CN103035920B - 一种锂离子电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，正极片或负极片上具有纳米沸石的涂层。在该锂离子电池中的电极极片的表面上涂覆涂层增加负极片与正极片接触时的极片内阻，同时通过增加涂层防止负极片枝晶的生成，从而杜绝了因内短路造成的温度迅速上升而引起爆炸等安全隐患，增加电池的安全性能。本发明还提供一种上述锂离子电池的制备方法。
Description
【技术领域】
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种锂离子电池及其制备方法。
【背景技术】
锂离子电池因其轻便、能量密度高、体积比能量高等特点，被认为是未来绿色清洁能源的最佳选择。但锂离子电池安全问题一直是社会各界尤其是锂离子电池生产企业重点关注的问题之一。通过加强安全材料的研发、电池设计的改善可有效提高安全性能。通过为负极极片增加安全涂层的方式增加内阻及通过正负极涂膜方式来提高电池循环性能及安全性，同时增加散热效率防止热集中造成的安全隐患。但涂层本身造成的离子导电性降低会增加电池内阻，如何选择一种更理想的材料，既可以保证电池安全性又不会增加电池内阻就成了安全锂离子电池应用的瓶颈。
【发明内容】
基于此，有必要提供一种安全性能较好的锂离子电池。
此外，还有必要提供一种安全性能较好的锂离子电池的制备方法。
一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，其中，正极片或负极片上具有涂层，所述涂层各组份按质量百分比包括88％～95％的纳米沸石，5％～12％的粘结剂。
在优选实施例中，纳米沸石的孔径为30nm～150nm，粒径为50nm～500nm，比表面积为30m2/g～800m2/g。
在优选实施例中，所述纳米沸石包括β型纳米沸石或ZSM-5型纳米沸石。
在优选实施例中，粘结剂包括聚偏氟乙烯、羟甲基纤维素钠、SBR中的一种或几种。
一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤，
制备混合溶液，通过有机溶剂及纯净水溶解纳米沸石及粘结剂，得到混合溶液；其中，各组份按质量百分比包括88％～95％的纳米沸石，5％～12％的粘结剂；
制备浆液，将所述混合溶液通过高速剪切分散机或沙磨分散机制成粘度为300cp～4000cp的浆液；
制备涂层，将上述浆料通过涂布方法复合负极片上表面形成涂覆层，将所述涂覆层烘干得到涂层；
电池的组装，将具有涂层的负极片与正极片，隔膜及电解液组装成电池。
在优选实施例中，所述纳米沸石的孔径为30nm～150nm，粒径为50nm～500nm，比表面积为30m2/g～800m2/g。
在优选实施例中，所述纳米沸石包括β型纳米沸石或ZSM-5型纳米沸石。
在优选实施例中，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、羟甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的一种或几种。
在优选实施例中，所述涂层的烘干温度为80℃～120℃。
在优选实施例中，所述涂覆层的厚度为2μm～5μm。
在该锂离子电池中的电极极片的表面上涂覆涂层增加负极片与正极片接触时的极片内阻，同时通过增加涂层防止负极片枝晶的生成，从而杜绝了因内短路造成的温度迅速上升而引起爆炸等安全隐患，增加电池的安全性能，同时由于纳米沸石材料的多孔及较高比表面积等特性还会有效增加电池对电解液的吸附能力和离子导电效率，不会带来电池内阻增加的潜在不足。
【附图说明】
图1为本发明制备的锂离子电池的制备流程图；
图2为本发明对比例制备的锂离子电池挤压实验；
图3为本发明实施例1制备的锂离子电池挤压实验。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施例对锂离子电池及其制备方法进一步阐明。
一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，其中，正极片或负极片上具有涂层，所述涂层各组份按质量百分比包括88％～95％的纳米沸石，5％～12％的粘结剂。
优选实施例中，纳米沸石的孔径为30nm～150nm，粒径为50nm～500nm，比表面积为30m2/g～800m2/g。
优选实施例中，所述纳米沸石包括β型纳米沸石或ZSM-5型纳米沸石。
优选实施例中，粘结剂包括聚偏氟乙烯、羟甲基纤维素钠、SBR中的一种或几种。
一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤，
S01、制备混合溶液。通过有机溶剂及纯净水溶解纳米沸石及粘结剂，得到混合溶液；其中，各组份按质量百分比包括，88％～95％的纳米沸石，5％～12％的粘结剂；
S02、制备浆液。将所述混合溶液通过高速剪切分散机或沙磨分散机制成粘度为300cp～4000cp的浆液；
S03、制备涂层。将上述浆料通过涂布方法复合负极片上表面形成涂覆层，将所述涂覆层烘干得到涂层；
S04、电池的组装。将具有涂层的负极片与正极片，隔膜及电解液组装成电池。
优选实施例中，锂离子电池正极片的活性物质为磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料、钴酸锂中的一种或几种，集流体为铝箔。
锂离子电池负极片的活性物质为人造石墨、天然石墨或碳微球，集流体为铜箔。
优选实施例中，涂布方法包括喷涂、印刷、挤压式或转移式等本领域内常用的方法。
下面为具体实施例。
实施例1
油性膜层制作
步骤S11、制备混合溶液。
