CN106229474B - 一种用于锂离子电池集流体的涂层浆料以及一种锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于锂离子电池集流体的涂层浆料，所述涂层浆料中含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒20～5000重量份，粘结剂10～500重量份，分散剂1～15重量份；消泡剂1～15重量份；防腐剂1～10重量份；溶剂200～8000重量份。本发明提供了上述涂层浆料以及采用这种涂层浆料的锂离子电池。本发明的涂层浆料分散后稳定性好，使用此材料制作锂离子电池，可大幅度降低了活性层与集流体间的电阻，从而降低了电池内阻，提高电子传输速度，提高电池倍率性能，同时加入的陶瓷材料颗粒，在电池被热滥用和挤压时，其良好绝缘和隔热性能，可有效减少热量的产生和传递，防止电池发生热失控，从而提高电池的安全性能。

Description

一种用于锂离子电池集流体的涂层浆料以及一种锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，更具体地，涉及一种用于锂离子电池集流体的涂层浆料以及一种锂离子电池。
背景技术
目前，随着新能源技术的发展，对于锂离子动力电池的需求日益增长。单支电池的使用需求转变为多串并组合电池的使用需求，并且传统的锂离子电池难以满足动力电池高一致性和长使用寿命的要求。利用功能涂层材料对电池的正极、负极进行表面处理并形成功能涂层是一项突破性的技术创新，覆碳铝箔/铜箔就是将分散好的纳米导电石墨和碳包覆粒，均匀、细腻地涂覆在铝箔/铜箔上。它能提供极佳的静态导电性能，收集活性材料的微电流，从而可以大幅度降低正/负极活性材料和集流体之间的接触电阻，并能提高两者之间的附着能力，可减少粘结剂的使用量，进而使电池的整体性能产生显著的提升。
然而，现有的这种功能涂层材料为纳米级，微小颗粒在浆料分散好后，易团聚形成大颗粒，影响浆料的稳定性和涂覆效果。并且，因人们对电动汽车续航里程日益增长的要求，电池组整体容量提升，动力电池比能量越高，安全性面临的挑战越大，提高电池模组的安全性尤其重要，特别是三元动力电池模组的热失控和抗挤压的安全性。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种安全环保、分散后稳定性好，并可显著提高锂离子电池的电化学性能，同时提高电池模组的热失控和抗挤压的安全性的涂层浆料；并且进一步地提供采用这种涂层浆料的锂离子电池。
首先本发明提供了一种用于锂离子电池集流体的涂层浆料，所述涂层浆料中含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒20～5000重量份，粘结剂10～500重量份，分散剂1～15重量份；消泡剂1～15重量份；防腐剂1～10重量份；溶剂200～8000重量份；
所述导电剂为石墨烯、碳纳米管、碳纤维、活性碳、无定形碳、石墨片、石墨颗粒、导电炭黑、科琴黑、中间相碳微球、乙炔黑中的中的一种或多种，平均粒径在30～50nm；
所述陶瓷材料颗粒为氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍、氧化锌、氧化镍、二氧化锗、二氧化钛、二氧化锰、氮化硅、碳化硅、钛酸钡中的一种或多种，平均粒径在100～500nm；
所述粘结剂选用聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠盐、丁苯橡胶、环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯腈多元共聚物的一种或多种，优选聚丙烯酸酯，进一步优选固含量为20～30％的聚丙烯酸酯乳液；
所述粘结剂为加入螯合剂进行螯合后的粘结剂，所述螯合剂选用氢氧化钙、氨水、氢氧化钾和氢氧化钠中的一种或多种；
所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚环氧乙烷醚、聚丙烯酰胺、聚乙二醇辛基苯基醚中的一种或多种；
所述消泡剂选用乙醇、正丁醇中的一种或多种；
所述防腐剂为苯酚、甲酚、氯甲酚、麝香草酚、羟苯酯类、苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐、硼酸及其盐类、丙酸、脱氢醋酸、甲醛、戊二醛中的一种或多种；
所述溶剂包括有机溶剂和/或无机溶剂，其中有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种，无机溶剂为去离子水、蒸馏水、纯净水中的一种或多种；
