CN105702965A - 一种高安全性能的锂离子电池正极及该正极活性物质浆料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池，提供了一种熔点高，可大幅度提高电池的安全可靠性，并延长电池使用寿命的高安全性能的锂离子电池正极及该正极活性物质浆料的制备方法，解决了现有技术中存在的锂离子电池正极易燃，甚至引发爆炸，安全性可靠性差等的技术问题，它包括正极集流体及涂覆于正极集流体表面的正极活性物质涂层，所述正极集流体为可在电池充放电窗口内保持稳定、且熔点高于1000℃的金属或合金。

Description

一种高安全性能的锂离子电池正极及该正极活性物质浆料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种熔点高，可提高电池安全可靠性，并延长电池使用寿命的高安全性能的锂离子电池正极及该正极活性物质浆料的制备方法。
背景技术
近年来，由于锂离子电池具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长和环境污染小等优点愈来愈广泛地应用于电子产品、电动汽车、航空航天等各个领域。然而锂离子电池着火和爆炸的事件也时有发生，因此其安全性日益受到人们重视，同时也制约了锂离子电池向大型化和高能化方向的发展。实验表明，在对锂离子电池进行针刺、挤压、过充和加热等操作时，电池大多会发生着火甚至爆炸等现象，众所周知，可燃物、助燃物和引燃物为燃烧三要素，锂离子电池中可燃物主要是电解液及隔膜，助燃物主要为电池破裂后外界环境中大量的氧气，这两者在电池失效过程中都无法避免，而电池燃烧的最关键因素是引燃物，引燃物即为由电池内部喷出的火星，而火星是由正极主材铝箔（熔点为660℃左右）熔化产生的，在电池的失效过程中，电池内部的温度可达660℃至1000℃左右，在此温度下，铝箔都会熔化并转化为直径0.1mm至3mm的高温金属小颗粒，随电解液蒸汽逸出到电池外部空间中并引燃电解液蒸汽与空气混合物，造成电池的燃烧和爆炸。由此可知，引起电池着火和爆炸的直接原因是热失控，过程中随着温度的不断升高，电池的正、负极主材与电解液发生放热反应，并产生大量的热和气体，而残余电解液变成电解液蒸汽，使电池内部压力急剧上升，最后电池破裂，可燃性气体逸出，因此锂离子电池正极在电池发生燃烧和爆炸时起到了决定性的作用，直接关系到电池及电池的安全。为了进一步提高锂离子电池的安全性能，人们采用电解液阻燃添加剂、PTC涂层、陶瓷隔膜等方法，但均不能从根本上解决锂离子电池易燃的安全性问题。
发明内容
本发明主要是提供了一种熔点高，可大幅度提高电池的安全可靠性，并延长电池使用寿命的高安全性能的锂离子电池正极及该正极活性物质浆料的制备方法，解决了现有技术中存在的锂离子电池正极易燃，甚至引发爆炸，安全性可靠性差等的技术问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种高安全性能的锂离子电池正极，包括正极集流体及涂覆于正极集流体表面的正极活性物质涂层，所述正极集流体为可在电池充放电窗口内保持稳定、且熔点高于1000℃的金属或合金。当正极采用满足电池充放电功能、熔点高于1000℃的金属或合金时，在电池的失效过程中，也就是电池内部温度达660℃至1000℃左右时，用作正极的金属或合金不会发生熔化现象，从而也不会发生随电解液蒸汽逸出到电池外部空间中造成电池的燃烧和爆炸现象，因此大幅度的提高了电池的安全可靠性，并延长电池的使用寿命，同时可提高电池充电电压值，改善电池性能指标。
作为优选，所述正极集流体为不锈钢箔或铁箔。采用不锈钢箔或铁箔作为正极集流体，在满足电池充放电功能的同时，熔点高，内阻低。
作为优选，在所述正极集流体的表面设有铝或镍的正极集流体镀层，正极活性物质涂层涂覆于正极集流体镀层的表面。通过在正极集流体的表面设置铝或镍的正极集流体镀层，可改善不锈钢箔或铁箔等高熔点正极的导电性，保证电池的使用性能。
作为更优选，在所述正极集流体镀层外设有正极集流体导电涂层，正极活性物质涂层涂覆于正极集流体导电涂层的表面。正极集流体导电涂层同样是为了改善不锈钢箔或铁箔等高熔点正极的导电性，使电池性能稳定发挥。
作为更优选，所述正极集流体镀层的厚度为0.001mm至0.01mm，正极集流体导电涂层的厚度≤0.01mm。合理的正极集流体镀层和正极集流体导电涂层的厚度，在改善了正极导电性的同时，不会降低正极熔点，使电池的安全性得到保证。
一种锂离子电池正极活性物质浆料的制备方法，其特征在于：包括如下顺序步骤：
1）将正极活性物质、导电剂、粘结剂、NMP按照质量比80至100:1至8:1至8:80至150的比例，在氮气或真空环境下搅拌均匀，制成正极活性物质浆料；
2）采用涂布工序将正极活性物质浆料双面涂覆于正极集流体表面后烘干；
3）经过辊压工序压制成正极极片；
