本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體涉及一種熱穩(wěn)定性高的鋰離子電池正極及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池自20世紀90年代商業(yè)化以來，憑借其高能量密度、長循環(huán)壽命、低自放電率等優(yōu)異特性，在便攜式電子設(shè)備、電動汽車和儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，隨著鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，對其安全性、可靠性和高溫性能的要求也日益提高。

2、鋰離子電池的正極是電池的關(guān)鍵組成部分之一，其性能直接影響電池的容量、倍率、循環(huán)壽命和安全性等關(guān)鍵指標。正極一般由集流體和活性材料層組成，其中集流體不僅起到承載和匯集電流的作用，還對電池的內(nèi)阻、庫倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性等性能具有重要影響。目前，鋰離子電池正極多采用鋁箔作為集流體，但單層鋁箔存在機械強度不足、高溫穩(wěn)定性差等問題，限制了電池的安全性和可靠性。

3、為了提高正極集流體的性能，業(yè)界提出了采用復(fù)合集流體的技術(shù)方案，即以pet或pp等高分子材料作為基膜，通過真空鍍膜、貼合等工藝在其雙面沉積金屬層(如銅、鋁等)，形成金屬層-基膜-金屬層三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合集流體。這種復(fù)合集流體不僅兼具金屬層的高導(dǎo)電性和高分子基膜的柔韌性，還可以通過基膜的阻隔作用提高集流體的耐腐蝕性和耐環(huán)境性能，有望全面提升鋰離子電池正極的綜合性能。

4、然而，現(xiàn)有復(fù)合集流體在實際應(yīng)用中仍然存在一些亟需解決的問題。首先，pet、pp等高分子基膜的熱穩(wěn)定性能有限，在高溫條件下容易軟化變形、熔融或分解，導(dǎo)致復(fù)合集流體無法維持良好的機械性能和結(jié)構(gòu)完整性。特別是在電池內(nèi)部發(fā)生熱失控時，現(xiàn)有復(fù)合集流體無法提供有效的隔熱和阻燃保護，難以阻止或延緩熱失控的蔓延，嚴重威脅電池的安全性。其次，金屬層與高分子基膜之間的界面粘結(jié)強度不足，在電池長期充放電循環(huán)過程中容易發(fā)生分層、剝離等界面失效問題，導(dǎo)致集流體的導(dǎo)電性能下降，加速電池容量衰減和壽命縮短。再者，現(xiàn)有復(fù)合集流體的機械性能和應(yīng)力傳遞能力有待提高，難以有效吸收和緩沖電池內(nèi)部或外部的機械應(yīng)力，在振動、擠壓、跌落等極端工況下容易發(fā)生變形、斷裂或破損，誘發(fā)內(nèi)短路等安全隱患。

5、因此，亟需開發(fā)一種具有優(yōu)異熱穩(wěn)定性、高界面粘結(jié)強度和高機械可靠性的新型鋰離子電池正極，以全面提升鋰離子電池正極的安全性、可靠性和高溫性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有優(yōu)異熱穩(wěn)定性、高界面粘結(jié)強度和高機械可靠性的新型鋰離子電池正極，以全面提升鋰離子電池正極的安全性、可靠性和高溫性能。該正極不僅在高溫條件下維持優(yōu)異的機械強度、剛性和抗變形能力，還具備良好的隔熱阻燃特性，在電池熱失控初期即可阻隔熱量傳遞、抑制放熱反應(yīng)，從而最大限度地防止或延緩熱失控的發(fā)生。同時，該正極還能提供足夠高的界面結(jié)合強度和疲勞壽命，確保鋁箔與基膜之間的長期可靠連接，維持穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。此外，該正極還具備優(yōu)異的緩沖吸能能力和應(yīng)力分布均勻性，有效降低局部應(yīng)力集中，提高電池的抗振抗沖擊性能。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種熱穩(wěn)定性高的鋰離子電池正極，包括復(fù)合集流體以及涂覆在所述復(fù)合集流體至少一表面的正極活性材料涂層；所述復(fù)合集流體包括第一鋁箔層、第二鋁箔層以及設(shè)置在所述第一鋁箔層與所述第二鋁箔層之間的耐熱緩沖材料層；