所述涂层浆料的制备方法包括以下步骤：先将螯合剂加入粘结剂和溶剂中，搅拌螯合后，再按比例将导电剂和陶瓷材料颗粒依次加入，选择性添加分散剂、消泡剂和防腐剂，搅拌并研磨和分散直至分散均匀，得到所述涂层浆料；所述搅拌的线速度为10～30m/s，搅拌时间为1～24小时；所述研磨和分散采用球磨机或高速分散机进行，所述球磨机使用的锆珠尺寸选取0.3～1.2mm，所述分散过程中，浆料温度控制在50℃以下。优选的，所述涂层浆料含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒80～150重量份，粘结剂60～100重量份。
本发明进一步提供了一种锂离子电池，包括：电池壳体、密封在电池壳体内的极芯和非水电解液；所述极芯包括电池正极、负极和隔膜；所述电池正极、负极包括：集流体、以及涂覆于所述集流体上的涂层，所述涂层为上述的涂层浆料涂覆在集流体上，干燥后得到。
本发明加入陶瓷材料颗粒，在电池被热滥用和挤压时，其良好绝缘和隔热性能，可有效减少热量的产生和传递，防止电池发生热失控，从而提高电池的安全性能。
因而，本发明的锂离子电池的涂层浆料分散后稳定性好，涂覆后厚度均匀，外观好；采用本发明的锂离子电池的涂层浆料制作的锂离子电池不仅安全性高，而且具有较好的电化学性能，包括较好的倍率性能和循环性能。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
具体地，本发明提供了一种用于锂离子电池集流体的涂层浆料，所述涂层浆料中含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒20～5000重量份，粘结剂10～500重量份，分散剂1～15重量份；消泡剂1～15重量份；防腐剂1～10重量份；溶剂200～8000重量份。
优选的实施方式中，所述涂层浆料含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒80～150重量份，粘结剂60～100重量份。
所述导电剂为石墨烯、碳纳米管、碳纤维、活性碳、无定形碳、石墨片、石墨颗粒、导电炭黑、科琴黑、中间相碳微球、乙炔黑中的一种或多种，优选导电炭黑，平均粒径在30～50nm。本发明优选采用碳材料作导电剂，涂覆于集流体上，大幅度降低了活性层与集流体间的电阻，从而降低了电池内阻，提高电子传输速度。
所述陶瓷材料颗粒为氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍、氧化锌、氧化镍、二氧化锗、二氧化钛、二氧化锰、氮化硅、碳化硅、钛酸钡中的一种或多种，优选氧化铝，平均粒径在100～500nm。本发明加入陶瓷材料颗粒，在电池被热滥用和挤压时，其良好绝缘和隔热性能，可有效减少热量的产生和传递，防止电池发生热失控，从而提高电池的安全性能。
所述粘结剂选用聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠盐、丁苯橡胶、环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯腈多元共聚物的一种或多种，优选聚丙烯酸酯，进一步优选固含量为20～30％的聚丙烯酸酯乳液。
所述粘结剂为加入螯合剂进行螯合后的粘结剂，所述螯合剂选用氢氧化钙、氨水、氢氧化钾和氢氧化钠中的一种或多种。
所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚环氧乙烷醚、聚丙烯酰胺、聚乙二醇辛基苯基醚中的一种或多种。优选情况下，以100重量份的导电剂为基准，其中分散剂的用量为1～15重量份。
所述消泡剂选用乙醇、正丁醇中的一种或多种。优选情况下，以100重量份的导电剂为基准，其中消泡剂的用量为1～15重量份。
所述防腐剂为苯酚、甲酚、氯甲酚、麝香草酚、羟苯酯类、苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐、硼酸及其盐类、丙酸、脱氢醋酸、甲醛、戊二醛中的一种或多种。优选情况下，以100重量份的导电剂为基准，其中防腐剂的用量为1～10重量份。
所述溶剂包括有机溶剂和/或无机溶剂，其中有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种，无机溶剂为去离子水、蒸馏水、纯净水的一种或多种。
所述用于锂离子电池集流体的涂层浆料中还含有1～15重量份的螯合剂、1～15重量份的消泡剂、1～10重量份的防腐剂、1～15重量份的分散剂。其中，螯合剂、消泡剂、防腐剂以及分散剂的作用和种类均如前所述，此处不再赘述。
本发明中，所述涂层浆料的制备方法包括以下步骤：先将螯合剂加入粘结剂和溶剂中，搅拌螯合后，再按比例将导电剂和陶瓷材料颗粒依次加入，选择性添加分散剂、消泡剂和防腐剂，搅拌并研磨和分散直至分散均匀，得到所述涂层浆料；所述搅拌的线速度为10～30m/s，搅拌时间为1～24小时；所述研磨和分散采用球磨机或高速分散机进行，所述球磨机使用的锆珠尺寸选取0.3～1.2mm，所述分散过程中，浆料温度控制在50℃以下。
