CN106252587A - 一种高安全、高性能的锂离子电池负极及其电池 - Google Patents

一种高安全、高性能的锂离子电池负极及其电池 Download PDF

Info

Publication number
CN106252587A
CN106252587A CN201610780871.9A CN201610780871A CN106252587A CN 106252587 A CN106252587 A CN 106252587A CN 201610780871 A CN201610780871 A CN 201610780871A CN 106252587 A CN106252587 A CN 106252587A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium
ion battery
negative
lithium ion
inorganic compound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610780871.9A
Other languages
English (en)
Inventor
刘静
高秀玲
王驰伟
王立仕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin EV Energies Co Ltd
Original Assignee
Tianjin EV Energies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin EV Energies Co Ltd filed Critical Tianjin EV Energies Co Ltd
Priority to CN201610780871.9A priority Critical patent/CN106252587A/zh
Publication of CN106252587A publication Critical patent/CN106252587A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明创造提供一种锂离子电池负极，在其负极活性物质中均匀添加有特种无机化合物，所述特种无机化合物为在锂离子负极具有离子导通、电子不导通性质的无机物或无机物的混合物。本发明创造能够规避由于针刺随机性而导致无机绝缘涂层不能发挥作用的情况，显著提高电芯的针刺安全性能。

Description

一种高安全、高性能的锂离子电池负极及其电池
技术领域
本发明创造属于锂离子电池生产制造技术领域，尤其涉及一种高安全、高性能的锂离子电池负极及其电池。
背景技术
锂离子电池的针刺安全性能至关重要。降低针刺瞬间的短路点电阻，是提高针刺安全性的根本。
现有提高锂离子电芯针刺安全性能的技术为在锂离子电芯的界面，如正极、负极或者隔膜的表面使用三氧化二铝、勃姆石等无机绝缘涂层。
在电芯界面使用无机绝缘涂层，需要将无机绝缘材料制成浆料,涂覆到正极、负极或者隔膜表面，增加了加工工序，需要特定的加工设备，同时也降低了电极或者隔膜的合格率。
更重要的是，电芯极片或者隔膜表面涂覆的的绝缘物质发挥作用的机理为，钢针刺入电芯内，形成正极和负极被绝缘涂层有效隔开的[钢针/绝缘涂层/电极]的形式才能够实现短路点电阻的增大。绝缘涂层涂覆在极片或者隔膜的表面，具体的可以有如下形式，正极/绝缘涂层/钢针/负极，正极/钢针/绝缘涂层/负极，正极/绝缘涂层/钢针/绝缘涂层/负极等。而在针刺发生的瞬间，由于钢针刺入电芯的短路点位置微观上电极与钢针接触具体情况的随机性，上述[钢针/绝缘涂层/电极]的形式的发生存在一定的几率性，因此存在针刺失效情况的发生，而形成[正极/钢针/负极]的正极和负极通过钢针导通短路的危险形式。
发明内容
本发明创造为解决现有技术中的问题，提供了一种锂离子电池负极及其电池，能够规避由于针刺随机性而导致无机绝缘涂层不能发挥作用的情况，显著提高电芯的针刺安全性能。
在锂离子电池中，负极的电子导电性(10S/cm左右)远高于离子导电性(10-9cm·s-1到10-7cm·s-1)。因此，提高锂离子电池的离子导电性，能够显著提高其电化学性能。非正常使用的极端情况下，例如针刺，其短路点的电子导电性越高，短路瞬间的放热功率越大，短路点温度越高，电芯越容易发生冒烟、起火、爆炸等热失控。综上，提高负极的离子导电性、在不影响电性能的前提下适当降低其电子导电性是提高锂离子电池的电性能和安全性能的有效方式之一。
本发明创造提供的锂离子电池负极，在其负极活性物质中均匀添加有特种无机化合物，所述特种无机化合物为在锂离子负极具有离子导通、电子不导通性质的无机物或无机物的混合物。
其中，所述锂离子电池负极包括均匀分散的50-97重量份的负极活性物质和2-30重量份的特种无机化合物，所述负极活性物质和特种无机化合物的重量之和占负极原料总重的75％-99％，优选为86～94％。
