短路，电池内部发生剧烈的化学/电化学反应，产生大量的热积累，从而引发严重的热失控。为了防止电池因内部过热导致的安全问题，从电池正负极材料的热稳定性、电解液阻燃/过冲添加剂、隔膜特性等多方面对电池进行了优化设计。
图3锂电池热失控模式
目前，针对锂电池的安全保护主要可分为：外置保护、内置自激发保护、材料稳定性改善。外置保护主要包括电池壳体上设置安全阀、外部串联PTC元件、热熔性保险丝及BTMS热管理等。如图4所示为安全阀及其工作原理，电池乱用使引起内部压力异常升高，安全阀开启，与其相连的电极连接线断开，阻止电池继续过充或短路放热。
外置保护：
图4安全阀及其工作原理
外置保护的PTC元件常串联在电池壳体上，其工作原理为电池外部电流过载时引起PTC元件温度超过其居里温度时，导致PTC元件电阻迅速升高几个数量级，从而达到限流效果，如图5所示。由于电池内部材料传热速度慢，电池内外温差常常较大，串接在壳体上的PTC元件不能对内部温度做出及时响应，因此不能有效抑制电池热失控。
图5PTC元件在锂电池中的应用
热融保险丝由低熔点合金组成，当电流超过一定阈值后其温度上升，融化后导致电流被断开，从而阻断电池持续充放电反应。在电池中串联热融保险丝是一种最简单的外置保护措施，成本低且实用。
锂离子动力电池组配置电池热管理系统(BTMS)用来随时监测单体电池的温度变化并对其进行散热和加热，维持电池温度的均一性，以保证电池组长期工作的稳定性。常见的热控制方式包括空气强制对流冷却、液体冷却、相变材料冷却等。
内置自激发保护：
图6热熔化封闭离子传输切断原理图
热熔化封闭技术的关键在于选择合适的热敏性微球，目前获得研究和运用的热敏性微球有石蜡微球、乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）微球等。
热聚合封闭技术采用具有热聚合性质的单体为电解液添加剂，或具有热聚合性质的寡聚物为电极材料的表面修饰层，利用单体或寡聚物热引发聚合实现离子传输热关闭。如图所示7所示为热聚合封闭原理：工作温度下单体添加剂和寡聚物不影响Li+的正常传输；在控温下单体聚合使电解液固化或寡聚物聚合成致密膜，阻挡Li+的传输。
图7热聚合封闭离子传输技术
电子传输切断自激发保护技术主要利用正温度系数（PTC）材料的电阻率随温度上升急剧增大的特点而发展起来的一种过热保护方法。其实现途径包括三种类型：（1）正温度系数材料涂覆于集流体表面，如图8所示；（2）正温度系数材料作为活性涂层中的导电剂，如图9所示；（3）正温度系数材料包覆活性颗粒，如图10所示。三种方式获得的电极成为正温度系数电极或温度敏感电极，正常使用温度下PTC层或颗粒具有良好的导电性，温度升高至居里温度时其电阻徒增几个数量级，从而切断集流体与活性涂层之间，活性颗粒物之间的短程和长程电子传输，从电极内部阻止热失控的持续进行。
图8PTC材料涂覆集流体表面
图9PTC颗粒作为活性涂层中的导电剂
图10PTC表面包覆活性颗粒
室温电导率高，不影响电池正常使用温度范围内的电化学性能；化学与电化学性能稳定，不与与电池其它组分发生反应，兼容性好；PTC热响应速度快；阻变温度合适（100~130℃），升阻比大。
用于锂电池的PTC材料主要包括两类：一类以聚合物高分子树脂为基体，与导电材料形成复合物。这类高分子聚合物基PTC对应的基体有环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯-乙酸乙烯酯、聚乙烯等；导电剂有炭黑、纳米金属粒子及各种纳米纤维导体等。上述PTC材料的工作原理为：常温下导电颗粒之间接触良好，具有较高的电导率；高温下聚合物基体膨胀使得导电颗粒间距增大，导电网络遭到破坏，复合物的电子电导率急剧下降，表现出PTC性质。另一类为导电聚合物，包括烷基取代噻吩、烷基吡咯等，其原理为常温下掺杂太导电聚合物具有高的电导率，高温下聚合物链段的热运动使掺杂离子热脱杂，导致聚合物电导率显著降低，表现出PTC特性。
图11有无PTC涂层的电池针刺、热箱实验对比
实验室研究方面内置的PTC自激发保护技术在预防电池热失控方面具有显著效果和巨大应用前景，当然需要攻克的技术难题依旧不少。目前外置PTC元件的应用更为广泛，如何提高外置PTC元件对温度的监控，减小电池内外温差，提高电池温度均匀性也是电池设计努力的方向。图12为采用不同极耳设计电极温度分布结果，因此合理的极耳设计提高电极温度分布均匀性，减小内外温差也可使外置PTC元件及时响应电池热失控，提高安全性。
图12不同极耳位置的电极温度分布云图
总结电池安全保护方法，可知正温度系数电极在锂电池预防热失控方面具有巨大的应用前景，在未来电池制备工艺流线中，集流体的表面改性（表面涂炭、表面粗糙化、电晕处理等）与表面PTC涂层等技术的综合对获得高倍率性能、高耐温性能、高循环寿命锂电池具有重大意义，研究和开发合适的温度敏感电极也将继续成为锂电池技术发展的持续热点。
参考文献：
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[5]李惠,吉维肖,曹余良,詹晖,杨汉西,艾新平.锂离子电池热失控防范技术[J].储能科学与技术,2018,7(03):376-383.
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