最后，本发明提供了一种采用该涂层浆料的锂离子电池。具体地，本发明提供了一种锂离子电池，包括：电池壳体、密封在电池壳体内的极芯和非水电解液；所述极芯包括电池正极、负极和隔膜；所述电池正极和/或负极包括：集流体、以及涂覆于所述集流体上的涂层，所述涂层为上述的涂层浆料涂覆在集流体上，干燥后得到。
如前所述，本发明优选实施例的锂离子电池，包括电池壳体、密封在电池壳体内的极芯和非水电解液；所述极芯包括电池正极、负极和隔膜。
其中，所述的负极由负极活性材料和相应的粘结剂、分散剂、溶剂混合搅拌，形成浆料，涂覆在集流体上并进行烘干、压片后制得，包括负极集流体及形成于负极集流体上的活性层。作为用于负极的集流体，可以是铜箔、不锈钢箔、镍箔，形状可以是筛网状、箔状。所述负极活性材料、粘结剂、分散剂以及溶剂可以采用本领域技术人员公知的负极活性材料、粘结剂、分散剂以及溶剂。
所述的正极由正极活性材料和相应的粘结剂、分散剂、溶剂混合搅拌，形成浆料，涂覆在集流体上并进行烘干、压片后制得，包括正极集流体及形成于正极集流体上的活性层。作为用于正极的集流体，可以是铝箔、不锈钢箔，形状可以是筛网状、箔状。所述正极活性材料、粘结剂、分散剂以及溶剂可以采用本领域技术人员公知的正极活性材料、粘结剂、分散剂以及溶剂。
所述的隔膜可以是无纺布、合成树脂微孔膜；优先使用合成树脂微孔膜，具体有聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、聚乙烯聚丙烯复合微孔膜、聚烯烃类微孔膜等，其中又以聚烯烃类微孔膜为优选。
所述的电解液是非水系电解液。对其中的电解质，可使用通常的非水电解液使用的电解质盐，例如LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiSbF6、LiCl、LiBr、LiCF2SO3等锂盐，从氧化稳定性角度考虑，最好选用LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6中的一种或几种。电解液所用溶剂为有机溶剂，可以为本领域技术人员公知的电解液用溶剂。
本发明的要点在于在正极和/或负极的集流体上，先涂覆一层涂层浆料，干燥后形成涂层，再涂覆活性材料形成活性层；通过所述涂层，能提供极佳的静态导电性能，收集活性材料的微电流，从而可以大幅度降低正/负极活性材料和集流体之间的接触电阻，并能提高两者之间的附着能力，可减少粘结剂的使用量，进而使电池的整体性能产生显著的提升。同时，在电池被滥用或者受到挤压时，涂层材料中的陶瓷材料颗粒具有良好绝缘和耐热性能，可有效减少热量的产生和传递，防止电池发生热失控，提高了锂离子电池的安全性能。
本发明的锂离子电池的制作方法为常规的锂离子电池的制作方法，通过将上述制得的正极、与负极及隔膜采用卷绕式或层叠式来构成极芯，再将该极芯放入电池外壳中，焊接盖帽、注液、封口、化成后制得锂离子电池。区别在于，在正极和负极的制作时，先在集流体上涂覆了涂层浆料，经干燥后形成涂层。
本发明提供的这种锂离子电池相较于现有的锂离子电池，具有更佳的电化学性能，具体地，具有低内阻、高倍率，长使用寿命、良好的高温性能和高安全性。这是因为，本发明的锂离子电池的涂层浆料分散后稳定性好，涂覆后厚度均匀，外观好；因此采用本发明的锂离子电池的涂层制作的锂离子电池不仅安全性高，而且具有较好的电化学性能，包括较好的倍率性能和循环性能。
下列实施例会更有助于说明本发明，应理解，这些实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。
实施例1～15
实施例1
(1)将0.05kg氢氧化钙加入3kg固含量25％的聚丙烯酸酯乳液和7kg去离子水中，搅拌24小时螯合后，再将1kg导电炭黑和1kg氧化铝(其中，所述氧化铝粒径为100～500nm)依次加入螯合后的聚丙烯酸酯乳液中，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为20m/s)，再加入0.05kg聚乙烯吡咯烷酮、0.05kg乙醇和0.05kg丙酸，经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为70～90℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的正极和负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，得到实施例1的锂离子电池。
实施例2
