CN103022458A - 一种高安全性锂离子正极材料及采用该材料的锂离子电池 - Google Patents

一种高安全性锂离子正极材料及采用该材料的锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN103022458A
CN103022458A CN2012105697287A CN201210569728A CN103022458A CN 103022458 A CN103022458 A CN 103022458A CN 2012105697287 A CN2012105697287 A CN 2012105697287A CN 201210569728 A CN201210569728 A CN 201210569728A CN 103022458 A CN103022458 A CN 103022458A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium ion
molecular polymer
positive electrode
lithium
metal oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012105697287A
Other languages
English (en)
Inventor
赵珊珊
冯树南
从长杰
王驰伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin EV Energies Co Ltd
Original Assignee
Tianjin EV Energies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin EV Energies Co Ltd filed Critical Tianjin EV Energies Co Ltd
Priority to CN2012105697287A priority Critical patent/CN103022458A/zh
Publication of CN103022458A publication Critical patent/CN103022458A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高安全性锂离子正极材料及采用该材料的锂离子电池。一种高安全性锂离子正极材料，所述高安全性锂离子正极材料包括锂离子金属氧化物的一次粒子以及具有良好导电性的PTC高分子聚合物，锂离子金属氧化物与所述PTC高分子聚合物通过预处理，得到锂离子金属氧化物与PTC高分子聚合物均匀掺杂的二次粒子。所述高安全性锂离子正极材料中的PTC高分子聚合物均匀地分布在正极锂离子金属氧化物之中，常温下不影响正极的导电性，而当电池的温度升高到80℃及以上时，掺杂的PTC高分子聚合物一方面体积发生膨胀阻断正极颗粒之间的连接，另一方面自身电阻急剧增加，阻断电流，从而更有效地保证了锂离子电池的安全性。

