CN104409681A - 一种含ptc涂层的锂离子电池极片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，该方法制备的极片为多层涂覆极片，在集流体上涂布包含正极或负极活性物质的浆料之前，预先在集流体上涂布具有温度敏感性的预涂层；所述的具有温度敏感性的预涂层，其成分包含粘结剂、正温度型材料以及导电剂；所述粘结剂、正温度型材料与导电剂的重量比为（2~8）：（1~8）：（0~7）。本发明提供的方法制备的含PTC涂层的锂离子电池极片，包含该极片的电池具有良好的过充、短路、挤压、针刺等安全特性。

Description

一种含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法

技术领域

本发明涉及一种提高锂离子电池安全性的极片的制备方法，具体地，涉及一种含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法。 

背景技术

近年来，随着能源的枯竭和人们对环保的要求，电动汽车产业方面的发展日益迅速。锂离子电池因其高能量密度和长循环寿命等特点，目前已成为电动汽车用动力能源的首选。但作为动力汽车的“动力”，锂离子电池的安全性问题一直是动力汽车的一大障碍，因此锂离子电池的安全问题备受人们关注。 

锂离子电池一般由盖板、壳体、电解液和电芯等组成。电芯由隔膜、正极片和负极片通过卷绕或者叠片的方式组装而成。正、负极片是正极或负极活性物质分别和导电剂及粘结剂等混合均匀后，涂布在集流体上，经过烘干、辊压等工序制作而成。由于锂离子电池所使用的电极材料电化学反应活性较高，且电解液中含有大量易燃的有机溶剂，电池在使用过程中容易发生因过充、短路、挤压等引起的电池起火或爆炸。 

发明内容

本发明的目的是提供一种含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，改善锂离子电池过充、短路、挤压等安全特性。 

为了达到上述目的，本发明提供了一种含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，该锂离子电池内设有通过在集流体上涂布包含正、负极活性物质的浆料而成的正、负极片，其中，该方法为：在集流体上涂布包含正、负极活性物质的浆料之前，预先在集流体上涂布具有温度敏感性的预涂层；所述的具有温度敏感性的预涂层，其成分包含粘结剂、正温度型材料以及导电剂；所述粘结剂、正温度型材料与导电剂的重量比为（2~8）：（1~8）：（0~7）。PTC（Positive Temperature Coefficient）泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件，通常提到的PTC是指正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻。 

上述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其中，所述的正温度型材料为复合型导电高分子材料或加热后易膨胀的材料。该类型材料已在PTC（热敏电阻）中应用，其成分及制备方法应已为本领域技术人员所知。 

上述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其中，所述的复合型导电高分子材料为填充碳黑颗粒的聚合物材料，其包含聚乙烯基复合导电高分子材料或聚丙烯基复合导电高分子材料等。 

上述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其中，所述的加热后易膨胀的材料包含聚乙烯或聚丙烯等。 

上述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其中，所述的粘结剂为聚偏氟乙烯（PVDF）、羧甲基纤维素钠（CMC）、丁苯胶乳（SBR）、聚四氟乙烯（PFTE）、聚氧化乙烯（PEO）等中的任意一种或几种的组合。 

上述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其中，所述的导电剂包含导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、金属粉或纤维等中的任意一种或几种的组合。 

上述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其中，所述的方法包含以下步骤：步骤1，将所述的粘结剂、正温度型材料、导电剂按照20%~80%、10%~80%、0%~70%的重量百分比添加在溶剂中混合均匀，制成预涂层涂料；所述的溶剂优选为有机溶剂，进一步优选为N-甲基吡咯烷酮（NMP）；步骤2，将步骤1所得的预涂层材料涂料涂布在集流体上，烘干溶剂，制成具有温度敏感性的导电集流体；该具有温度敏感性的导电集流体提供给锂离子电池涂布工序使用；步骤3，按照锂离子电池制造过程，制备包含正极活性物质或负极活性物质的浆料，并将该浆料涂布在步骤2所得的具有温度敏感性的导电集流体上，即在预涂层之上涂布正、负极活性材料，从而制作为锂离子电池极片，再进一步通过辊压分切等工序制作锂离子电池。 

上述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其中，步骤1所述的预涂层涂料，其中的固含量按重量百分比计为5~20%。 

上述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其中，所述的步骤1，其中先将所述的粘结剂与溶剂混合，再分别加入正温度型材料和导电剂混合均匀，制成预涂层涂料。优选地，先将粘结剂与溶剂混合，再分别加入正温度型材料和导电剂混合均匀，制成固含量按重量百分比计为10%的预涂层涂料。 

上述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其中，所述的步骤2所得的具有温度敏感性的导电集流体，其表面预涂层的厚度为1μm~30μm。 

