一種含ptc涂層的鋰離子電池極片的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，該方法制備的極片為多層涂覆極片，在集流體上涂布包含正極或負(fù)極活性物質(zhì)的漿料之前，預(yù)先在集流體上涂布具有溫度敏感性的預(yù)涂層；所述的具有溫度敏感性的預(yù)涂層，其成分包含粘結(jié)劑、正溫度型材料以及導(dǎo)電劑；所述粘結(jié)劑、正溫度型材料與導(dǎo)電劑的重量比為（2~8）：（1~8）：（0~7）。本發(fā)明提供的方法制備的含PTC涂層的鋰離子電池極片，包含該極片的電池具有良好的過(guò)充、短路、擠壓、針刺等安全特性。
【專利說(shuō)明】 —種含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高鋰離子電池安全性的極片的制備方法，具體地，涉及一種含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著能源的枯竭和人們對(duì)環(huán)保的要求，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)方面的發(fā)展日益迅速。鋰離子電池因其高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命等特點(diǎn)，目前已成為電動(dòng)汽車用動(dòng)力能源的首選。但作為動(dòng)力汽車的“動(dòng)力”，鋰離子電池的安全性問題一直是動(dòng)力汽車的一大障礙，因此鋰離子電池的安全問題備受人們關(guān)注。
[0003]鋰離子電池一般由蓋板、殼體、電解液和電芯等組成。電芯由隔膜、正極片和負(fù)極片通過(guò)卷繞或者疊片的方式組裝而成。正、負(fù)極片是正極或負(fù)極活性物質(zhì)分別和導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑等混合均勻后，涂布在集流體上，經(jīng)過(guò)烘干、輥壓等工序制作而成。由于鋰離子電池所使用的電極材料電化學(xué)反應(yīng)活性較高，且電解液中含有大量易燃的有機(jī)溶劑，電池在使用過(guò)程中容易發(fā)生因過(guò)充、短路、擠壓等引起的電池起火或爆炸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，改善鋰離子電池過(guò)充、短路、擠壓等安全特性。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，該鋰離子電池內(nèi)設(shè)有通過(guò)在集流體上涂布包含正、負(fù)極活性物質(zhì)的漿料而成的正、負(fù)極片，其中，該方法為:在集流體上涂布包含正、負(fù)極活性物質(zhì)的漿料之前，預(yù)先在集流體上涂布具有溫度敏感性的預(yù)涂層；所述的具有溫度敏感性的預(yù)涂層，其成分包含粘結(jié)劑、正溫度型材料以及導(dǎo)電劑；所述粘結(jié)劑、正溫度型材料與導(dǎo)電劑的重量比為(21):(11):((Γ7)。PTC (Positive Temperature Coefficient)泛指正溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件，通常提到的PTC是指正溫度系數(shù)熱敏電阻，簡(jiǎn)稱PTC熱敏電阻。
[0006]上述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其中，所述的正溫度型材料為復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料或加熱后易膨脹的材料。該類型材料已在PTC (熱敏電阻)中應(yīng)用，其成分及制備方法應(yīng)已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。
[0007]上述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其中，所述的復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料為填充碳黑顆粒的聚合物材料，其包含聚乙烯基復(fù)合導(dǎo)電高分子材料或聚丙烯基復(fù)合導(dǎo)電高分子材料等。
[0008]上述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其中，所述的加熱后易膨脹的材料包含聚乙烯或聚丙烯等。
[0009]上述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其中，所述的粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、丁苯膠乳(SBR)、聚四氟乙烯(PFTE)、聚氧化乙烯(ΡΕ0)等中的任意一種或幾種的組合。
[0010]上述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其中，所述的導(dǎo)電劑包含導(dǎo)電炭黑、乙炔黑、科琴黑、導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電碳纖維、碳納米管、金屬粉或纖維等中的任意一種或幾種的組合。