(1)将0.05kg氢氧化钙加入2.4kg固含量25％的聚丙烯酸酯乳液和7kg去离子水中，搅拌24小时螯合后，再将1kg导电炭黑和0.8kg氧化铝(其中，所述氧化铝粒径为100～500nm)依次加入螯合后的聚丙烯酸酯乳液中，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为20m/s)，再加入0.05kg聚乙烯吡咯烷酮、0.05kg乙醇和0.05kg丙酸，经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为70～90℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的正极和负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，得到实施例1的锂离子电池。
实施例3
(1)将0.05kg氢氧化钙加入4kg固含量25％的聚丙烯酸酯乳液和7kg去离子水中，搅拌24小时螯合后，再将1kg导电炭黑和1.5kg氧化铝(其中，所述氧化铝粒径为100～500nm)依次加入螯合后的聚丙烯酸酯乳液中，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为20m/s)，再加入0.05kg聚乙烯吡咯烷酮、0.05kg乙醇和0.05kg丙酸，经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为70～90℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的正极和负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，得到实施例3的锂离子电池。
实施例4
(1)将0.01kg氢氧化钙加入0.4kg固含量25％的聚丙烯酸酯乳液和2kg去离子水中，搅拌24小时螯合后，再将1kg导电炭黑和0.2kg氧化铝(其中，所述氧化铝粒径为100～500nm)依次加入螯合后的聚丙烯酸酯乳液中，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为20m/s)，再加入0.01kg聚乙烯吡咯烷酮、0.01kg乙醇和0.01kg丙酸，经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为70～90℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的正极和负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，得到实施例4的锂离子电池。
实施例5
(1)将0.15kg氢氧化钙加入20kg固含量25％的聚丙烯酸酯乳液和80kg去离子水中，搅拌24小时螯合后，再将1kg导电炭黑和50kg氧化铝(其中，所述氧化铝粒径为100～500nm)依次加入螯合后的聚丙烯酸酯乳液中，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为20m/s)，再加入0.15kg聚乙烯吡咯烷酮、0.15kg乙醇和0.10kg丙酸，经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为70～90℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的正极和负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，得到实施例5的锂离子电池。
实施例6
1)将0.05kg氢氧化钙加入3kg固含量25％的聚丙烯酸酯乳液和7kg去离子水中，搅拌24小时螯合后，再将1kg导电炭黑和2kg氧化铝(其中，所述氧化铝粒径为100～500nm)依次加入螯合后的聚丙烯酸酯乳液中，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为20m/s)，再加入0.01kg聚乙烯吡咯烷酮、0.01kg乙醇和0.01kg丙酸，经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为70～90℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的正极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，负极集流体未涂覆涂层，得到实施例6的锂离子电池。
实施例7
1)将0.05kg氢氧化钙加入3kg固含量25％的聚丙烯酸酯乳液和7kg去离子水中，搅拌24小时螯合后，再将1kg导电炭黑和2kg氧化铝(其中，所述氧化铝粒径为100～500nm)依次加入螯合后的聚丙烯酸酯乳液中，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为20m/s)，再加入0.15kg聚乙烯吡咯烷酮、0.15kg乙醇和0.10kg丙酸，经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为70～90℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，正极集流体未涂覆涂层，得到实施例7的锂离子电池。
