CN102314959A - 用于锂电池电极表面的绝缘物料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于锂电池电极表面的绝缘物料及其制备方法，物料的组分及质量百分比为Al₂O₃75%～96%，气相S_iO₂0.5%～15%，粘结剂2.5%～15%。制备方法是先将各配料烘烤，再将Al₂O₃和S_iO₂经研磨后制得混合料，将粘结剂加入溶剂中搅拌后制得粘结剂浆料，然后将两者混合搅拌均匀，并在真空下进行消泡处理，制成绝缘物料。该物料用于涂覆锂电池电极表面，形成金属氧化物绝缘膜，即使在高温情况下，电池隔膜损坏时，也能防止正负极间短路，避免事故，大大提高动力大容量锂电池的安全性。

Description

用于锂电池电极表面的绝缘物料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池的制作，特别是用于动力大容量锂离子电池电极表面的绝缘物料及其制备方法。

背景技术

目前电动汽车、电动摩托车和电动自行车使用的锂离子电池在高温环境下或在滥用（譬如：过充电/过放电）的条件下，由于电池内部的正负极之间的隔膜采用聚乙烯/聚丙烯材质制作而成，其承受温度的能力较差，大约在80℃时开始出现收缩，在135～165℃开始融化，所以会引起电池内部的正负极短路，从而使电池出现热失控的状况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有锂电池出现热失控的缺陷，提供一种耐高温性能好，提高电池安全性的用于锂电池电极表面的绝缘物料及其制备方法。

本发明的技术方案是：用于锂电池电极表面的绝缘物料的组分及质量百分比为：Al₂O₃ 75%～96%，气相S_iO₂ 0.5%～15%，粘结剂2.5%～15%。

    所述粘结剂为PVDF，即聚偏氟乙烯。

上述绝缘物料的制备方法是操作如下：

（1）将Al₂O₃、气相S_iO₂和粘结剂按比例配料，分别装入配料器皿中，统一放入真空干燥箱中，烘烤温度80～120℃，烘烤时间12～24h，烘烤结束后待烘箱降至50℃时取出；

（2）将Al₂O₃和部分气相S_iO₂先后加入球磨机中研磨2～6h，料球比为1:1，再加入剩余的气相S_iO₂，继续研磨2～6h，得混合料；

（3）在研磨的同时，将烘烤后的粘结剂加入到预先已装有NMP溶剂即N-甲基吡咯烷酮溶剂的真空混料机中，粘结剂与溶剂的质量比为1:（4～25），在25～35Hz的转速下搅拌5～10h，制成粘结剂浆料；

（4）将研磨后的混合料加入装有粘结剂浆料的真空搅拌设备中，在20～30Hz转速下搅拌5～10h，搅拌结束后保持表压-0.075MPa～-0.085MPa的真空度25～35min，进行消泡处理，制成绝缘物料。

本发明的绝缘物料用涂布机采用流延法均匀涂覆到锂电池极片上，在其表面形成金属氧化物绝缘膜。即使在高温情况下，电池的隔膜出现收缩和融化，由于金属氧化物绝缘膜的存在，把电池正负极有效隔离，正负极之间不会发生短路，从而避免由于短路造成的急剧热量释放引起电池着火甚至爆炸事故，大大提高动力大容量电池安全性。绝缘膜中所含气相S_iO₂和Al₂O₃具有较大的比表面积，能够强力团聚，同时这些吸附性材料在电解液和电极粘结剂的作用下能形成凝胶状态，牢固附着在电极表面，增强电极涂覆层结构的稳定性。S_iO₂和Al₂O₃都是电磁型材料，对电极的导电性能没有影响。

具体实施方式

称取800gAl₂O₃、100g气相S_iO₂和100gPVDF分别盛入配料器皿，统一放入真空干燥烘箱中，烘烤温度100℃，时间20h，结束后等烘箱温度降至50℃时取出。先将Al₂O₃和一半重量的气相S_iO₂放入球磨机中研磨4h，料球比为1:1，再加入剩余的气相S_iO₂，继续研磨4h，得到混合料。在研磨的同时，将500～700g的NMP溶剂加到5L的真空混料机中，再将烘烤后的PVDF加入其中，在30Hz的转速下搅拌8h，制成粘结剂浆料。然后将研磨后的混合料加入粘结剂浆料中，在20Hz转速下搅拌8h，搅拌结束保持表压-0.08MPa真空度30min进行消泡处理，最终制成所述绝缘物料。

涂覆层的厚度对电池性能的影响，实际测试数据如下：

涂覆层厚度

0μm

3μm

5μm

10μm

15μm

20μm

电池内阻

6.2mΩ

7.8mΩ

8.2mΩ

32.5mΩ

90.6mΩ

506mΩ

3C/10V过充电温升

123℃

84℃

63℃

41℃

30℃

30.5℃

所用时间

25min

23.5min

20min

6.5min

2.3min

1.5min

通过上述涂覆层的处理，电池的内阻随着涂覆层厚度的增加迅速增加，与正常值的偏离水平迅速放大。但是同时也可以看出由于电池内阻的增大，电池在过充电的时候由于绝缘膜的存在，在充到相同电压的时间会大幅度的缩短，电池的温升会显著的下降，从而保证了电池不出现热失控。

根据分析可以选择绝缘膜的厚度在3～5μm为佳。

Claims (3)

1.一种用于锂电池电极表面的绝缘物料，其特征是该绝缘物料的组分及质量百分比为：Al₂O₃ 75%～96%，气相S_iO₂ 0.5%～15%，粘结剂2.5%～15%。

2.按权利要求1所述的用于锂电池电极表面的绝缘物料，其特征是所述粘结剂为PVDF。

3.一种按权利要求1所述绝缘物料的制备方法，其特征是操作如下：

（1）将Al₂O₃、气相S_iO₂和粘结剂按比例配料，分别装入配料器皿中，统一放入真空干燥箱中，烘烤温度80～120℃，烘烤时间12～24h，烘烤结束后待烘箱降至50℃时取出；

（2）将AL₂O₃和部分气相S_iO₂先后加入球磨机中研磨2～6h，料球比为1:1，再加入剩余的气相S_iO₂，继续研磨2～6h，得混合料；

（3）在研磨的同时，将烘烤后的粘结剂加入到预先已装有NMP溶剂的真空混料机中，粘结剂与溶剂的质量比为1:（4～25），在25～35Hz的转速下搅拌5～10h，制成粘结剂浆料；

（4）将研磨后的混合料加入装有粘结剂浆料的真空搅拌设备中，在20～30Hz转速下搅拌5～10h，搅拌结束后保持表压-0.075MPa～-0.085MPa的真空度25～35min，进行消泡处理，制成绝缘物料。