Description

一种高安全性锂离子正极材料及采用该材料的锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种具有高安全性正极材料，及其使用这种正极材料的锂离子电池。
背景技术
由于锂离子电池的高能量密度和功率密度，目前已经成为最有潜力的动力与储能电源。在实际应用中，由于环境的复杂性，锂离子电池经常会出现着火、爆炸等安全问题，所以，大容量、高比能锂离子电池的安全性成为制约锂离子电池发展的关键因素。
锂离子电池的安全性问题可以分为电池设计与电池材料问题两大方面。电池设计主要包括正负极种类、配比，粘结剂种类、隔膜类型、极耳种类，焊接封装方式、电解液体系等，要使电池散热性能好，内部极片电流分布均匀；另外，还要考虑当异常情况发生时，电池体系向外传递热量的速度能否大于体系产生热量的速度。
选用安全性较高的材料能从根本上解决锂离子电池的安全问题。研究认为，正极材料的稳定性是电池发生着火、爆炸的关键所在。当电池内正极的温度超过150℃时，正极材料就会与电解液发生剧烈的反应，伴随着发热与产气，造成电池着火、爆炸。因此解决正极材料的安全问题，可以极大地改善锂离子电池的安全性。
目前，改善电池安全性的方法如专利CN1606183A中：在制备电极时，即匀浆的过程中，将PTC材料与正极金属氧化物、导电剂、粘结剂混合在一起，这样会造成正温度系数（PTC）材料在极片上的分布不均匀，从而引起电池阻值较大或在电池发生安全问题时，极片上局部过热从而造成热失控，不能确保电池的安全性。在专利CN 102376939 A中，采用核壳结构的正极材料，把PTC材料包覆在正极材料的表面，这样可以很大程度的改善电池的安全性，但由于所用正极材料的颗粒特性，所以会造成表面包覆的PTC材料不均匀，从而影响正极材料的容量与导电性，影响电池的性能。
因此，发明一种既具有高安全性又不影响正极活性物质容量与导电性的正极材料是解决锂离子电池安全问题的关键因素。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中存在的锂离子电池的安全问题，提供一种具有高安全性正温度效应的锂离子电池正极材料及采用该正极材料的锂离子电池。
为此，本发明提供了一种高安全性锂离子正极材料，所述高安全性锂离子正极材料包括锂离子金属氧化物的一次粒子以及具有良好导电性的PTC高分子聚合物，锂离子金属氧化物与所述PTC高分子聚合物通过预处理，得到锂离子金属氧化物与PTC高分子聚合物均匀掺杂的二次粒子。
优选的，所述PTC高分子聚合物是具有热膨胀性正温度效应的高分子聚合物，在常温下其电阻率<10Ω·cm。
优选的，所述锂离子金属氧化物的一次粒子为锂离子金属氧化物，包括：磷酸铁锂及改性磷酸铁锂、锰酸锂及改性锰酸锂、钴酸锂及改性钴酸锂、镍钴锰酸锂及改性镍钴锰酸锂、富锂锰基氧化合物及改性富锂锰基氧化合物中的一种或几种。
优选的，所述PTC高分子聚合物占正极锂离子金属氧化物重量比为1%-5%。
优选的，掺杂所述PTC高分子聚合物的基底是结晶聚合物或非晶聚合物中的一种或多种，基底的熔点或玻璃化转变温度在80℃-110℃，优选在发生转变时伴随着体积的膨胀。
优选的，掺杂所述PTC高分子聚合物的填充导电剂为导电炭黑、碳纤维、碳纳米管、或导电金属粒子中的一种或多种。
本发明提供了一种使用所述高安全性锂离子正极材料的锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液，所述锂离子电池的正极片采用所述高安全性锂离子正极材料。
由以上本发明提供的技术方案可见，本发明具有以下技术效果：所述高安全性锂离子正极材料是通过预处理把正极锂离子金属氧化物与具有热膨胀性的PTC高分子聚合物掺杂成为均匀的二次颗粒；其正极材料中的PTC高分子聚合物均匀地分布在正极锂离子金属氧化物之中，常温下不影响正极的导电性，而在电池的温度升高到80℃及以上时，掺杂的PTC高分子聚合物一方面体积发生膨胀阻断正极颗粒之间的连接，另一方面自身电阻急剧增加，阻断电流，从而更有效的保证了锂离子电池的安全性。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面对本发明作进一步的详细说明：一种高安全性锂离子正极材料，所述高安全性锂离子正极材料包括锂离子金属氧化物的一次粒子以及具有良好导电性的PTC高分子聚合物，锂离子金属氧化物与所述PTC高分子聚合物通过预处理，得到锂离子金属氧化物与PTC高分子聚合物均匀掺杂的二次粒子。
优选的，所述PTC高分子聚合物是具有热膨胀性正温度效应的高分子聚合物，在常温下其电阻率<10Ω·cm。当电池发生异常，温度升高到80℃-150℃时，所述掺杂在锂离子金属氧化物中的PTC高分子聚合物一方面体积膨胀增大锂离子氧化物颗粒的间隙，减小正极材料导电性，另一方面其PTC高分子聚合物的电导率也会瞬间增大105数量级以上，从而中断电流，防止电池发生着火或爆炸等安全问题。
优选的，所述锂离子金属氧化物的一次粒子为锂离子金属氧化物，包括：磷酸铁锂及改性磷酸铁锂、锰酸锂及改性锰酸锂、钴酸锂及改性钴酸锂、镍钴锰酸锂及改性镍钴锰酸锂、富锂锰基氧化合物及改性富锂锰基氧化合物中的一种或几种。
优选的，所述PTC高分子聚合物占正极锂离子金属氧化物重量比为1%-5%。若掺杂量小于1%，这种PTC高分子聚合物就不能在电池温度升高时，有效发挥作用，保证电池的安全性；另一方面，若这种PTC高分子聚合物的掺杂量超过5%，则会影响锂离子金属氧化物颗粒间的导电性，降低电池容量，增大电池内阻，影响电池的电性能。
优选的，掺杂所述PTC高分子聚合物的基底是结晶聚合物或非晶聚合物中的一种或多种，基底的熔点或玻璃化转变温度在80℃-110℃，优选在发生转变时伴随着体积的膨胀。
优选的，掺杂所述PTC高分子聚合物的填充导电剂为导电炭黑、碳纤维、碳纳米管、或导电金属粒子中的一种或多种。
本发明提供了一种使用所述高安全性锂离子正极材料的锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液，所述锂离子电池的正极片采用所述高安全性锂离子正极材料。
下面将通过实施例来更详细地描述本发明：
 实施例1
将镍钴锰酸锂与PTC高分子聚合物按97:3的比例通过预处理，得到混合均匀的具有正温度效应的镍钴锰酸锂材料，将得到的镍钴锰酸锂材料与炭黑、聚偏二氟乙烯（PVDF）按照90:7:3的比例分散到有机溶剂N一二甲基吡咯烷酮（NMP）中制备正极浆料，将正极浆料涂覆到铝箔上，经烘干、碾压后制得正极片。
将硬碳，炭黑、PVDF按照80:10:10的比例分散到NMP中，制备负极浆料，将负极浆料涂覆到 铜箔上，经烘干、碾压后制得负极片。
将正极、隔膜、负极、隔膜依次堆叠或卷绕制得干电芯。
向制备的干电芯中加入电解液，经化成后得到具有高安全性的锂离子电池。
实施例2
将实施例1中的镍钴锰酸锂材料与炭黑、PVDF按照90:7:3的比例变为92:5:3，其它不变。
实施例3
将实施例1中的镍钴锰酸锂与PTC高分子聚合物的比例变为99:1，其它不变。
实施例4
将实施例1中的镍钴锰酸锂与PTC高分子聚合物的比例变为95:5，其它不变。
对比例1
将镍钴锰酸锂材料与炭黑、PVDF按照90:7:3的比例分散到NMP中制备正极浆料，将正极浆料涂覆到铝箔上，经烘干、碾压后制得正极片。
将硬碳、炭黑、PVDF按照80:10:10的比例分散到NMP中，制备负极浆料，将负极浆料涂覆到铜箔上，经烘干，碾压后制得负极片。
将正极、隔膜、负极、隔膜依次堆叠或卷绕制得干电芯。
向制备的干电芯中入电解液，经化成后得到锂离子电池。
对比例2
将对比例1中的镍钴锰酸锂材料与炭黑、PVDF按照90:7:3的比例变为92:5:3，其它不变。
将上述的实施例与对比例的电池进行安全性测试。
充满电的实施例与对比例电池，每种样品取7支，充满电后进行针刺测试，针的直径为3mm，在电池内停留时间10s，采集电池电压和电池表面温度变化，记录实验现象。认为电池着火、爆炸为测试失败，有冒烟的现象认为通过测试。
表1
样品 初始电压 通过率
实施例1 4.2V左右 7/7
实施例2 4.2V左右 7/7
实施例3 4.2V左右 7/7
实施例4 4.2V左右 7/7
对比例1 4.2V左右 0/7
对比例2 4.2V左右 1/7
由表1可知，在实施例中使用高安全性正极材料的电池在经过针刺测试时，均100%通过了测试，而相应的对比例中，几乎都不能通过测试，说明本发明的高安全性正极材料中掺杂的PTC高分子聚合物一方面体积发生膨胀阻断正极颗粒之间的连接，另一方面自身电阻急剧增加，阻断电流，从而更有效地保证了电池的安全性，说明本发明的锂离子电池可以有效地阻止电芯在短路的情况下发生热失控，从而保证电池的安全性。
根据上述原理本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改，本发明不局限于上述的具体实施方式。

