CN105742733A - 一种增强锂离子电池安全性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种增强锂离子电池安全性的方法，包括如下步骤：微胶囊的制备，微胶囊包括囊芯部分和囊壳部分，囊芯部分包裹于囊壳部分的内部，囊芯部分为锂离子用的阻燃剂，将阻燃剂包裹于囊壳部分的内部形成微胶囊；将微胶囊混到含有隔离膜保护剂的溶液中；将混有微胶囊的溶液均匀涂覆在隔离膜表面，烘干后作为锂离子电池隔离膜使用；将处理后的隔离膜通过卷绕或叠片方式组装应用到锂离子电池中。上述方法具有以下有益效果：将阻燃剂包裹于微胶囊中并固定在隔离膜表面，既不影响电解液粘度，保证了电池的倍率及低温性能；发生热失控时，能更迅速地对电池做出保护反应，对电池安全性地提升效果更加显著。

Description

一种增强锂离子电池安全性的方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种增强锂离子电池安全性的方法。
背景技术
锂离子电池以其高比能量、高电压、无记忆效应、环保以及寿命长等优点，作为可靠的能源已广泛应用于便携式电子产品如移动电话、笔记本电脑及小型电源驱动设备的电源。但近些年，各国都发生了多起电池安全事故，这主要是由于电池在滥用(热冲击、过充、短路等)状态下引起热失控而导致的安全性问题，特别是在电动车等大容量电源应用方面，安全问题尤其重要。
为了提升锂离子电池的安全性，现有技术所采用的方法是在电解液中添加阻燃添加剂。但是添加剂的使用，会导致电解液的粘性增加，对电池的倍率性和低温性能造成影响。
专利CA104466186A中采用微胶囊技术，在正极材料内加入含有阻燃成分的微胶囊，对电池进行保护和改进。但是，由于正极极片在制作过程中，需要大压力地辊压，有可能会导致微胶囊的破裂，在加工过程中造成阻燃剂的损失，从而降低阻燃剂的实际使用效果。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种增强锂离子电池安全性的方法，该方法既能保持阻燃剂对电池安全性的增强，又不影响到电池的倍率和低温性能。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种增强锂离子电池安全性的方法，包括如下步骤：
第一步，微胶囊的制备，所述微胶囊包括囊芯部分和囊壳部分，所述囊芯部分包裹于所述囊壳部分的内部，所述囊芯部分为锂离子用的阻燃剂，将所述阻燃剂包裹于所述囊壳部分的内部形成微胶囊；
第二步，将第一步的微胶囊混到含有隔离膜保护基的溶液中，所述隔离膜保护基是指对隔离膜起保护作用的固体颗粒材料；
第三步，将第二步的混有微胶囊的溶液均匀涂覆在隔离膜表面，烘干后作为锂离子电池隔离膜使用；
第四步，将第三步的隔离膜通过卷绕或叠片方式组装应用到锂离子电池中。
作为本发明所述的增强锂离子电池安全性的方法的一种改进，所述阻燃剂为卤系阻燃剂和磷系阻燃剂中的至少一种。
作为本发明所述的增强锂离子电池安全性的方法的一种改进，所述卤系阻燃剂选自三氟乙基碳酸酯、十溴联苯醚、四氯邻苯二甲酸酐和四溴双酚A中的至少一种。
作为本发明所述的增强锂离子电池安全性的方法的一种改进，所述磷系阻燃剂选自磷酸三苯酚、磷酸三氯丙酯，磷酸三甲基苯酯中的至少一种。
上述所选物质都是较为理想的阻燃剂，将卤系阻燃剂中的含氟阻燃剂与磷系阻燃剂协同作用时，其阻燃效果更加明显。
作为本发明所述的增强锂离子电池安全性的方法的一种改进，所述囊壳部分选用材料为高分子材料，所述高分子材料为明胶、果胶、琼脂甲基纤维素和聚四氟乙烯。本发明选用的高分子材料必须具备耐电解液腐蚀能力，不被电解液溶解。当阻燃剂为亲水系材料时，囊壳部分选用亲油性材料；当阻燃剂为亲油系材料时，囊壳部分选用亲水系材料。
作为本发明所述的增强锂离子电池安全性的方法的一种改进，所述含有隔离膜保护基的溶液分水性溶液和油性溶液。所述含有隔离膜保护基的溶液能在隔离膜表面形成一层保护膜，既防止了隔离膜被氧化，又防止了隔离膜被刺穿。