实施例8
1)将0.05kg氢氧化钙加入5kg固含量25％的聚丙烯酸酯乳液和7kg去离子水中，搅拌12小时螯合后，再将1kg导电炭黑和1kg氧化铝(其中，所述氧化铝粒径为30～100nm)依次加入螯合后的聚丙烯酸酯乳液中，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为15m/s)，再加入0.01kg乙醇和0.10kg丙酸，经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为70～90℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，正极集流体未涂覆涂层，得到实施例8的锂离子电池。
实施例9
1)将0.05kg氢氧化钙加入5kg固含量25％的聚丙烯酸酯乳液和7kg去离子水中，搅拌12小时螯合后，再将1kg导电炭黑和1kg氧化镁(其中，所述氧化镁粒径为30～100nm)依次加入螯合后的聚丙烯酸酯乳液中，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为15m/s)，再加入0.05kg聚乙烯吡咯烷酮，经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为70～90℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，正极集流体未涂覆涂层，得到实施例9的锂离子电池。
实施例10
1)将0.05kg氢氧化钙加入5kg固含量25％的聚丙烯酸酯乳液和7kg去离子水中，搅拌24小时螯合后，再将1kg导电炭黑和1kg二氧化钛(其中，所述二氧化钛粒径为100～200nm)依次加入螯合后的聚丙烯酸酯乳液中，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为15m/s)，经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为70～90℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，正极集流体未涂覆涂层，得到实施例9的锂离子电池。
实施例11
(1)将0.05kg氢氧化钠加入5kg固含量25％的聚丙烯酸酯乳液和10kg去离子水中，搅拌12小时螯合后，再将1kg科琴黑和1kg氧化锆(其中，所述氧化锆粒径为30～100nm)依次加入螯合后的聚丙烯酸酯乳液中，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为15m/s)，经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为70～90℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的正极和负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，得到实施例11的锂离子电池。
实施例12
(1)将1kg聚偏四氟乙烯加入20kg N-甲基吡咯烷酮中，搅拌4小时完全溶解后，再将1kg导电炭黑和1kg氧化铝(其中，所述氧化铝粒径为100～500nm)依次加入，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为15m/s)，经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为90～100℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的正极和负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，得到实施例12的锂离子电池。
实施例13
(1)将0.1kg羧甲基纤维素钠盐加入6.7kg去离子水中，搅拌4小时完全溶解后，再将1kg导电炭黑和1kg氧化铝(其中，所述氧化铝粒径为100～500nm)依次加入，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为15m/s)，再加入0.05kg丙酸，经过球磨机研磨直至分散均匀，再加入1.2kg固含量为48％的丁苯橡胶乳液，搅拌均匀得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为90～100℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的正极和负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，得到实施例13的锂离子电池。