上述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其中，所述的集流体包含铝箔、铝网、铜箔、铜网等中的任意一种或几种的组合。 

上述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其中，所述的正极活性物质包含磷酸亚铁锂、三元材料镍钴锰（NCM）、锰酸锂、钴酸锂、镍钴铝酸锂（NCA）等中的任意一种或几种的组合。 

上述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其中，所述的负极活性物质包含人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、钛酸锂等中的任意一种或几种的组合。 

本发明提供的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法具有以下优点： 

本发明中使用的具有温度特性的预涂层对温度敏感，在常温时该预涂层导电性良好，电阻率低于涂层的电阻率，当温度升高时，预涂层电阻急剧上升，预涂层内导电剂连接集流体和正、负极涂层间的导电网络被阻断。涂层内的电子不能通过集流体转移，电子的转移速度大大降低，可有效的防止电池进一步反应升温，从而降低电池燃烧、爆炸等风险。

附图说明

图1为本发明的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法中涂有预涂层的集流体结构示意图。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。 

本发明提供的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，该锂离子电池内设有通过在集流体1上涂布包含正、负极活性物质的浆料而成的正、负极片，包含以下步骤。 

步骤1，将粘结剂、正温度型材料、导电剂按照20%~80%、10%~80%、0%~70%的重量百分比添加在溶剂中混合均匀，制成预涂层2涂料；预涂层2涂料，其中的固含量按重量百分比计为5~20%；溶剂优选为有机溶剂，进一步优选为N-甲基吡咯烷酮（NMP）；且优选地，先将粘结剂与溶剂混合，再分别加入正温度型材料和导电剂混合均匀，制成固含量按重量百分比计为10%的预涂层2涂料。 

步骤2，将步骤1所得的预涂层2涂料涂布在集流体1上，烘干溶剂，制成具有温度敏感性的导电集流体；该具有温度敏感性的导电集流体提供给锂离子电池涂布工序使用，其表面预涂层2的厚度为1μm~30μm。 

步骤3，按照锂离子电池制造过程，制备包含正极活性物质或负极活性物质的浆料，并将该浆料涂布在步骤2所得的具有温度敏感性的导电集流体上，即在预涂层2之上涂布正、负极活性材料，从而制作为锂离子电池极片，再进一步通过辊压分切等工序制作锂离子电池。 

其中，粘结剂为聚偏氟乙烯（PVDF）、羧甲基纤维素钠（CMC）、丁苯胶乳（SBR）、聚四氟乙烯（PFTE）、聚氧化乙烯（PEO）等中的任意一种或几种的组合。 

正温度型材料为复合型导电高分子材料或加热后易膨胀的材料。该类型材料已在PTC（热敏电阻）中应用，其成分及制备方法应已为本领域技术人员所知。复合型导电高分子材料为填充碳黑颗粒的聚合物材料，其包含聚乙烯基复合导电高分子材料或聚丙烯基复合导电高分子材料等。加热后易膨胀的材料包含聚乙烯或聚丙烯等。 

导电剂包含导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、金属粉或纤维等中的任意一种或几种的组合。 

集流体1包含铝箔、铝网、铜箔、铜网等中的任意一种或几种的组合。 

正极活性物质包含磷酸亚铁锂、三元材料镍钴锰（NCM）、锰酸锂、钴酸锂、镍钴铝酸锂（NCA）等中的任意一种或几种的组合。 

负极活性物质包含人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、钛酸锂等中的任意一种或几种的组合。 

参见图1所示，该方法通过增加预涂层2的方式，在电池温度上升时，预涂层2电阻急剧上升，正极或负极材料涂层3向集流体1的电子导电路线被阻断。 

以下通过实施例对本发明的进行更详细的说明。 

实施例1       

预涂层2混料：按粘结剂PVDF、聚乙烯基复合导电高分子材料、导电炭黑Super P分别为50% wt%、45% wt%、5% wt%的比例称取物料。先将粘结剂PVDF溶于溶剂NMP中，然后再分别加入聚乙烯基复合导电高分子材料、导电炭黑Super P，混合均匀后制成固含量10% wt%的预涂层2涂料。

将上述预涂层2涂料涂布在铝箔上，烘干制成具有温度特性的导电铝箔。 

正极采用三元材料NCM111，负极采用人造石墨，分别制备正、负极浆料，将制备的正极浆料涂布在上述有温度特性的导电铝箔上，负极浆料涂布在铜箔上，然后分别辊压分切，并通过叠片或者卷绕的方式与聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三层复合隔膜组装成电池。 

实施例2 

预涂层2混料：按粘结剂PFTE、聚乙烯基复合导电高分子材料、导电炭黑Super P、导电石墨Ks-6分别50% wt%、40% wt%、5% wt%、5% wt%的比例称取物料。将粘结剂PFTE与溶剂NMP混合，然后再分别加入聚乙烯基复合导电高分子材料、导电炭黑Super P、导电石墨Ks-6，混合均匀后制成固含量10% wt%的预涂层2涂料。