作为本发明所述的增强锂离子电池安全性的方法的一种改进，所述水性溶液中含有的隔离膜保护剂为三氧化二铝。
作为本发明所述的增强锂离子电池安全性的方法的一种改进，所述油性溶液中含有的隔离膜保护剂为聚偏氯乙烯。
当囊壳部分选用材料为亲水系材料时，选用油性的含有隔离膜保护剂的溶液，当囊壳部分选用材料为亲油系材料时，选用水性的含有隔离膜保护剂的溶液。
作为本发明所述的增强锂离子电池安全性的方法的一种改进，所述微胶囊采用化学法，物理化学法和物理法制备而成。
作为本发明所述的增强锂离子电池安全性的方法的一种改进，所述微胶囊的结构为单核球型、多核球型、复合球型和双层壁型。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：将阻燃剂作为囊芯部分包裹于囊壳部分中形成微胶囊，并将其固定在隔离膜表面，一方面，阻燃剂不是分散在电解液中，不会影响电解液的粘度，因此其使用量可以大幅度增加，从而使得阻燃效果更加明显，并保证了电池的倍率及低温等性能；另一方面，在电池加工过程中，隔离膜所受挤压力的大小相对于电极极片小，所以当微胶囊固定在隔离膜上时，微胶囊不会因受到挤压作用而破裂，造成阻燃剂的损失；另外，隔离膜在电池中属于易燃物质，将阻燃剂固定在隔离膜上，相对于固定在电池极片上而言，在发生热失控的情况下，其能够更迅速地对电池做出保护反应，电池安全性增强效果更加显著。
附图说明
图1为本发明微胶囊的结构示意图之一。
图2为本发明微胶囊的结构示意图之二。
图3为本发明微胶囊的结构示意图之三。
图4为本发明微胶囊的结构示意图之四。
图5为本发明微胶囊的结构示意图之五。
具体实施方式
以下结合具体实施例详细描述本发明及其有益效果，但是，本发明的实施例并不局限于此。
对比例1
将正极极片、隔离膜、负极极片卷绕形成电极组件，隔离膜处在正极极片和负极极片之间。将所得的电极组放入电池壳中。往电池壳中注入电解液，电解液中添加有阻燃剂三氟乙基碳酸酯，真空封装电池壳。
对比例2
与对比例1不同的是：电解液中添加阻燃剂磷酸三甲基苯酯。
其它与对比例1相同，这里不再赘述。
对比例3
与对比例1不同的是：电解液中添加阻燃剂三氟乙基碳酸酯和磷酸三甲基苯酯。
其它与对比例1相同，这里不再赘述。
对比例4
第一步，微胶囊的制备，微胶囊包括囊芯部分和囊壳部分，将阻燃剂三氟乙基碳酸酯作为囊芯部分包裹于以聚四氟乙烯为材料的囊壳部分的内部形成微胶囊；
第二步，将微胶囊混入至正极材料中，均匀混合后制成正极浆料；
第三步，将正极浆料均匀涂覆在集流体的表面，烘干后作锂离子电池的正极极片使用；
第四步，将第三步的正极极片通过卷绕或叠片方式组装应用到锂离子电池中。
对比例5
与对比例4不同的是：电解液中添加阻燃剂磷酸三甲基苯酯。
其它与对比例4相同，这里不再赘述。
对比例6
与对比例4不同的是：电解液中添加阻燃剂三氟乙基碳酸酯和磷酸三甲基苯酯。
其它与对比例4相同，这里不再赘述。
实施例1
第一步，微胶囊的制备，微胶囊包括囊芯部分和囊壳部分，将阻燃剂三氟乙基碳酸酯作为囊芯部分包裹于以聚四氟乙烯为材料的囊壳部分的内部形成微胶囊，微胶囊的结构为单核球型(如图1所示)；
第二步，将第一步的微胶囊混入至含有隔离膜保护剂三氧化二铝的溶液中；
第三步，将第二步的混有微胶囊的溶液均匀涂覆在隔离膜表面，烘干后作为锂离子电池隔离膜使用；
第四步，将第三步的隔离膜通过卷绕或叠片方式组装应用到锂离子电池中。
实施例2
与实施例1不同的是：囊芯部分为阻燃剂磷酸三甲基苯酯，囊壳部分选用材料为聚偏二氯乙烯，微胶囊的结构为双核球型(如图2所示)。
其余同实施例1，这里不再赘述。
实施例3
与实施例1不同的是：囊芯部分为阻燃剂三氟乙基碳酸酯和磷酸三甲基苯酯，囊壳部分选用材料为聚四氟乙烯，微胶囊的结构为复合球型如图3。
其余同实施例1，这里不再赘述。
实施例4
与实施例1不同的是：囊芯部分为阻燃剂四溴双酚A，囊壳部分选用材料为琼脂，微胶囊的结构为双层壁型(如图4所示)。
其它同实施例1，这里不再赘述。
实施例5
