CN111564661A - 一种高安全性的锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高安全性的锂离子电池，将复合正极片、聚烯烃隔膜和复合负极片叠加形成极芯，置于电池壳体中，然后注入电解液，预封、放置24h，化成，排气后密封电池壳体，得到锂离子电池。本发明的锂离子电池的正极采用高分子乳液涂覆，负极采用无机陶瓷浆料涂覆。正极的高分子乳液涂层不但提供正极保护层、增加电解液浸润性提高电池的循环性能，而且改善了锂离子电池的安全性能。当电池内部发生短路等导致电池温度升高，此高分子乳液颗粒能够迅速融化在正极的表面形成保护层切断正负极间的锂离子传输通道；当聚烯烃隔膜融化后，负极陶瓷涂层在高温下，还能启着阻隔正负极，防止热失控的发生。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高安全性的锂离子电池。
背景技术
锂离子电池以其高能量密度、环境友好和使用寿命长等优势，在便携式能源、储能电源和电动汽车上得到的大规模应用。
目前锂离子电池一般都是由正极、负极及其之间的隔膜，再在其中加入电解液组成。隔膜材料采用聚丙烯或者聚乙烯膜，锂离子动力电池在新能源汽车上的大规模应用，对动力电池的安全性提高了更高的要求又引入在聚烯烃基膜上涂覆陶瓷层的技术。但是陶瓷隔膜仍旧没法解决高能量锂离子动力电池的安全性。
如何提高锂离子动力电池的安全性能，解决起火爆炸的问题，成为许多本领域研究者的共同目标。但是，目前的技术没法充分解决高能量密度电池，特别是高镍三元体系电池的安全性能。从正、负极极片的稳定性角度出发，当发生安全问题，迅速切断问题，是解决这个问题的方案。在正极表面涂覆高分子微球涂层，在负极表面涂覆陶瓷材料，可以增加安全性能；电池内部发生短路等问题，导致热量上升，高分子微球涂层能够迅速熔化在极片表面形成保护层、切断正负极的传输通道；同时，在正常使用时高分子微球涂层能够抑制电解液与负极的副反应发生，改善电池循环性能。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种高安全性的锂离子电池。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高安全性的锂离子电池，先将复合正极片、聚烯烃隔膜和复合负极片叠加形成极芯，置于电池壳体中，然后再注入电解液，放置24h，化成，排气后密封电池壳体，得到锂离子电池。
进一步地，所述复合正极片包括正极集流体、正极敷料层和高分子微球涂层，所述正极集流体的一面或两面沿远离所述正极集流体的方向依次涂覆所述高分子微球涂层和正极敷料层，所述正极敷料层包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，所述高分子微球涂层包含高分子微球和涂层粘合剂。
进一步地，所述复合负极片包括负极集流体、负极敷料层和无机陶瓷涂层，所述负极集流体的一面或两面沿远离所述负极集流体的方向依次涂覆所述无机陶瓷涂层和负极敷料层，所述负极敷料层包括负极活性材料、负极导电剂和负极粘结剂，所述无机陶瓷涂层包含无机陶瓷颗粒和涂层粘合剂。
优选地，所述高分子微球涂层的厚度为0.1～30μm，所述正极敷料层的厚度为10～500μm，所述正极集流体的厚度为10～40μm。
更优选地，所述高分子微球涂层由以下质量百分比的组分组成：高分子微球60～99.5％和涂层粘合剂0.5～40％。
更优选地，所述高分子微球为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯共聚物中的一种或多种，所述高分子微球的粒径为0.05～15μm。
优选地，所述正极活性材料选自镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍酸锂中的一种。