实施例14
(1)将0.05kg氢氧化钙加入1kg固含量25％的聚丙烯酸酯乳液和20kg去离子水中，搅拌24小时螯合后，再将1kg科琴黑和0.5kg氧化铝(其中，所述氧化铝粒径为100～500nm)依次加入螯合后的聚丙烯酸酯乳液中，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为15m/s)，经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为70～90℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的正极和负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，得到实施例14的锂离子电池。
实施例15
(1)将0.05kg氢氧化钙加入1kg固含量25％的聚丙烯酸酯乳液和20kg去离子水中，搅拌24小时螯合后，再将1kg碳纳米管和0.5kg氧化锆(其中，所述氧化锆粒径为30～100nm)依次加入螯合后的聚丙烯酸酯乳液中，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为15m/s)，再加入0.05kg乙醇,经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为70～90℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的正极和负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，得到实施例15的锂离子电池。
对比例1
对比例1的锂离子电池，其正极和负极集流体上未涂覆涂层。
对比例2
对比例2的锂离子电池，其正极集流体上未涂覆涂层，负极集流体上涂覆如背景技术中记载的分散好的纳米导电石墨和碳包覆粒。
对比例3
对比例3的锂离子电池，其负极集流体上未涂覆涂层，正极集流体上涂覆如背景技术中记载的分散好的纳米导电石墨和碳包覆粒。
对比例4
对比例4的锂离子电池，其正极和负极集流体上涂覆如背景技术中记载的分散好的纳米导电石墨和碳包覆粒，未添加氧化铝。
对比例5
(1)将0.05kg氢氧化钙加入0.20kg固含量25％的聚丙烯酸酯乳液和1kg去离子水中，搅拌24小时螯合后，再将1kg导电炭黑和0.1kg氧化铝(其中，所述氧化铝粒径为100～500nm)依次加入螯合后的聚丙烯酸酯乳液中，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为20m/s)，经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为70～90℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的正极和负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，得到对比例5的锂离子电池。
对比例6
(1)将0.05kg氢氧化钙加入25kg固含量25％的聚丙烯酸酯乳液和85kg去离子水中，搅拌24小时螯合后，再将1kg导电炭黑和55kg氧化铝(其中，所述氧化铝粒径为100～500nm)依次加入螯合后的聚丙烯酸酯乳液中，搅拌1小时后(其中，所述搅拌线速度为20m/s)，经过球磨机研磨直至分散均匀，得到锂离子电池的涂层浆料。
(2)将得到的涂层浆料，使用凹版涂布机均匀涂覆在集流体上，经烘箱烘烤干燥后，得到锂离子电池的涂层，其中烘烤温度为70～90℃，涂层厚度为0.5～2μm。
(3)按照现有的锂离子电池制作方法，制作三元体系锂离子电池，区别在于在锂离子电池的正极和负极均采用已涂覆0.5～2μm厚度的涂层，得到对比例6的锂离子电池。
性能测试
将本发明实施例1～15和对比例1～6制得的锂离子电池进行以下性能测试。
1C倍率放电循环性能和内阻测试：将实施例1～15及对比例1～6制备的锂离子电池化成、分容后，各取20支电池，在擎天BS-9365二次电池性能检测装置上，测试55℃1C循环500次容量保持率。步骤如下：搁置10min；以1C充电至4.2V/0.05C；搁置10min；以1C恒流放电至3.0V，即为1次循环。重复循环次数500次，记录500次后的容量保持率和内阻，每组取平均值。
放电倍率测试方法：将实施例1～15及对比例1～6制备的锂离子电池化成、分容后，各取20支电池，在新威尔高精度测试系统上，测试不同放电倍率电池容量。步骤如下：搁置10min；以1C充电至4.2V/0.05C；搁置10min；以1C恒流放电至3.0V，记录容量数值，每组取平均值，以其作为初始容量，1C倍率放电按100％计算。搁置10min；以1C充电至4.2V/0.05C；搁置10min；以3C恒流放电至3.0V，记录容量数值，每组取平均值，除于1C初始容量，得到3C放电倍率。搁置10min；以1C充电至4.2V/0.05C；搁置10min；以5C恒流放电至3.0V，记录容量数值，每组取平均值，除于1C初始容量，得到5C放电倍率。