Claims (7)

1.一种高安全性锂离子正极材料，其特征在于：所述高安全性锂离子正极材料包括锂离子金属氧化物的一次粒子以及具有良好导电性的PTC高分子聚合物，锂离子金属氧化物与所述PTC高分子聚合物通过预处理，得到锂离子金属氧化物与PTC高分子聚合物均匀掺杂的二次粒子。
2.根据权利要求1所述的一种高安全性锂离子正极材料，其特征在于：所述PTC高分子聚合物是具有热膨胀性正温度效应的高分子聚合物，在常温下其电阻率<10Ω·cm。
3.根据权利要求1所述的一种高安全性锂离子正极材料，其特征在于：所述锂离子金属氧化物的一次粒子为锂离子金属氧化物，包括：磷酸铁锂及改性磷酸铁锂、锰酸锂及改性锰酸锂、钴酸锂及改性钴酸锂、镍钴锰酸锂及改性镍钴锰酸锂、富锂锰基氧化合物及改性富锂锰基氧化合物中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种高安全性锂离子正极材料，其特征在于：所述PTC高分子聚合物占正极锂离子金属氧化物重量比为1%-5%。
5.根据权利要求1所述的一种高安全性锂离子正极材料，其特征在于：掺杂所述PTC高分子聚合物的基底是结晶聚合物或非晶聚合物中的一种或多种，基底的熔点或玻璃化转变温度在80℃-110℃。
6.根据权利要求1所述的一种高安全性锂离子正极材料，其特征在于：掺杂所述PTC高分子聚合物的填充导电剂为导电炭黑、碳纤维、碳纳米管、或导电金属粒子中的一种或多种。
7.一种使用权利要求1-6任意一项所述高安全性锂离子正极材料的锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液，其特征在于：所述锂离子电池的正极片采用权利要求1-6任意一项所述的高安全性锂离子正极材料。
CN2012105697287A 2012-12-25 2012-12-25 一种高安全性锂离子正极材料及采用该材料的锂离子电池 Pending CN103022458A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012105697287A CN103022458A (zh) 2012-12-25 2012-12-25 一种高安全性锂离子正极材料及采用该材料的锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012105697287A CN103022458A (zh) 2012-12-25 2012-12-25 一种高安全性锂离子正极材料及采用该材料的锂离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103022458A true CN103022458A (zh) 2013-04-03