其中的正极活性物质为锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、镍锰钴复合氧化物、锂钒氧化物、锂铁氧化物的一种或几种；导电剂为石墨、炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、中间相炭微球、乙炔黑、ks-6、无定形碳中的一种或几种；粘结剂为CMC、PVDF、SBR、PVA、聚氨酯、PTFE、聚烯烃、氟化橡胶中的一种或几种。
作为优选，所述步骤2）的烘干温度为50℃至110℃。
因此，本发明的一种高安全性能的锂离子电池正极及该正极活性物质浆料的制备方法具有下述优点：当正极熔点高于1000℃时，在电池的失效过程中正极不会发生熔化现象，从而也不会引发电池燃烧和爆炸，因此大幅度的提高了电池的安全可靠性，并延长电池的使用寿命，同时又提高了电池的充电电压值，改善了电池性能指标。
附图说明：
图1是发明一种高安全性能的锂离子电池正极的结构示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：
如图1所示，本发明的一种高安全性能的锂离子电池正极，包括正极集流体1，正极集流体1为可在电池充放电窗口内保持稳定、且熔点高于1000℃的不锈钢箔，在正极集流体1的表面带有铝的正极集流体镀层3，在正极集流体镀层3外设有正极集流体导电涂层4，正极集流体导电涂层4的表面又涂覆有正极活性物质涂层2，其中正极集流体镀层3的厚度为0.005mm，正极集流体导电涂层4的厚度为0.002mm。
一种锂离子电池正极活性物质浆料的制备方法，包括如下顺序步骤：
1）将正极活性物质、导电剂、粘结剂、NMP按照质量比90:5:4:120的比例，在氮气或真空环境下搅拌均匀，制成正极活性物质浆料；
2）采用涂布工序将正极活性物质浆料双面涂覆于正极集流体1表面后通过80℃烘干；
3）经过辊压工序压制成正极极片；
其中的正极活性物质为锂钴氧化物、锂镍氧化物和锂钒氧化物；导电剂为石墨、炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、中间相炭微球、乙炔黑、ks-6、无定形碳；粘结剂为CMC。
实施例2
正极集流体1为可在电池充放电窗口内保持稳定、且熔点高于1000℃的铁箔，正极集流体镀层3的厚度为0.008mm，正极集流体导电涂层4的厚度为0.005mm。其余部分与实施例1完全相同。
本发明的一种电动车，包括实施例1中的高安全性能的锂离子电池正极及该正极活性物质浆料的制备方法。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的构思作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种高安全性能的锂离子电池正极，包括正极集流体（1）及涂覆于正极集流体（1）表面的正极活性物质涂层（2），其特征在于：所述正极集流体（1）为可在电池充放电窗口内保持稳定、且熔点高于1000℃的金属或合金。
2.根据权利要求1所述的一种高安全性能的锂离子电池正极，其特征在于：所述正极集流体（1）为不锈钢箔或铁箔。
3.根据权利要求1或2所述的一种高安全性能的锂离子电池正极，其特征在于：在所述正极集流体（1）的表面设有铝或镍的正极集流体镀层（3），正极活性物质涂层（2）涂覆于正极集流体镀层（3）的表面。
4.根据权利要求3所述的一种高安全性能的锂离子电池正极，其特征在于：在所述正极集流体镀层（3）外设有正极集流体导电涂层（4），正极活性物质涂层（2）涂覆于正极集流体导电涂层（4）的表面。
5.根据权利要求4所述的一种高安全性能的锂离子电池正极，其特征在于：所述正极集流体镀层（3）的厚度为0.001mm至0.01mm，正极集流体导电涂层（4）的厚度≤0.01mm。
6.一种根据权利要求1所述的锂离子电池正极活性物质浆料的制备方法，其特征在于：包括如下顺序步骤：
1）将正极活性物质、导电剂、粘结剂、NMP按照质量比80至100:1至8:1至8:80至150的比例，在氮气或真空环境下搅拌均匀，制成正极活性物质浆料；
2）采用涂布工序将正极活性物质浆料双面涂覆于正极集流体（1）表面后烘干；
3）经过辊压工序压制成正极极片；
其中的正极活性物质为锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、镍锰钴复合氧化物、锂钒氧化物、锂铁氧化物的一种或几种；导电剂为石墨、炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、中间相炭微球、乙炔黑、ks-6、无定形碳中的一种或几种；粘结剂为CMC、PVDF、SBR、PVA、聚氨酯、PTFE、聚烯烃、氟化橡胶中的一种或几种。
7.一种根据权利要求6所述的锂离子电池正极活性物质浆料的制备方法，其特征在于：所述步骤2）的烘干温度为50℃至110℃。
8.一种电动车，其特征在于，包括权利要求1至7的任何一项所述的高安全性能的锂离子电池正极及该正极活性物质浆料的制备方法。
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