优选地，所述无机陶瓷颗粒为Al2O3、TiO2、SiO2、MgO、ZnO、ZrO2、CaO中的一种或多种。
优选地，所述涂层粘合剂为羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚氨酯中的一种或多种。
较佳地，涂覆方式选自刮涂、浸涂、喷涂和挤压中的一种。
与现有技术相比，本发明的锂离子电池由复合涂层的正负极、聚烯烃隔膜和电解液组成。复合涂层正负极，其中，正极采用高分子乳液涂覆，负极采用无机陶瓷浆料涂覆。正极的高分子乳液涂层不但提供正极保护层、增加电解液浸润性提高电池的循环性能，而且改善了锂离子电池的安全性能。当电池内部发生短路等导致电池温度升高，此高分子乳液颗粒能够迅速融化在正极的表面形成保护层切断正负极间的锂离子传输通道；当聚烯烃隔膜融化后，负极陶瓷涂层在高温下，还能启着阻隔正负极，防止热失控的发生。
附图说明
图1实施例1的电芯在0.5C倍率下的放电曲线；
图2实施例1的电芯在高低温条件下的放电曲线；
图3实施例1的电芯在室温下的循环曲线。
具体实施方式
下面结合对本发明的具体实施例做详细说明。
实施例1
(1)复合正极片
将高镍811三元、多壁碳纳米管和PVDF粘合剂按照质量百分比97.5:0.7:1.8混合搅拌后，在涂布机上涂覆到厚度为16μm的铝箔上，涂覆厚度250μm，滚压后备用；
取粒径D50约1μm的聚乙烯微球加入CMC溶液，混合搅拌2h，再加入丁苯橡胶SBR，搅拌0.5h，得到高分子微球乳液，然后在上述滚压好的正极片上涂布所述高分子微球乳液，完成复合正极片的制作；
其中，涂布高分子微球乳液形成的高分子微球涂层的厚度为2μm，聚乙烯微球与丁苯橡胶SBR的质量百分比为82.5:17.5；
(2)复合负极片
将硅碳负极、单臂碳纳米管、导电石墨SP和PVDF粘合剂按照质量百分比96:0.1:1:2.9混合搅拌后，在涂布机上涂覆到铜箔上，滚压后备用；
取无机陶瓷颗粒SiO2、PVDF粘合剂、PAA丙烯酸树脂乳液和添加剂混合搅拌成浆料，涂覆到上述滚压好的负极片上，完成复合负极片的制作；
(3)组装
将复合正极片、复合负极片与聚烯烃隔膜组装成20Ah电芯，然后用铝塑膜封装，干燥后注液，放置24h，化成分容，完成高安全性电芯制作。
对本实施例的电芯进行性能和安全性能测试，该电芯性能测试结果如下表1所示，安全性能测试结果如图1～2所示，图1为电池电芯在0.5C倍率下的放电曲线，图2为电芯在高低温条件下的放电曲线，图3为电芯在室温下的循环曲线。
表1电芯性能测试结果
通过图1～3可知，本发明制得的锂离子电池低温、循环性能优异；由表1结果可知，本发明制得的锂离子电池安全性能优于现有技术。
实施例2
(1)复合正极片
将高镍811三元、多壁碳纳米管和PVDF粘合剂按照质量百分比98:0.5:1.5混合搅拌后，在涂布机上涂覆到厚度为12μm的铝箔上，涂覆厚度400μm，滚压后备用；
取粒径12μm的聚丙烯腈微球加入CMC溶液，混合搅拌2h，再加入聚氨酯，搅拌0.5h，得到高分子微球乳液，然后在上述滚压好的正极片上涂布所述高分子微球乳液，完成复合正极片的制作；
其中，涂布高分子微球乳液形成的高分子微球涂层的厚度为25μm，聚丙烯腈微球与聚氨酯的质量百分比为95.3:4.7；
(2)复合负极片
将硅碳负极、单臂碳纳米管、导电石墨SP和PVDF粘合剂按照质量百分比96:0.1:1:2.9混合搅拌后，在涂布机上涂覆到铜箔上，滚压后备用；
取无机陶瓷颗粒Al2O3、PVDF粘合剂、PAA丙烯酸树脂乳液和添加剂混合搅拌成浆料，涂覆到上述滚压好的负极片上，完成复合负极片的制作；
(3)组装
将复合正极片、复合负极片与聚烯烃隔膜叠加形成极芯，置于电池壳体中，然后注入电解液，放置24h，化成，排气后将电池壳体密封，得到锂离子电池。