Family

ID=47970777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012105697287A Pending CN103022458A (zh) 2012-12-25 2012-12-25 一种高安全性锂离子正极材料及采用该材料的锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103022458A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104362370A (zh) * 2014-11-25 2015-02-18 上海动力储能电池系统工程技术有限公司 一种锰酸锂锂离子电池及其制备方法
CN105845968A (zh) * 2016-04-15 2016-08-10 惠州市聚鼎电子有限公司 安全电池及其制造方法
CN107887594A (zh) * 2017-12-04 2018-04-06 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种用于锂离子电池的复合型富锂锰基正极材料及制备方法
CN108123138A (zh) * 2017-12-21 2018-06-05 桑德集团有限公司 锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池
CN108574086A (zh) * 2017-03-08 2018-09-25 银隆新能源股份有限公司 一种正温度系数电极片的制备方法
CN117199378A (zh) * 2023-11-06 2023-12-08 浙江吉利控股集团有限公司 一种硅基负极材料及锂离子电池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004193193A (ja) * 2002-12-09 2004-07-08 Nec Tokin Corp 高分子ｐｔｃ素子
CN101556851A (zh) * 2009-05-20 2009-10-14 上海科特高分子材料有限公司 一种正温度系数导电复合材料及由其制造的电阻元器件
CN102376939A (zh) * 2011-11-14 2012-03-14 东莞新能源科技有限公司 锂离子二次电池及其正极材料

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004193193A (ja) * 2002-12-09 2004-07-08 Nec Tokin Corp 高分子ｐｔｃ素子
CN101556851A (zh) * 2009-05-20 2009-10-14 上海科特高分子材料有限公司 一种正温度系数导电复合材料及由其制造的电阻元器件
CN102376939A (zh) * 2011-11-14 2012-03-14 东莞新能源科技有限公司 锂离子二次电池及其正极材料

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104362370A (zh) * 2014-11-25 2015-02-18 上海动力储能电池系统工程技术有限公司 一种锰酸锂锂离子电池及其制备方法
CN105845968A (zh) * 2016-04-15 2016-08-10 惠州市聚鼎电子有限公司 安全电池及其制造方法
CN108574086A (zh) * 2017-03-08 2018-09-25 银隆新能源股份有限公司 一种正温度系数电极片的制备方法
CN107887594A (zh) * 2017-12-04 2018-04-06 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种用于锂离子电池的复合型富锂锰基正极材料及制备方法
CN108123138A (zh) * 2017-12-21 2018-06-05 桑德集团有限公司 锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池
CN108123138B (zh) * 2017-12-21 2020-04-17 桑德新能源技术开发有限公司 锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池
CN117199378A (zh) * 2023-11-06 2023-12-08 浙江吉利控股集团有限公司 一种硅基负极材料及锂离子电池
CN117199378B (zh) * 2023-11-06 2024-03-12 浙江吉利控股集团有限公司 一种硅基负极材料及锂离子电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109755463B (zh) 一种电极极片、电化学装置及安全涂层
CN109755467B (zh) 一种电极极片、电化学装置及安全涂层
CN109755468B (zh) 一种电极极片、电化学装置及安全涂层
CN109755466B (zh) 一种正极极片、电化学装置及安全涂层
CN109755462B (zh) 一种正极极片、电化学装置及安全涂层
Wen et al. Smart materials and design toward safe and durable lithium ion batteries
CN107768597B (zh) 一种电池极片及其制备方法、电池
CN110797530A (zh) 一种高电压钴酸锂石墨电池及其制备方法
CN103022458A (zh) 一种高安全性锂离子正极材料及采用该材料的锂离子电池
CN205609666U (zh) 一种安全锂离子动力电池正极片
Zhang et al. Poly (3-butylthiophene)-based positive-temperature-coefficient electrodes for safer lithium-ion batteries
CN109755464B (zh) 一种电极极片、电化学装置及安全涂层
CN105470515A (zh) 一种安全型锂离子动力电池正极及含有该正极的锂离子电池
WO2018113491A1 (zh) 锂离子电池极片及其制作方法、锂离子电池
CN104810516B (zh) 一种改善低温充放电性能的锂离子电池
CN109755670B (zh) 一种电极极片、电化学装置及安全涂层
CN102208678A (zh) 一种安全型锂离子电池
WO2022161070A1 (zh) 一种安全型锂离子电池及其制备方法
CN108390113A (zh) 一种高安全锂离子动力电池
US9240257B2 (en) Solid, lithium-salt-doped, thermoset polyimide polymer electrolyte and electrochemical cell employing same
EP4160771A1 (en) Electrolyte solution suitable for silicon-carbon system lithium ion battery
CN102427123A (zh) 锂离子二次电池及其正极片
CN103094567A (zh) 一种锂快离子导体复合的锂电池正极材料及其制备方法
Gan et al. Flame‐Retardant Crosslinked Polymer Stabilizes Graphite–Silicon Composite Anode for Self‐Extinguishing Lithium‐Ion Batteries
CN117219727A (zh) 一种正极片及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130403