进一步，所述特种无机化合物的重量优选占负极原料总重的3％-10％。
进一步，所述负极活性物质和特种无机化合物的重量之比优选为(8±0.1)：1。
进一步，所述锂离子电池负极还包括0-10重量份的导电剂、1-10重量份的粘结剂、和0-6重量份的增稠剂，所述导电剂、粘结剂、增稠剂、负极活性物质和特种无机化合物的重量之和占负极原料总重的76％-100％，优选为76％-99％。除上述原料外，根据需要，还可以向所述锂离子电池负极添加余量的其他助剂，如调节剂、增强剂等。
进一步，所述锂离子电池负极中所述粘结剂和增稠剂重量之和占负极原料总重的1％-10％。
优选的，所述锂离子电池负极由下述原料按照重量比均匀分散制成：负极活性物质：特种无机化合物：导电剂：增稠剂：粘结剂＝(80-89)：(5-10)：(2-4)：(1-3)：(2-5)。
其中，所述负极活性物质为工作电压范围0-1.0V的活性物质，优选为石墨、硬碳、硅、硅碳中的一种或几种的混合物。石墨的具体类型可以为人造石墨、天然石墨、软碳、中间相炭微球等。硅的具体类型可以分为硅的微米或者纳米颗粒。硅碳指包含有硅和碳的材料。
其中，所述特种无机化合物为能够在锂离子电池中形成锂化合物的氧化物和/或锂基陶瓷；优选的有SiO2、TiO2、锂型分子筛(阳离子是锂的分子筛，通常称为锂基分子筛)、硅酸锂、钛酸锂、γ-LiAlO2、Li2ZrO3之中的一种或几种的混合物；其中，所述锂型分子筛优选为锂化效率≥90％的分子筛，进一步优选为硅铝类锂型分子筛；所述硅酸锂包括Li2SiO3、Li4SiO4、Li2Si2O5；所述钛酸锂包括Li2TiO3、Li4Ti5O12。所述特种无机化合物能够增加极片的离子电导率，提高电芯的电性能；其电子不导通的特点，能够降低负极的电子导通率，提高针刺的短路电阻，进而提高电芯的针刺安全性。
其中，所述导电剂可以为锂电池中常用的导电剂，优选导电炭黑Super P(SP)、气相生长碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNT)、科琴黑等其中的一种或者几种的混合物。
其中，所述粘结剂可以为锂电池中常用的粘结剂，优选聚丙烯睛(PAN)、聚丙烯酸(PAA)、甲基丙基酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、丁苯橡胶(SBR)等其中的一种或者几种的混合物。
其中，所述增稠剂可以为锂电池中常用的增稠剂，优选羧甲基纤维素钠(CMC)。
本发明还提供了一种提高锂离子电池电芯针刺安全性的方法，包括将上述特种无机化合物均匀分散于所述锂离子电池负极的负极活性物质原料中的步骤。
本发明还提供了一种锂离子电池，具有上述在负极活性物质原料中均匀分散有所述特种无机化合物的锂离子电池负极。
本发明还提供了所述锂离子电池的制备方法，包括将各负极原料均匀分散于水溶液中制成浆料，并将获得的浆料涂布成型并干燥，得到所述负极的步骤。
本发明创造的优势在于：
本发明采用向负极中均匀添加特种无机化合物的方法，用以提高锂离子电池的电性能和安全性能。
加工上，与传统方式相比，本发明方法将所述无机化合物直接加入负极浆料中，无需额外增加制作无机绝缘化合物浆料和涂覆到电极或者隔膜表面的工序，工序简单，合格率高。
在安全性能上，与传统方式无机绝缘化合物在短路点位置发挥绝缘作用存在几率性的特征相比，本方法能够规避针刺微观位置的失效具体方式随机性，在负极中加入电子绝缘无机颗粒，从根本上降低了整个极片的电子导电性，不随针刺微观短路位置的失效具体方式而改变，从而显著提高电芯的针刺安全性。
在电化学性能上，本方法所使用的特种无机化合物具有良好的锂离子电导率，有助于提高负极的离子电导率，从而提高电芯的整体电化学性能，如提高倍率性能和循环等。
具体实施方式
下面通过结合具体实施例对本发明创造进行进一步说明。
检测方法
本发明获得的锂离子电池负极和电池采用下述方法进行检测。
1、电子导电率为负极片的电导率，采用四探针法；
2、锂离子扩散系数的测试方法为，负极片与锂片组装成扣式半电池，经充放电活化并调整到0.005V，采用恒电位间歇滴定法测试半电池的扩散系数；
3、3C/1C倍率放电容量比，以及1C/1C循环500周的容量保持率均为正极采用镍钴锰酸锂的成品电池的测试数据；
4、针刺通过率，10块电池测针刺，通过的电池个数。
实验一
采用下述方法制备锂离子电池负极，分别获得本发明的负极产品(实施例1-11)和不含特种无机化合物的一组负极产品(对比例1-2)。
S1：将增稠剂制成2％的水溶液；
S2：加入一定量的导电剂，分散均匀；
S3：加入一定量的负极活性物质和特种无机化合物，分散均匀；
S4：加入一定量的粘结剂，分散均匀；
S5：将S4的浆料涂布到铜箔上并干燥，即得到所述负极。
采用上述方法获得了如下表1中所示的几组实施例产品，其中，锂型分子筛采用日本东曹株式会社锂LSX型沸石产品。
表1
实验二
将实验一获得的负极产品，按照正极/隔膜/负极的形式装配成封装在铝塑包装膜里，注上电解液，制成电池产品，并对其进行性能检测，结果如表2。
