CN102222787A - 锂离子电池极片、电池及提高电池安全性方法 - Google Patents

锂离子电池极片、电池及提高电池安全性方法 Download PDF

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卢强
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池极片，所述极片为正极片或负极片，所述极片上涂覆有正极材料或负极材料，所述正极材料或负极材料表面还涂覆有绝缘层，所述绝缘层厚度为0.8～2.0micron。本发明通过对锂离子电池极片的正极材料或负极材料表面涂覆特定厚度的绝缘层，能够提高锂离子电池的安全性能、循环性能以及大倍率放电性能。

Description

锂离子电池极片、电池及提高电池安全性方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池极片、含有该极片的锂离子电池以及一种提高锂离子电池安全性的方法。
背景技术
锂离子二次电池以其高能量密度，高放电电压，比容量大，自放电率低等优点迅速在移动电话，笔记本电脑，电动工具以及电动汽车等器领域取代了传统电池。随着科技的高速发展，各种锂离子电池应用数码产品更新换代越来越快，产品大都趋于多功能化，便携化，经济化，这就要求锂离子电池不断的向高能量密度，低成本化发展。
然而随着电池能量密度的不断增大，电池的热稳定性越来越差，随着索尼等公司的电池门事件不断发生，如何保证锂离子电池的高容量，同时又保证电池的安全稳定性能成为行业的一个挑战，越来越受到人们的关注。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能提高锂离子电池安全稳定性、循环性能以及大倍率放电性能的锂离子电池极片。
本发明的另一目的在于提供一种含有上述极片的锂离子电池。
本发明的再一目的在于提供一种提高锂离子电池安全性能的方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明公开了一种锂离子电池极片，所述极片为正极片或负极片，所述极片上涂覆有正极材料或负极材料，所述正极材料或负极材料表面还涂覆有绝缘层，所述绝缘层厚度为0.8～2.0micron。
所述绝缘层厚度优选为1.5～2.0micron，更优选1.8～2.0micron，最优选1.9micron。
所述绝缘层优选为陶瓷涂层。
所述陶瓷涂层优选含有Al2O3、TiO2、MgO、SiO2、ZrO2中的至少一种，更优选为Al2O3涂层。
本发明还公开了含有上述锂离子电池极片的锂离子电池。
本发明进一步公开了一种提高锂离子电池安全性能的方法，所述方法包括使用上述的锂离子电池极片制备锂离子电池。
由于采用了以上技术方案，使本发明具备的有益效果在于：本发明通过对锂离子电池极片的正极材料或负极材料表面涂覆特定厚度的绝缘层，能够提高锂离子电池的安全性能、循环性能以及大倍率放电性能。
附图说明
图1-A为负极极片上的安全涂层断面SEM图，负极片上涂上一层1.9micron的陶瓷涂层，由图上可以看出，陶瓷涂层比较均匀。
图1-B为负极极片上的安全涂层断面SEM图，负极片上涂上一层2.6micron的陶瓷涂层，由图上可以看出，陶瓷涂层比较均匀。
图1-C为负极极片上的安全涂层断面SEM图，负极片上涂上一层3.5micron的陶瓷涂层，由图上可以看出，陶瓷涂层比较均匀。
图2为不同安全涂层的电池交流阻抗图。
图3-A为2.6micron安全涂层的电池的放电倍率图；图3-B为1.9micron安全涂层的电池的放电倍率图。
图4为1.9micron安全涂层的电池与没涂层的电池循环比较图。
图5为没有安全涂层的电池安全测试结果。
图6为1.9micron安全涂层的电池安全测试结果
具体实施方式
本发明公开了一种新型的锂离子电池极片(正极片或负极片)，该极片在正极材料或负极材料表面涂覆有厚度为0.8～2.0micron的绝缘层。
在本发明中，绝缘层的厚度优选为1.5～2.0micron，更优选1.8～2.0micron，最优选1.9micron左右。
本发明的绝缘层，优选为陶瓷涂层。比如，可以选用Al2O3、TiO2、MgO、SiO2、ZrO2等常用的陶瓷材料中的至少一种。其中Al2O3使用最广泛，可以作为本发明优选的陶瓷涂层材料。