4、所述耐熱緩沖材料層為陶瓷化硅膠泡棉，所述陶瓷化硅膠泡棉包括以下重量份數(shù)比的組成：乙烯基硅油30～40份，白炭黑10～20份，納米陶瓷粉20～50份，乙炔基環(huán)己醇0.1～1.0份，含氫硅油1～10份，羥基硅油1～10份，鉑金催化劑0.1～1.0份，β-鋰霞石10～20份，埃洛石納米管1～8份；

5、所述耐熱緩沖材料層的兩側(cè)表面均設(shè)置有多個梯形凸起，所述第一鋁箔層和所述第二鋁箔層均設(shè)置有多個與所述梯形凸起相嵌合的梯形凹槽，所述梯形凸起的橫截面寬度由內(nèi)而外逐漸增大，所述梯形凹槽的橫截面寬度由內(nèi)而外逐漸減小，所述第一鋁箔層與所述第二鋁箔層之間通過所述梯形凸起與所述梯形凹槽的配合形成互鎖結(jié)構(gòu)。

6、優(yōu)選的，所述梯形凸起的高度為g，所述梯形凹槽的深度為h，所述梯形凸起的橫截面寬度為w，所述梯形凹槽的橫截面寬度為d，所述耐熱緩沖材料層的厚度為g，所述第一鋁箔層和所述第二鋁箔層的厚度均為h，其中，g、h、w、d、g和h滿足關(guān)系：g＝h，w＝d，0.1g≤g≤0.3g，0.2h≤h≤0.4h，h＜g。

7、優(yōu)選的，所述耐熱緩沖材料層一側(cè)表面所有的梯形凸起的正向投影面積之和為s1，所述耐熱緩沖材料層的正向投影面積為s；其中，s1和s滿足關(guān)系：0.5s≤s1≤0.7s。

8、優(yōu)選的，所述陶瓷化硅膠泡棉的制備方法如下：

9、步驟s1、將乙烯基硅油、白炭黑、納米陶瓷粉、β-鋰霞石加入捏合機中，在130～150℃下捏合成團，冷卻，得到基膠；

10、步驟s2、將羥基硅油和埃洛石納米管攪拌混合，得到發(fā)泡混合物；其中，攪拌混合的轉(zhuǎn)速為23000～26000r/min，混合時間為10～25s；

11、步驟s3、向基膠中加入上述發(fā)泡混合物、乙炔基環(huán)己醇、含氫硅油、鉑金催化劑，混合均勻，得到膠料；

12、步驟s4、將膠料采用模壓工藝硫化發(fā)泡成型，即得到所述陶瓷化硅膠泡棉。

13、優(yōu)選的，所述耐熱緩沖材料層內(nèi)埋設(shè)有一個或多個壓力傳感器，用于實時監(jiān)測正極各區(qū)域所承受的壓力。

14、優(yōu)選的，所述第一鋁箔層與所述耐熱緩沖材料層之間還設(shè)置有第一控溫材料層，所述第二鋁箔層與所述耐熱緩沖材料層之間還設(shè)置有第二控溫材料層；所述第一控溫材料層和所述第二控溫材料層的形狀均與所述耐熱緩沖材料層的梯形凸起表面的形狀相適配；所述第一控溫材料層和所述第二控溫材料層的相變溫度均為57～62℃。

15、優(yōu)選的，所述第一控溫材料層和所述第二控溫材料層均包括以下重量份數(shù)比的組成：十八酸甘油酯45-55份，棕櫚酸20-25份，聚乙二醇4000?10-15份，碳納米管3-5份，氮化硼納米片2-3份，膨脹石墨1-2份，納米氧化鎂0.5-1份。