表2
由上表2可以看出，在正极和负极不含有无机绝缘涂层的情况下，本发明的负极产品能够保持较高的电化学综合性能，同时针刺通过率达到50％以上，而负极中不含特种无机化合物的产品，在电化学综合性能和针刺安全性方面均具有很大差距。
实验三
将实验一获得的对比例的负极产品，分别制成正极和/或负极含有无机绝缘涂层的电池产品，其相关性能检测结果如表3。
表3
由表3可以看出，传统的涂层式防针刺方式，仅在涂层厚度和涂层位置满足一定要求时，才能够达到同本案的防针刺效果相同的能力。但是过厚的涂层妨碍了电池整体电化学性能的发挥，使得电化学性能的指标显著降低。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锂离子电池负极，在其负极活性物质中均匀添加有特种无机化合物，所述特种无机化合物为在锂离子负极具有离子导通、电子不导通性质的无机物或无机物的混合物。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极，其特征在于，所述锂离子电池负极包括均匀分散的50-97重量份的负极活性物质和2-30重量份的特种无机化合物，所述负极活性物质和特种无机化合物的重量之和占负极原料总重的75％-99％，优选为86～94％。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极，其特征在于，所述特种无机化合物的重量优选占负极原料总重的3％-10％。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极，其特征在于，所述负极活性物质和特种无机化合物的重量之比优选为(8±0.1)：1。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池负极，其特征在于，所述锂离子电池负极还包括0-10重量份的导电剂、1-10重量份的粘结剂、和0-6重量份的增稠剂，所述导电剂、粘结剂、增稠剂、负极活性物质和特种无机化合物的重量之和占负极原料总重的76％-100％，优选为76％-99％。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池负极，其特征在于，所述锂离子电池负极中所述粘结剂和增稠剂重量之和占负极原料总重的1％-10％。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池负极，其特征在于，所述锂离子电池负极由下述原料按照重量比均匀分散制成：负极活性物质：特种无机化合物：导电剂：增稠剂：粘结剂＝(80-89)：(5-10)：(2-4)：(1-3)：(2-5)。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池负极，其特征在于，
所述负极活性物质为工作电压范围0-1.0V的活性物质，优选为石墨、硬碳、硅、硅碳中的一种或几种的混合物；
所述特种无机化合物为能够在锂离子电池中形成锂化合物的氧化物和/或锂基陶瓷；优选的有SiO2、TiO2、锂型分子筛、硅酸锂、钛酸锂、γ-LiAlO2、Li2ZrO3之中的一种或几种的混合物；其中，所述锂型分子筛优选为锂化效率≥90％的分子筛，进一步优选为硅铝类锂型分子筛；所述硅酸锂包括Li2SiO3、Li4SiO4、Li2Si2O5；所述钛酸锂包括Li2TiO3、Li4Ti5O12；
所述导电剂可以为锂电池中常用的导电剂，优选SP、VGCF、CNT、科琴黑等其中的一种或者几种的混合物；
所述粘结剂可以为锂电池中常用的粘结剂，优选PAN、PAA、PMMA、PVA、SBR其中的一种或者几种的混合物；
所述增稠剂可以为锂电池中常用的增稠剂，优选羧甲基纤维素钠。
9.权利要求1-8任一项所述的锂离子电池负极的制备方法，包括将各负极原料均匀分散于水溶液中制成浆料，并将获得的浆料涂布成型并干燥，得到所述负极的步骤。
CN201610780871.9A 2016-08-31 2016-08-31 一种高安全、高性能的锂离子电池负极及其电池 Pending CN106252587A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610780871.9A CN106252587A (zh) 2016-08-31 2016-08-31 一种高安全、高性能的锂离子电池负极及其电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610780871.9A CN106252587A (zh) 2016-08-31 2016-08-31 一种高安全、高性能的锂离子电池负极及其电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106252587A true CN106252587A (zh) 2016-12-21