[0011]上述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其中，所述的方法包含以下步驟:步驟1，將所述的粘結(jié)劑、正溫度型材料、導(dǎo)電劑按照20%?80%、10%?80%、0%?70%的重量百分比添加在溶劑中混合均勻，制成預(yù)涂層涂料；所述的溶劑優(yōu)選為有機(jī)溶劑，進(jìn)一步優(yōu)選為N-甲基吡咯烷酮(NMP);步驟2，將步驟1所得的預(yù)涂層材料涂料涂布在集流體上，烘干溶劑，制成具有溫度敏感性的導(dǎo)電集流體；該具有溫度敏感性的導(dǎo)電集流體提供給鋰離子電池涂布工序使用；步驟3，按照鋰離子電池制造過(guò)程，制備包含正極活性物質(zhì)或負(fù)極活性物質(zhì)的漿料，并將該漿料涂布在步驟2所得的具有溫度敏感性的導(dǎo)電集流體上，即在預(yù)涂層之上涂布正、負(fù)極活性材料，從而制作為鋰離子電池極片，再進(jìn)一步通過(guò)輥壓分切等工序制作鋰離子電池。
[0012]上述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其中，步驟1所述的預(yù)涂層涂料，其中的固含量按重量百分比計(jì)為5?20%。
[0013]上述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其中，所述的步驟1，其中先將所述的粘結(jié)劑與溶劑混合，再分別加入正溫度型材料和導(dǎo)電劑混合均勻，制成預(yù)涂層涂料。優(yōu)選地，先將粘結(jié)劑與溶劑混合，再分別加入正溫度型材料和導(dǎo)電劑混合均勻，制成固含量按重量百分比計(jì)為10%的預(yù)涂層涂料。
[0014]上述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其中，所述的步驟2所得的具有溫度敏感性的導(dǎo)電集流體，其表面預(yù)涂層的厚度為1 μ πΓ30 μ m。
[0015]上述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其中，所述的集流體包含鋁箔、鋁網(wǎng)、銅箔、銅網(wǎng)等中的任意一種或幾種的組合。
[0016]上述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其中，所述的正極活性物質(zhì)包含磷酸亞鐵鋰、三元材料鎳鈷錳(NCM)、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等中的任意一種或幾種的組合。
[0017]上述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其中，所述的負(fù)極活性物質(zhì)包含人造石墨、天然石墨、中間相碳微球、鈦酸鋰等中的任意一種或幾種的組合。
[0018]本發(fā)明提供的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明中使用的具有溫度特性的預(yù)涂層對(duì)溫度敏感，在常溫時(shí)該預(yù)涂層導(dǎo)電性良好，電阻率低于涂層的電阻率，當(dāng)溫度升高時(shí)，預(yù)涂層電阻急劇上升，預(yù)涂層內(nèi)導(dǎo)電劑連接集流體和正、負(fù)極涂層間的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)被阻斷。涂層內(nèi)的電子不能通過(guò)集流體轉(zhuǎn)移，電子的轉(zhuǎn)移速度大大降低，可有效的防止電池進(jìn)一步反應(yīng)升溫，從而降低電池燃燒、爆炸等風(fēng)險(xiǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法中涂有預(yù)涂層的集流體結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步地說(shuō)明。
[0021]本發(fā)明提供的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，該鋰離子電池內(nèi)設(shè)有通過(guò)在集流體1上涂布包含正、負(fù)極活性物質(zhì)的漿料而成的正、負(fù)極片，包含以下步驟。
[0022]步驟1，將粘結(jié)劑、正溫度型材料、導(dǎo)電劑按照20%?80%、10%?80%、0%?70%的重量百分比添加在溶劑中混合均勻，制成預(yù)涂層2涂料；預(yù)涂層2涂料，其中的固含量按重量百分比計(jì)為5?20% ;溶劑優(yōu)選為有機(jī)溶劑，進(jìn)一步優(yōu)選為N-甲基吡咯烷酮(NMP);且優(yōu)選地，先將粘結(jié)劑與溶劑混合，再分別加入正溫度型材料和導(dǎo)電劑混合均勻，制成固含量按重量百分比計(jì)為10%的預(yù)涂層2涂料。
[0023]步驟2，將步驟1所得的預(yù)涂層2涂料涂布在集流體1上，烘干溶劑，制成具有溫度敏感性的導(dǎo)電集流體；該具有溫度敏感性的導(dǎo)電集流體提供給鋰離子電池涂布工序使用，其表面預(yù)涂層2的厚度為1 μ πΓ30 μ m。