16、優(yōu)選的，所述第一控溫材料層或所述第二控溫材料層的制備方法如下：

17、(1)將十八酸甘油酯和棕櫚酸按配比混合，在85-95℃油浴中加熱熔融，攪拌均勻；

18、(2)將聚乙二醇4000加入步驟(1)的熔融混合物中，繼續(xù)攪拌至完全溶解；

19、(3)將碳納米管和氮化硼納米片分散在n-甲基吡咯烷酮中，超聲處理30分鐘；

20、(4)將步驟(3)的懸浮液緩慢加入步驟(2)的熔融混合物中，高速攪拌45分鐘；

21、(5)加入膨脹石墨和納米氧化鎂，繼續(xù)高速攪拌20分鐘，得到控溫材料層漿料；

22、(6)將控溫材料層漿料噴涂于耐熱緩沖材料層的外表面，干燥，即得到所需形狀和厚度的第一控溫材料層或第二控溫材料層。

23、優(yōu)選的，所述第一鋁箔層與所述耐熱緩沖材料層之間還設(shè)置有第一改性導(dǎo)熱硅膠，所述第二鋁箔層與所述耐熱緩沖材料層之間還設(shè)置有第二改性導(dǎo)熱硅膠；所述第一改性導(dǎo)熱硅膠和所述第二改性導(dǎo)熱硅膠的形狀均與所述耐熱緩沖材料層的梯形凸起表面的形狀相適配；所述第一改性導(dǎo)熱硅膠和所述第二改性導(dǎo)熱硅膠的孔隙率均為65％～85％；所述第一鋁箔層與所述耐熱緩沖材料層之間通過所述第一改性導(dǎo)熱硅膠粘合連接；所述第二鋁箔層與所述耐熱緩沖材料層之間通過所述第二改性導(dǎo)熱硅膠粘合連接。

24、此外，本發(fā)明還提供一種所述的熱穩(wěn)定性高的鋰離子電池正極的制備方法，包括以下步驟：

25、1)按上述的陶瓷化硅膠泡棉的制備方法制作陶瓷化硅膠泡棉膠料；

26、2)將陶瓷化硅膠泡棉膠料通過模壓工藝硫化發(fā)泡成型，得到兩側(cè)表面均具有梯形凸起的耐熱緩沖材料層；

27、3)采用磁控濺射的方式在耐熱緩沖材料層表面噴涂同一厚度的鋁箔層，烘干，得到復(fù)合集流體；

28、4)將正極活性材料涂層漿料涂覆在所述復(fù)合集流體至少一表面上，烘干，即得到所述的鋰離子電池正極。

29、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

30、1)本發(fā)明采用了包含第一鋁箔層、第二鋁箔層以及設(shè)置在兩鋁箔層之間的耐熱緩沖材料層的復(fù)合集流體結(jié)構(gòu)，其中耐熱緩沖材料層選用了特定組分和配比的陶瓷化硅膠泡棉；該材料設(shè)計賦予了復(fù)合集流體優(yōu)異的耐高溫性能、阻燃性能和機械緩沖性能；在高溫熱失控條件下，陶瓷化硅膠泡棉能夠維持良好的機械強度和結(jié)構(gòu)完整性，起到隔熱阻燃的作用，有效延緩熱失控的發(fā)生和蔓延，大幅提高了正極的熱穩(wěn)定性和安全性。

31、2)本發(fā)明在耐熱緩沖材料層與鋁箔層之間設(shè)計了梯形凸起和梯形凹槽相嵌合的互鎖結(jié)構(gòu)；這種結(jié)構(gòu)大幅增加了界面接觸面積和機械咬合力，顯著提高了界面結(jié)合強度和剪切抗力；互鎖結(jié)構(gòu)能夠有效抵抗界面剪切應(yīng)力，防止界面分層或剝離，確保復(fù)合集流體在長期充放電循環(huán)中的界面連接可靠性和導(dǎo)電性能穩(wěn)定性，提高了正極的循環(huán)壽命和機械疲勞性能。

32、3)此外，陶瓷化硅膠泡棉的多孔緩沖結(jié)構(gòu)，結(jié)合凸起和凹槽的互鎖設(shè)計，賦予了復(fù)合集流體優(yōu)異的緩沖吸能和均壓性能；正極能夠有效吸收和耗散內(nèi)部或外部沖擊和振動能量，保護電池免受機械應(yīng)力損傷；同時，互鎖結(jié)構(gòu)使得正極內(nèi)部的應(yīng)力分布更加均勻，降低了應(yīng)力集中導(dǎo)致的局部變形或破壞風險，大幅提升了電池的抗振抗沖擊性能和機械穩(wěn)定性。