将上述预涂层2涂料涂布在铝箔上，烘干制成具有温度特性的导电铝箔。 

正极采用磷酸亚铁锂材料，负极采用人造石墨，分别制备正、负极浆料，将制备的正极浆料涂布在上述有温度特性的导电铝箔上，负极浆料涂布在铜箔上，然后分别辊压分切，并通过叠片或者卷绕的方式与聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三层复合隔膜组装成电池。 

实施例3 

预涂层2混料：按粘结剂PVDF、聚丙烯基复合导电高分子材料、导电炭黑Super P分别40% wt%、40% wt%、20% wt%的比例称取物料。将粘结剂PVDF溶于溶剂NMP中，然后再分别加入聚丙烯基复合导电高分子材料、导电炭黑Super P，混合均匀后制成固含量10% wt%的预涂层2涂料。

将上述预涂层2涂料涂布在铝箔和铜箔上，烘干制成具有温度特性的导电铝箔和导电铜箔。 

正极采用锰酸锂，负极采用人造石墨，分别制备正、负极浆料，将制备的正极浆料涂布在上述有温度特性的导电铝箔上，负极浆料涂布在有温度特性的导电铜箔上，然后分别辊压分切，并通过叠片或者卷绕的方式与聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三层复合隔膜组装成电池。 

实施例4 

预涂层混料：按粘结剂PVDF、丙烯基复合导电高分子材料分别50% wt%、50% wt%的比例称取物料。将粘结剂PVDF溶于溶剂NMP中，然后再分别加入烯基复合导电高分子材料，混合均匀后制成固含量10% wt%的预涂层2涂料。

将上述预涂层2涂料涂布在铝箔和铜箔上，烘干制成具有温度特性的导电铝箔和导电铜箔。 

正极采用钴酸锂，负极采用人造石墨，分别制备正、负极浆料，将制备的正极浆料涂布在上述有温度特性的导电铝箔上，负极浆料涂布在有温度特性的导电铜箔上，然后分别辊压分切，并通过叠片或者卷绕的方式与聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三层复合隔膜组装成电池。 

本发明提供的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，在集流体1上涂布包含正、负极活性物质的浆料之前，预先在集流体1上涂布具有温度敏感性的预涂层2；该具有温度敏感性的预涂层2，其成分包含粘结剂、正温度型材料以及导电剂；粘结剂、正温度型材料与导电剂的重量比为（2~8）：（1~8）：（0~7）。该方法针对现有技术的不足，通过在集流体1上预先涂布温度性材料的方式，能够改善锂离子电池过充、短路、挤压等安全特性。 

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。 

Claims (8)

1.一种含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，该方法制备的极片为多层涂覆极片，在集流体上涂布包含正极或负极活性物质的浆料之前，预先在集流体上涂布具有温度敏感性的预涂层；所述的具有温度敏感性的预涂层，其成分包含粘结剂、正温度型材料以及导电剂；所述粘结剂、正温度型材料与导电剂的重量比为（2~8）：（1~8）：（0~7）。

2.如权利要求1所述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，所述的正温度型材料为复合型导电高分子材料或加热后易膨胀的材料。

3.如权利要求2所述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，所述的复合型导电高分子材料为填充碳黑颗粒的聚合物材料，其包含聚乙烯基复合导电高分子材料或聚丙烯基复合导电高分子材料。

4.如权利要求2所述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，所述的加热后易膨胀的材料包含聚乙烯或聚丙烯。

5.如权利要求1~4中任意一项所述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，所述的方法包含以下步骤：

       步骤1，将所述的粘结剂、正温度型材料、导电剂按照20%~80%、10%~80%、0%~70%的重量百分比添加在溶剂中混合均匀，制成预涂层涂料； 

      步骤2，将步骤1所得的预涂层涂料涂布在集流体上，烘干溶剂，制成具有温度敏感性的导电集流体； 

      步骤3，按照锂离子电池制造过程，制备包含正极活性物质或负极活性物质的浆料，并将该浆料涂布在步骤2所得的具有温度敏感性的导电集流体上，从而制作为锂离子电池极片。

6.如权利要求5所述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，步骤1所述的预涂层涂料，其中的固含量按重量百分比计为5~20%。

7.如权利要求6所述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，所述的步骤1，其中先将所述的粘结剂与溶剂混合，再分别加入正温度型材料和导电剂混合均匀，制成预涂层涂料。

8.如权利要求5所述的含PTC涂层的锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，所述的步骤2所得的具有温度敏感性的导电集流体，其表面预涂层的厚度为1μm~30μm。