热冲击测试：将实施例1～15及对比例1～6制备的锂离子电池化成、分容后，各取10支电池，在室温下对样品进行0.5C电流进行完全充电，静置1h后，将电池放于烘箱中，烘箱初始温度为20±5℃，烘箱以5±2℃/min的速率升温至130±2℃，保持时间30min后停止加热，待样品返回至室温后进行检验。判断标准：电池不起火，不爆炸。测试结果记录为：不合格数/测试数。
挤压测试：将实施例1～15及对比例1～6制备的锂离子电池化成、分容后，各取10支电池，在电池两个平面间承受挤压，挤压的压力由一个液压油缸提供或者类似的提供压力的机器。当两个平面都于电芯接触时，挤压继续进行直到压力为13kN，一旦达到最大，马上卸压。判断标准：电池不起火，不爆炸。测试结果记录为：不合格数/测试数。
以上测试结果如表1-1和表1-2所示：
Figure GDA0002614221190000121
表1-1
Figure GDA0002614221190000131
表1-2
从表1-1和表1-2中可以看出，采用本发明实施例1～15的制备方法制得的锂离子电池，相较于采用对比例1～6制备的锂离子电池，具有更好电化学性能和安全性能。并且通过实施例1～15之间的比较可以知道，当优选范围内的锂离子电池的电化学性能更佳。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于锂离子电池集流体的涂层浆料，其特征在于：所述涂层浆料中含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒20～5000重量份，粘结剂10～500重量份，分散剂1～15重量份；消泡剂1～15重量份；防腐剂1～10重量份；溶剂200～8000重量份；
所述导电剂为石墨烯、碳纳米管、碳纤维、活性碳、无定形碳、石墨片、石墨颗粒、导电炭黑、科琴黑、中间相碳微球、乙炔黑中的中的一种或多种，平均粒径在30～50nm；
所述陶瓷材料颗粒为氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍、氧化锌、氧化镍、二氧化锗、二氧化钛、二氧化锰、氮化硅、碳化硅、钛酸钡中的一种或多种，平均粒径在100～500nm；
所述粘结剂选用聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠盐、丁苯橡胶、环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯腈多元共聚物的一种或多种；
所述粘结剂为加入螯合剂进行螯合后的粘结剂，所述螯合剂选用氢氧化钙、氨水、氢氧化钾和氢氧化钠中的一种或多种；
所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚环氧乙烷醚、聚丙烯酰胺、聚乙二醇辛基苯基醚中的一种或多种；
所述消泡剂选用乙醇、正丁醇中的一种或多种；
所述防腐剂为苯酚、甲酚、氯甲酚、麝香草酚、羟苯酯类、苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐、硼酸及其盐类、丙酸、脱氢醋酸、甲醛、戊二醛中的一种或多种；
所述溶剂包括有机溶剂和/或无机溶剂，其中有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种，无机溶剂为去离子水、蒸馏水、纯净水中的一种或多种；
所述涂层浆料的制备方法包括以下步骤：先将螯合剂加入粘结剂和溶剂中，搅拌螯合后，再按比例将导电剂和陶瓷材料颗粒依次加入，选择性添加分散剂、消泡剂和防腐剂，搅拌并研磨和分散直至分散均匀，得到所述涂层浆料；所述搅拌的线速度为10～30m/s，搅拌时间为1～24小时；所述研磨和分散采用球磨机或高速分散机进行，所述球磨机使用的锆珠尺寸选取0.3～1.2mm，所述分散过程中，浆料温度控制在50℃以下。
2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池集流体的涂层浆料，其特征在于，所述涂层浆料含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒80～150重量份，粘结剂60～100重量份。
3.一种锂离子电池，包括：电池壳体、密封在电池壳体内的极芯和非水电解液；所述极芯包括电池正极、负极和隔膜；所述电池正极和/或负极包括：集流体、以及涂覆于所述集流体上的涂层，其特征在于，所述涂层为权利要求1～2任一项所述的涂层浆料涂覆在集流体上，干燥后得到。
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