[0024]步驟3，按照鋰離子電池制造過(guò)程，制備包含正極活性物質(zhì)或負(fù)極活性物質(zhì)的漿料，并將該漿料涂布在步驟2所得的具有溫度敏感性的導(dǎo)電集流體上，即在預(yù)涂層2之上涂布正、負(fù)極活性材料，從而制作為鋰離子電池極片，再進(jìn)一步通過(guò)輥壓分切等工序制作鋰離子電池。
[0025]其中，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、丁苯膠乳(SBR)、聚四氟乙烯(PFTE )、聚氧化乙烯(ΡΕ0)等中的任意一種或幾種的組合。
[0026]正溫度型材料為復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料或加熱后易膨脹的材料。該類型材料已在PTC (熱敏電阻)中應(yīng)用，其成分及制備方法應(yīng)已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料為填充碳黑顆粒的聚合物材料，其包含聚乙烯基復(fù)合導(dǎo)電高分子材料或聚丙烯基復(fù)合導(dǎo)電高分子材料等。加熱后易膨脹的材料包含聚乙烯或聚丙烯等。
[0027]導(dǎo)電劑包含導(dǎo)電炭黑、乙炔黑、科琴黑、導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電碳纖維、碳納米管、金屬粉或纖維等中的任意一種或幾種的組合。
[0028]集流體1包含鋁箔、鋁網(wǎng)、銅箔、銅網(wǎng)等中的任意一種或幾種的組合。
[0029]正極活性物質(zhì)包含磷酸亞鐵鋰、三元材料鎳鈷錳(NCM)、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等中的任意一種或幾種的組合。
[0030]負(fù)極活性物質(zhì)包含人造石墨、天然石墨、中間相碳微球、鈦酸鋰等中的任意一種或幾種的組合。
[0031]參見圖1所示，該方法通過(guò)增加預(yù)涂層2的方式，在電池溫度上升時(shí)，預(yù)涂層2電阻急劇上升，正極或負(fù)極材料涂層3向集流體1的電子導(dǎo)電路線被阻斷。
[0032]以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
[0033]實(shí)施例1
預(yù)涂層2混料:按粘結(jié)劑PVDF、聚乙烯基復(fù)合導(dǎo)電高分子材料、導(dǎo)電炭黑Super P分別為50% wt%、45% wt%、5% ￥七％的比例稱取物料。先將粘結(jié)劑PVDF溶于溶劑NMP中，然后再分別加入聚乙烯基復(fù)合導(dǎo)電高分子材料、導(dǎo)電炭黑Super P，混合均勻后制成固含量10% wt%的預(yù)涂層2涂料。
[0034]將上述預(yù)涂層2涂料涂布在鋁箔上，烘干制成具有溫度特性的導(dǎo)電鋁箔。
[0035]正極采用三元材料NCM111，負(fù)極采用人造石墨，分別制備正、負(fù)極漿料，將制備的正極漿料涂布在上述有溫度特性的導(dǎo)電鋁箔上，負(fù)極漿料涂布在銅箔上，然后分別輥壓分切，并通過(guò)疊片或者卷繞的方式與聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三層復(fù)合隔膜組裝成電池。
[0036]實(shí)施例2
預(yù)涂層2混料:按粘結(jié)劑PFTE、聚乙烯基復(fù)合導(dǎo)電高分子材料、導(dǎo)電炭黑Super P、導(dǎo)電石墨Ks-6分別50% wt%、40% wt%、5% wt%、5% wt%的比例稱取物料。將粘結(jié)劑PFTE與溶劑NMP混合，然后再分別加入聚乙烯基復(fù)合導(dǎo)電高分子材料、導(dǎo)電炭黑Super P、導(dǎo)電石墨Ks-6，混合均勻后制成固含量10% wt%的預(yù)涂層2涂料。
[0037]將上述預(yù)涂層2涂料涂布在鋁箔上，烘干制成具有溫度特性的導(dǎo)電鋁箔。
[0038]正極采用磷酸亞鐵鋰材料，負(fù)極采用人造石墨，分別制備正、負(fù)極漿料，將制備的正極漿料涂布在上述有溫度特性的導(dǎo)電鋁箔上，負(fù)極漿料涂布在銅箔上，然后分別輥壓分切，并通過(guò)疊片或者卷繞的方式與聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三層復(fù)合隔膜組裝成電池。
[0039]實(shí)施例3
預(yù)涂層2混料:按粘結(jié)劑PVDF、聚丙烯基復(fù)合導(dǎo)電高分子材料、導(dǎo)電炭黑Super P分別40% wt%、40% wt%、20% wt%的比例稱取物料。將粘結(jié)劑PVDF溶于溶劑NMP中，然后再分別加入聚丙烯基復(fù)合導(dǎo)電高分子材料、導(dǎo)電炭黑Super P，混合均勻后制成固含量10% wt%的預(yù)涂層2涂料。
[0040]將上述預(yù)涂層2涂料涂布在鋁箔和銅箔上，烘干制成具有溫度特性的導(dǎo)電鋁箔和導(dǎo)電銅箔。
[0041]正極采用錳酸鋰，負(fù)極采用人造石墨，分別制備正、負(fù)極漿料，將制備的正極漿料涂布在上述有溫度特性的導(dǎo)電鋁箔上，負(fù)極漿料涂布在有溫度特性的導(dǎo)電銅箔上，然后分別輥壓分切，并通過(guò)疊片或者卷繞的方式與聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三層復(fù)合隔膜組裝成電池。
