一種安全型鋰離子動力電池正極及含有該正極的鋰離子電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種安全型鋰離子動力電池正極及含有該 正極的鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)展新材料、開發(fā)可再生能源技術(shù)成為21世紀(jì)人類要解決的重大課題之一。而作 為能量儲存和轉(zhuǎn)化裝置的化學(xué)電源是有效利用能源的重要手段。目前，鋰離子電池、燃料電 池是化學(xué)電源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，尤其是作為動力電池對環(huán)境保護(hù)和社會發(fā)展具有重要的意 義。鋰離子電池因其工作電壓高、能量密度大、自放電率低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而受到世界各 國的廣泛關(guān)注。
[0003] 然而隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，其安全問題也備受關(guān)注，特別是在車用動力離 子電池方面，由于采用高容量，高能量密度的鋰離子電池，其安全問題尤為突出。
[0004] 為了解決鋰離子電池的安全問題，研究者們在個方面做出了很多努力： (1)向電解液中加入添加劑 電解液中添加某種聚合物單體分子，當(dāng)電池充電到一定電壓時，單體分子在陰極表面 發(fā)生電聚合反應(yīng)生成導(dǎo)電聚合物薄膜，通過該導(dǎo)電聚合物與陽極發(fā)生一定程度的電接觸， 從而導(dǎo)致電池內(nèi)部為短路，是電池緩慢自放電至安全狀態(tài)，確保電池安全。
[0005] 電解液中加入阻燃添加劑，可以使易燃有機(jī)電解液變成難燃或不可燃電解液，降 低電池防熱值和電池自熱率，增加電解液自身的熱穩(wěn)定性，從而避免電池在過熱條件下的 燃燒或者爆炸。
[0006] ⑵隔膜高溫自動關(guān)閉效應(yīng) 采用PP-PE-PP三層復(fù)合隔膜，在電池升溫到130Γ的情況下，復(fù)合隔膜的PE層中的膜 孔閉合，電池內(nèi)阻迅速增加，電池內(nèi)部斷路，電池不在升溫，確保電池安全。
[0007] (3)隔膜或極片涂層 在隔膜或者極片表面涂覆一層陶瓷層，賦予隔膜高耐熱功能，降低隔膜的熱收縮性，從 而更有效地減少鋰離子電池內(nèi)部短路，防止因電池內(nèi)部短路而引起的電池?zé)崾Э亍?br>[0008] 目前解決鋰離子電池安全問題的方式有多種，但是這些方法都會影響到電池的其 他化學(xué)性能，特別是動力學(xué)性能。電動汽車用動力鋰電池對動力學(xué)性能和安全性能要求都 特別高。專利CN1034569908A公開了一種高安全性隔膜，該隔膜由基材層和涂覆層兩部分 組成，涂覆層為雙面，隔膜的結(jié)構(gòu)為涂覆層基材層涂覆層，基材層的材料為聚烯烴，涂覆層 的材料為無機(jī)納米陶瓷顆粒，所述基材層和涂覆層之間通過粘結(jié)劑固定。上述具有陶瓷涂 層的隔膜具有更好的機(jī)械性能、絕緣性能和耐高溫收縮性能，從而改善了鋰離子電池的高 溫?zé)岱€(wěn)定性。但是，陶瓷涂層的存在使鋰離子電池的內(nèi)阻增大，劣化了電池的電化學(xué)性能， 從而影響了電池的質(zhì)量和使用壽命。專利CN101989651A公開了一種含離子聚合物的交聯(lián) 陶瓷涂層隔膜，是將離子聚合物、陶瓷顆粒、功能無機(jī)化合物、固化劑、引發(fā)劑混合制成涂 料，涂覆在基膜一側(cè)或兩側(cè)，干燥后經(jīng)熱聚合，或紫外線照射進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)所得的隔膜，該 隔膜雖然在一定程度上降低了內(nèi)阻，但是該陶瓷隔膜的熱收縮率較高，熱穩(wěn)定性較差，從而 導(dǎo)致電池的電化學(xué)性能及穩(wěn)定性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種安全型鋰離子動力電池正極及含有該 正極的鋰離子電池，本發(fā)明在正極活性物質(zhì)表面涂布有陶瓷漿料，提高了電池的安全性能， 同時對電池的電化學(xué)性能影響極小，穩(wěn)定性好。
[0010] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種安全型鋰離子動力電池正極，包括正極集流體， 涂布于所述正極集流體表面上的正極活性物質(zhì)，所述正極集流體呈帶狀，所述正極活性物 質(zhì)包括能可逆嵌入與脫嵌鋰離子的化合物，還包括涂布于所述正極活性物質(zhì)表面的陶瓷漿 料；所述陶瓷漿料為油系或水系。