与实施例1不同的是：囊芯部分为阻燃剂磷酸三苯酚，囊壳部分选用材料为明胶，微胶囊的结构为多核不规则型(如图5所示)。
其它同实施例1，这里不再赘述。
实施例6
将对比例1～6和实施例1～5制得的电池进行针刺性能测试发现，在针刺过程中对比例电池温度变化接近70℃，对比例1～3电池有冒烟现象，容易引起着火风险；而采用本发明的实施例1～5的电池只有不到40℃的温升，远低于对比例1～6，电池无冒烟、起火现象。由此可见，本发明所制备的电池安全性远高于对比例电池。
实施例7
将对比例1～6和实施例1～5制得的电池进行过充性能测试发现，对比例电池已出现了热失控，温度急剧升高，电池出现了冒烟现象；而本发明实施例电池的升温只有不到80℃，未出现漏液，电压波动等情况，表明本发明所制备的电池安全性远高于对比例电池。
实施例8
将对比例1～6和实施例1～5进行倍率性能和高温性能测试，得到表1的结果。
表1
由上表可以看出，实施例2～4低温条件下放电容量占常温放电容量的比例比对比例1～6的高，实施例2～4的容量保持率比对比例1～6的高，也就是说，将阻燃剂作为囊芯部分包裹于囊壳部分中形成微胶囊，并将其固定在隔离膜表面所制得的电池相比于直接将阻燃剂添加在电解液中或将阻燃剂包裹在微胶囊中混合于正极中所制得的电池具有较高的倍率性能和低温性能。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施例进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的实施例，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种增强锂离子电池安全性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，微胶囊的制备，所述微胶囊包括囊芯部分和囊壳部分，所述囊芯部分包裹于所述囊壳部分的内部，所述囊芯部分为锂离子用的阻燃剂，将所述阻燃剂包裹于所述囊壳部分的内部形成微胶囊；
第二步，将第一步的微胶囊混到含有隔离膜保护基的溶液中，所述隔离膜保护基是指对隔离膜起保护作用的固体颗粒材料；
第三步，将第二步的混有微胶囊的溶液均匀涂覆在隔离膜表面，烘干后作为锂离子电池隔离膜使用；
第四步，将第三步的隔离膜通过卷绕或叠片方式组装应用到锂离子电池中。
2.根据权利要求1所述的增强锂离子电池安全性的方法，其特征在于：所述阻燃剂为卤系阻燃剂和磷系阻燃剂中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的增强锂离子电池安全性的方法，其特征在于：所述卤系阻燃剂选自三氟乙基碳酸酯、十溴联苯醚、四氯邻苯二甲酸酐和四溴双酚A中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的增强锂离子电池安全性的方法，其特征在于；所述磷系阻燃剂选自磷酸三苯酚、磷酸三氯丙酯、磷酸三甲基苯酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的增强锂离子电池安全性的方法，其特征在于：所述囊壳部分选用材料为高分子材料，所述高分子材料为明胶、果胶、琼脂甲基纤维素和聚四氟乙烯。
6.根据权利要求1所述的增强锂离子电池安全性的方法，其特征在于：所述含有隔离膜保护基的溶液分为水性溶液和油性溶液。
7.根据权利要求6所述的增强锂离子电池安全性的方法，其特征在于：所述水性溶液中含有的隔离膜保护基为三氧化二铝。
8.根据权利要求6所述的增强锂离子电池安全性的方法，其特征在于：所述油性溶液中含有的隔离膜保护基为聚偏氯乙烯。
9.根据权利要求1所述的增强锂离子电池安全性的方法，其特征在于：所述微胶囊采用化学法，物理化学法和物理法制备而成。
10.根据权利要求1所述的增强锂离子电池安全性的方法，其特征在于：所述微胶囊的结构为单核球型、多核球型、复合球型和双层壁型。
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