实施例3
(1)复合正极片
将高镍811三元、多壁碳纳米管和PVDF粘合剂按照质量百分比95:1.7:2.8混合搅拌后，在涂布机上涂覆到厚度为20μm的铝箔上，涂覆厚度150μm，滚压后备用；
取粒径5μm的聚乙烯微球加入CMC溶液，混合搅拌2h，再加入丁苯橡胶SBR，搅拌0.5h，得到高分子微球乳液，然后在上述滚压好的正极片上涂布所述高分子微球乳液，完成复合正极片的制作；
其中，涂布高分子微球乳液形成的高分子微球涂层的厚度为3μm，聚乙烯微球与丁苯橡胶SBR的质量百分比为78:22；
(2)复合负极片
将硅碳负极单、臂碳纳米管和SP/PVDF粘合剂按照质量百分比96:0.1:3.9(SP和PVDF的质量比为1:2.9)混合搅拌后，在涂布机上涂覆到铜箔上，滚压后备用；
取无机陶瓷颗粒MgO、PVDF粘合剂、PAA丙烯酸树脂乳液和添加剂混合搅拌成浆料，涂覆到上述滚压好的负极片上，完成复合负极片的制作；
(3)组装
将复合正极片、复合负极片与聚烯烃隔膜叠加形成极芯，置于电池壳体中，然后注入电解液，放置24h，化成，排气后将电池壳体密封，得到锂离子电池。
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种高安全性的锂离子电池，其特征在于，将复合正极片、聚烯烃隔膜和复合负极片叠加形成极芯，置于电池壳体中，然后注入电解液，放置24h，化成，排气后密封电池壳体，得到锂离子电池。
2.根据权利要求1所述的一种高安全性的锂离子电池，其特征在于，所述复合正极片包括正极集流体、正极敷料层和高分子微球涂层，所述正极集流体的一面或两面沿远离所述正极集流体的方向依次涂覆所述高分子微球涂层和正极敷料层，所述正极敷料层包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，所述高分子微球涂层包含高分子微球和涂层粘合剂。
3.根据权利要求1所述的一种高安全性的锂离子电池，其特征在于，所述复合负极片包括负极集流体、负极敷料层和无机陶瓷涂层，所述负极集流体的一面或两面沿远离所述负极集流体的方向依次涂覆所述无机陶瓷涂层和负极敷料层，所述负极敷料层包括负极活性材料、负极导电剂和负极粘结剂，所述无机陶瓷涂层包含无机陶瓷颗粒和涂层粘合剂。
4.根据权利要求2所述的一种高安全性的锂离子电池，其特征在于，所述高分子微球涂层的厚度为0.1～30μm，所述正极敷料层的厚度为10～500μm，所述正极集流体的厚度为10～40μm。
5.根据权利要求4所述的一种高安全性的锂离子电池，其特征在于，所述高分子微球涂层由以下质量百分比的组分组成：高分子微球60～99.5％和涂层粘合剂0.5～40％。
6.根据权利要求5所述的一种高安全性的锂离子电池，其特征在于，所述高分子微球为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯共聚物中的一种或多种，所述高分子微球的粒径为0.05～15μm。
7.根据权利要求2所述的一种高安全性的锂离子电池，其特征在于，所述正极活性材料选自镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍酸锂中的一种。
8.根据权利要求3所述的一种高安全性的锂离子电池，其特征在于，所述无机陶瓷颗粒为Al2O3、TiO2、SiO2、MgO、ZnO、ZrO2、CaO中的一种或多种。
9.根据权利要求2或3所述的一种高安全性的锂离子电池，其特征在于，所述涂层粘合剂为羧甲基纤维素、丁苯橡胶、丙烯酸酯类、聚氨酯中的一种或多种。
10.根据权利要求2或3所述的一种高安全性的锂离子电池，其特征在于，涂覆方式选自刮涂、浸涂、喷涂和挤压中的一种。
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