[0042]實(shí)施例4
預(yù)涂層混料:按粘結(jié)劑PVDF、丙烯基復(fù)合導(dǎo)電高分子材料分別50% wt%、50% wt%的比例稱取物料。將粘結(jié)劑PVDF溶于溶劑NMP中，然后再分別加入烯基復(fù)合導(dǎo)電高分子材料，混合均勻后制成固含量10% wt%的預(yù)涂層2涂料。
[0043]將上述預(yù)涂層2涂料涂布在鋁箔和銅箔上，烘干制成具有溫度特性的導(dǎo)電鋁箔和導(dǎo)電銅箔。
[0044]正極采用鈷酸鋰，負(fù)極采用人造石墨，分別制備正、負(fù)極漿料，將制備的正極漿料涂布在上述有溫度特性的導(dǎo)電鋁箔上，負(fù)極漿料涂布在有溫度特性的導(dǎo)電銅箔上，然后分別輥壓分切，并通過(guò)疊片或者卷繞的方式與聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三層復(fù)合隔膜組裝成電池。
[0045]本發(fā)明提供的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，在集流體1上涂布包含正、負(fù)極活性物質(zhì)的漿料之前，預(yù)先在集流體1上涂布具有溫度敏感性的預(yù)涂層2 ;該具有溫度敏感性的預(yù)涂層2，其成分包含粘結(jié)劑、正溫度型材料以及導(dǎo)電劑；粘結(jié)劑、正溫度型材料與導(dǎo)電劑的重量比為(21):(11):((Γ7)。該方法針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過(guò)在集流體1上預(yù)先涂布溫度性材料的方式，能夠改善鋰離子電池過(guò)充、短路、擠壓等安全特性。
[0046]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
【權(quán)利要求】
1.一種含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于，該方法制備的極片為多層涂覆極片，在集流體上涂布包含正極或負(fù)極活性物質(zhì)的漿料之前，預(yù)先在集流體上涂布具有溫度敏感性的預(yù)涂層；所述的具有溫度敏感性的預(yù)涂層，其成分包含粘結(jié)劑、正溫度型材料以及導(dǎo)電劑；所述粘結(jié)劑、正溫度型材料與導(dǎo)電劑的重量比為(21):(11):((Γ7)。
2.如權(quán)利要求1所述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于，所述的正溫度型材料為復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料或加熱后易膨脹的材料。
3.如權(quán)利要求2所述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于，所述的復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料為填充碳黑顆粒的聚合物材料，其包含聚乙烯基復(fù)合導(dǎo)電高分子材料或聚丙烯基復(fù)合導(dǎo)電高分子材料。
4.如權(quán)利要求2所述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于，所述的加熱后易膨脹的材料包含聚乙烯或聚丙烯。
5.如權(quán)利要求廣4中任意一項(xiàng)所述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于，所述的方法包含以下步驟: 步驟I，將所述的粘結(jié)劑、正溫度型材料、導(dǎo)電劑按照20%?80%、10%?80%、0%?70%的重量百分比添加在溶劑中混合均勻，制成預(yù)涂層涂料； 步驟2，將步驟I所得的預(yù)涂層涂料涂布在集流體上，烘干溶劑，制成具有溫度敏感性的導(dǎo)電集流體； 步驟3，按照鋰離子電池制造過(guò)程，制備包含正極活性物質(zhì)或負(fù)極活性物質(zhì)的漿料，并將該漿料涂布在步驟2所得的具有溫度敏感性的導(dǎo)電集流體上，從而制作為鋰離子電池極片。
6.如權(quán)利要求5所述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于，步驟I所述的預(yù)涂層涂料，其中的固含量按重量百分比計(jì)為5?20%。
7.如權(quán)利要求6所述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于，所述的步驟1，其中先將所述的粘結(jié)劑與溶劑混合，再分別加入正溫度型材料和導(dǎo)電劑混合均勻，制成預(yù)涂層涂料。
8.如權(quán)利要求5所述的含PTC涂層的鋰離子電池極片的制備方法，其特征在于，所述的步驟2所得的具有溫度敏感性的導(dǎo)電集流體，其表面預(yù)涂層的厚度為I μ πΓ30 μ m。
【文檔編號(hào)】H01M4/04GK104409681SQ201410661206
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】董永峰, 侯敏, 劉嬋, 曹輝 申請(qǐng)人:上海航天電源技術(shù)有限責(zé)任公司