[0011] 其中油系陶瓷漿料的組分包括： 35_45wt%無機(jī)陶瓷顆粒， 6-10wt%聚偏氟乙稀， l-3wt%聚乙烯吡咯烷酮， 45-55wt %份氮甲基吡咯烷酮。
[0012] 其中水系陶瓷漿料的組分包括： 35_40wt %無機(jī)陶瓷顆粒， 6-IOwt % 丁苯橡膠， l-3wt%羧甲基纖維素， l-3wt%聚乙烯吡咯烷酮， 45_55wt%份去離子水。
[0013] 所述的無機(jī)陶瓷顆粒包括勃姆石和水鋁石中的一種或多種。
[0014] 進(jìn)一步地，所述的無機(jī)陶瓷顆粒粒徑范圍為0. 01 μ m < D50 < 10 μ m。
[0015] 進(jìn)一步地，所述的無機(jī)陶瓷顆粒粒徑范圍為0. 1 μ m < D50 < 1 μ m。
[0016] 本發(fā)明所采用的無機(jī)陶瓷顆粒勃姆石或水鋁石具有較小的粒度，且粒度分布窄， 因此涂覆在正極表面后，其涂覆層具有很高的孔隙率，不影響鋰離子的嵌入脫出，所以對電 池的動力學(xué)性能不會產(chǎn)生影響。
[0017] 本發(fā)明所采用的勃姆石或水鋁石涂覆層具有很高的孔隙率，具有良好的吸液保液 率。
[0018] 本發(fā)明所采用的無機(jī)陶瓷顆粒勃姆石或水鋁石具有很好的傳熱性，當(dāng)電池內(nèi)部發(fā) 生微短路局部溫度升高時，能迅速將熱量分散，減小熱失控發(fā)生的幾率。
[0019] 進(jìn)一步地，所述陶瓷漿料涂布于所述正極活性物質(zhì)的單面或雙面。
[0020] 進(jìn)一步地，所述陶瓷漿料涂布于所述正極活性物質(zhì)表面上后厚度為0. 1-10 μ m。
[0021] 本發(fā)明將陶瓷涂覆層直接涂覆在正極表面而非隔膜表面，徹底排除了隔膜在熱收 縮后造成正負(fù)極直接接觸的危險(xiǎn)，防止了電池短路，極大地提高了電池的安全性。
[0022] 進(jìn)一步地，所述陶瓷漿料的無機(jī)陶瓷顆粒中還包括埃洛石納米管。
[0023] 埃洛石納米管具有納米級的一維管狀中空結(jié)構(gòu)，埃洛石納米管的存在，一方面能 夠?qū)φ龢O活性物質(zhì)中硫、鈷等物質(zhì)進(jìn)行吸附保持，防止這些物質(zhì)流失、溶解在電解液中，如 此能夠保持電池的電化學(xué)性能；另一方面，埃洛石納米管具有良好的吸液保濕能力，能夠降 低電池內(nèi)阻，此外，埃洛石納米管能夠使正極耐受高溫和提高正極的機(jī)械性能。
[0024] 進(jìn)一步地，所述埃洛石納米管負(fù)載有納米二氧化鈦，所述納米二氧化鈦通過微波 法或者溶膠-凝膠法負(fù)載于埃洛石納米管上，所述埃洛石納米管在負(fù)載前經(jīng)過提純和熱活 化處理，且負(fù)載時埃洛石納米管處于真空環(huán)境下。
[0025] 納米二氧化鈦負(fù)載于埃洛石納米管后，納米二氧化鈦電化學(xué)性能較為穩(wěn)定，能夠 降低正極活性物質(zhì)表面氧的活性，能夠進(jìn)一步抑制活性物質(zhì)的流失、溶解；納米二氧化鈦還 能夠減小電池的內(nèi)阻，有利于進(jìn)一步提高電池的電化學(xué)性能。在真空下對納米二氧化鈦進(jìn) 行負(fù)載，能夠提高埃洛石納米管的負(fù)載能力。
[0026] 進(jìn)一步地，所述安全型鋰離子動力電池正極的制備方法如下： 陶瓷漿料的制備：按比例稱取陶瓷漿料各組分，混合后采取高速分散，攪拌5-7小時， 使陶瓷漿料混合均勻。
[0027] 正極極片的制備：將正極活性物質(zhì)，導(dǎo)電劑以及粘接劑混合，并添加溶劑攪拌形成 漿液，均勻涂覆在正極集流體上，干燥后用碾壓機(jī)進(jìn)行碾壓；然后將上述制備的陶瓷漿料均 勻涂覆于正極活性物質(zhì)上，然后將正極極片放置于真空烘箱中烘干9-11小時。
[0028] 一種安全型鋰離子動力電池，包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液和殼體，所述正極為上 述的安全型鋰離子動力電池正極。
[0029] 進(jìn)一步地，上述安全型鋰離子動力電池的電解液包括液態(tài)電解液和凝膠電解液， 所述液態(tài)電解液選自常規(guī)電解液，所述凝膠電解液質(zhì)量用量為凝膠電解液的1~i〇wt%， 凝膠電解液的制備方法如下： 將甲基丙烯酸類單體、引發(fā)劑、乳化劑、聚乙烯醇、納米二氧化硅、硅烷偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑、 乙酸乙酯先后添加到水中，攪拌均勻后加熱進(jìn)行聚合反應(yīng)，最后將產(chǎn)物真空干燥得到凝膠 電解液，所述甲基丙烯酸類單體、引發(fā)劑、乳化劑、聚乙烯醇、納米二氧化娃、硅烷偶聯(lián)劑、交 聯(lián)劑