陶瓷材料是不导电子的无机材料。因为其优异的阻热性能及高机械强度，应用于锂离子电池中，有助于降低电池内部的正负极短路，同时在电池有内部短路发生时，有效的降低热传播，使内短路得到有效的控制。因此应用此材料到锂离子电池中有助于提高电池的安全性能。然而，因为此类材料本身没有电子导电性，故应用其于电池中，必然增大电池的阻抗，影响电池的电化学性能。所以找出一个合适的使用量至关重要。本研究发现在涂层小于2micron并且大于0.8micron时，在安全性能得到改善的同时，电池的阻抗较低，电池倍率放电性能良好，循环比没有涂层的要好，优选陶瓷涂层厚度在1.5～2.0micron，更优选1.8～2.0micron。这种电性能的改善可能源于此材料有比较好的储存电解液性能。
本发明的锂离子电池极片，其正极材料或负极材料可以是本领域常规使用的各种正、负极材料。比如正极材料可以为常用的钴酸锂、负极材料可以为常用的人造石墨。
本发明还公开了含有上述锂离子电池极片的锂离子电池。在本发明的锂离子电池中，可以是正极片或负极片之一带有上述绝缘层，也可以是正极片和负极片均带有所述绝缘层。进一步优选的，可以在隔膜上也涂覆所述的绝缘层。
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例：
实验方法：
以钴酸锂为正极活性材料，人造石墨为负极活性材料，按以下配方制成正负极片。并组装成18650电池，注液，封口，并进行阻抗和倍率，循环测试。
其中负极片碾压后，用线棒在极片的石墨材料表面涂上一层很薄的Al2O3涂层，并完全覆盖石墨涂层，涂布厚度分别为1.9micron，2.6micron和3.5micron，见附图1。
各配件成分配方如下：
正极配方为：钴酸锂∶SP∶PVDF＝100∶1～2∶1～4
负极的配方为：石墨∶SP∶CMC∶SBR＝100∶1～2∶1～2∶1.5～3
安全涂层配方为：Al2O3∶binder＝100∶0.5～5(binder是日本ZEON公司的商业产品SX-9124，此处作为粘结剂使用)
隔离膜为16micron的Celgard PP/PE/PP高分子聚合物
电解液为碳酸乙烯酯(EC)∶碳酸二乙酯(DEC)∶氟代碳酸乙烯酯(FEC)∶碳酸亚乙烯酯(VC)∶亚硫酸丙烯酯(PS)＝30∶40∶1～5∶1～2∶1～2，电解质为六氟磷酸锂1M。
将所得电池进行阻抗、倍率和循环性能测试。结果如图2-6所示。
由图2的交流阻抗谱可看出，随着涂层厚度的增大，电池的阻抗也增大。当涂层为1.9micron时，阻抗最小。同时可看出，涂层厚度相近时，阻抗大小也相当。
由图3A、B可以看出，当涂层为1.9micron时，电池的大倍率性能较好，2C放电容量基本等于1C的放电容量，而当涂层为2.6micron时，2C的放电容量略小于1C的放电容量.
由图4可以看出，有陶瓷涂层的电池循环性能要好于没有陶瓷涂层的。
由图5及图6的电池安全测试结果表明，有涂层的电池安全性能要大大优于没涂层的电池。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种锂离子电池极片，所述极片为正极片或负极片，所述极片上涂覆有正极材料或负极材料，其特征在于：所述正极材料或负极材料表面还涂覆有绝缘层，所述绝缘层厚度为0.8～2.0micron。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池极片，其特征在于：所述绝缘层厚度为1.5～2.0micron。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池极片，其特征在于：所述绝缘层厚度为1.8～2.0micron。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的锂离子电池极片，其特征在于：所述绝缘层为陶瓷涂层。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池极片，其特征在于：所述陶瓷涂层含有Al2O3、TiO2、MgO、SiO2、ZrO2中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池极片，其特征在于：所述陶瓷涂层为Al2O3涂层。
7.含有权利要求1～6中任意一项所述的锂离子电池极片的锂离子电池。
8.一种提高锂离子电池安全性能的方法，所述方法包括使用权利要求1～6中任意一项所述的锂离子电池极片制备锂离子电池。
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