用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂将质量百分比为8％的聚偏氟乙烯与92％的ZSM-5型纳米沸石材料溶解，ZSM-5型纳米沸石平均孔径为100nm；粒径为300-700nm，比表面积为200m2/g，得到混合溶液。
步骤S12、制备浆液。
将S11中的混合溶液经过2800rpm的高速剪切分散制成粘度约1400cp的浆液。
步骤S13、制备涂层。
将浆液通过挤压式涂布方式复合在以铜箔为集流体，以中间相碳微球为活性物质的负极片表面，得到涂覆层，涂覆层厚度为3μm，经过烘干得到具备涂层的负极片。
步骤S14、组装电池。
将上述涂有纳米沸石涂层的负极片与隔膜及以磷酸铁锂作为活性物质的正极片以叠片的方式组装成电池并铝塑封装后，注入锂盐LiPF6含量为1.2mol/L的含有碳酸甲乙酯∶碳酸乙烯酯∶碳酸二乙酯＝1∶5∶4比例溶剂的电解液，经过预充得到电池。
实施例2
水性膜层制作
步骤S21、制备混合溶液。
用纯净水作为溶剂将固体质量百分比为3％的粘结剂CMC羧甲基纤维素钠、5％丁苯橡胶SBR及92％的ZSM-5型纳米沸石材料；ZSM-5型纳米沸石平均孔径为120nm；粒径为200-600nm，比表面积为150m2/g。
步骤S22、制备浆液。
将S21中的混合溶液，经过沙磨分散制成粘度约800cp的浆液。
步骤S23、制备涂层。
将浆液通过挤压式涂布方式复合在以铜箔为集流体，以中间相碳微球为活性物质的负极片表面，得到涂覆层，涂覆层厚度为3μm，经过烘干得到具备涂层的负极片。
步骤S24、组装电池。
将上述涂有纳米沸石涂层的负极片与隔膜及以磷酸铁锂作为活性物质的正极片以叠片的方式组装成电池并铝塑封装后，注入锂盐LiPF6含量为1.2mol/L的含碳酸甲乙酯∶碳酸乙烯酯∶碳酸二乙酯＝1∶5∶4比例溶剂的电解液，经过预充得到电池。
对比例
具体制备步骤参照实施例1其区别仅在于不在负极片上涂覆纳米沸石材料。
性能的测试
以下通过实验数据对本发明实施例的电池性能进行进一步说明，
将上述两例制成的极片及电池进行内阻测试，结果如下：
实施例1中制备的负极片电子导电内阻为240mohm/10cm2，即24mohm/cm2。
实施例2中制备的负极片电子导电内阻为220mohm/10cm2，即22mohm/cm2。
对比例中制备的负极片电子导电内阻为90mohm/10cm2，即9mohm/cm2。
上述三种负极片对比增加涂膜层的负极片的电子导电率较无膜层极片增加了一倍以上。如果增加沸石膜层厚度并提高涂敷均匀性，还可进一步增加电子内阻值。油性膜层与水性膜层负极片的电阻增加较明显。
表1实施例中电池内阻
| 编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 平均 |
| 对比例(mohm) | 2.3 | 2.3 | 2.2 | 2.2 | 2.3 | 2.26 |
| 实施例1(mohm) | 2.3 | 2.4 | 2.4 | 2.2 | 2.4 | 2.34 |
| 实施例2(mohm) | 2.4 | 2.3 | 2.3 | 2.4 | 2.5 | 2.38 |
由上表1电池内阻的测试结果可见包含沸石涂膜层的极片制作成的电池，与普通无涂膜层制作成的电池比较内阻增加幅度小于5％。水性涂膜与油性涂膜两种涂膜方式制作的负极极片组装成的电池，内阻的增加无明显差异。
安全性能对比实验
由图2为本发明对比例制备的负极片上没有涂覆纳米沸石材料锂离子电池挤压实验结果图，由图可以看出，对比例制备的锂离子电池开始挤压时电压极速下降，电芯温度开始迅速上升，经过规定时间的保持挤压阶段电压缓慢上升，同时温度继续上升，当撤出挤压时电压再次提高，且温度开始逐渐下降、图3为本发明实施例1制备的锂离子电池挤压实验结果图，由图可以看出，对包含涂覆层极片的锂离子电池挤压时电压有所下降，在保压阶段电压继续缓慢降低，直到挤压停止电压开始回升，整个过程温度没有明显升高。由此可以得出在挤压状态下有、无涂覆层电池电压温度对比可见涂敷有纳米沸石材料涂层的锂离子电池可以防止挤压阶段正负极短路造成的电压急速衰减及温度的升高，采取的涂层措施效果明显。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (2)
1.一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤，
制备混合溶液，通过有机溶剂及纯净水溶解纳米沸石及粘结剂，得到混合溶液；其中，各组份按质量百分比包括88%～95%的纳米沸石，5%～12%的粘结剂；
制备浆液，将所述混合溶液通过高速剪切分散机或沙磨分散机制成粘度为300cp～4000cp的浆液；
制备涂层，将上述浆液通过涂布方法复合负极片上表面形成涂覆层，将所述涂覆层烘干得到涂层；
电池的组装，将具有涂层的负极片与正极片，隔膜及电解液组装成电池；
所述纳米沸石的孔径为30nm～150nm，粒径为50nm～500nm，比表面积为30m2/g～800m2/g；
所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、羟甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的一种或几种；
所述纳米沸石包括β型纳米沸石或ZSM-5型纳米沸石；
所述涂覆层的厚度为2μm～5μm。
2.如权利要求1所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述涂层的烘干温度为80℃～120℃。
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