Family

ID=58080168

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610780871.9A Pending CN106252587A (zh) 2016-08-31 2016-08-31 一种高安全、高性能的锂离子电池负极及其电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106252587A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107742718A (zh) * 2017-10-18 2018-02-27 安徽工业大学 一种具有多级结构的钛酸钠锂负极材料的制备方法
CN108428925A (zh) * 2018-02-11 2018-08-21 广西卓能新能源科技有限公司 一种大比能锂电池及其制备方法
CN109244386A (zh) * 2018-08-17 2019-01-18 广西卓能新能源科技有限公司 一种高能量含硅锂电池及制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103887515A (zh) * 2014-04-20 2014-06-25 天津市捷威动力工业有限公司 一种锂离子电池负极及使用该种负极的锂离子电池
CN104779377A (zh) * 2015-04-02 2015-07-15 深圳市沃特玛电池有限公司 一种改善三元电池安全性能的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103887515A (zh) * 2014-04-20 2014-06-25 天津市捷威动力工业有限公司 一种锂离子电池负极及使用该种负极的锂离子电池
CN104779377A (zh) * 2015-04-02 2015-07-15 深圳市沃特玛电池有限公司 一种改善三元电池安全性能的方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107742718A (zh) * 2017-10-18 2018-02-27 安徽工业大学 一种具有多级结构的钛酸钠锂负极材料的制备方法
CN108428925A (zh) * 2018-02-11 2018-08-21 广西卓能新能源科技有限公司 一种大比能锂电池及其制备方法
CN109244386A (zh) * 2018-08-17 2019-01-18 广西卓能新能源科技有限公司 一种高能量含硅锂电池及制备方法
CN109244386B (zh) * 2018-08-17 2021-01-19 广西卓能新能源科技有限公司 一种高能量含硅锂电池及制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107768625B (zh) 硅碳复合负极材料及其制备方法
Lee et al. Cycling characteristics of lithium powder polymer batteries assembled with composite gel polymer electrolytes and lithium powder anode
CN105958009B (zh) 一种高安全性锂离子电池复合极片及其制备方法，锂离子电池
Zhao et al. A facile, scalable, high stability Lithium metal anode
CN105470576B (zh) 一种高压锂电池电芯及其制备方法、锂离子电池
CN106328992B (zh) 一种锂离子电池和该锂离子电池的制备方法
CN102544502B (zh) 用于锂二次电池的正极负极导电添加剂及其制备方法和相关锂二次电池的制备方法
CN105958008B (zh) 一种锂离子电池用复合正极片、制备方法及锂离子电池
CN108807825B (zh) 用于锂离子电池的涂布液、锂离子电池隔膜和锂离子电池
CN106560948B (zh) 全固体电池
CN108987798A (zh) 一种一体化全固态锂金属电池
CN106047015B (zh) 锂离子电池的导电涂层材料及其制备方法以及锂离子电池
CN102683657A (zh) 一种锂离子电池负极用石墨烯复合材料及其制备方法
CN104600320A (zh) 一种基于石墨烯的功能铜箔及其制备方法
CN102969473A (zh) 有机/无机复合多孔薄膜及使用此薄膜的电化学储能装置
KR102507794B1 (ko) 리튬 이온 전지에 사용되는 도포액, 리튬 이온 전지 격막 및 리튬 이온 전지
CN105470515A (zh) 一种安全型锂离子动力电池正极及含有该正极的锂离子电池
Kasinathan et al. Influence of the molecular weight of poly‐acrylic acid binder on performance of Si‐alloy/graphite composite anodes for lithium‐ion batteries
Chen et al. Physical–chemical hybrid transiency: A fully transient li‐ion battery based on insoluble active materials
CN103078076A (zh) 复合隔离膜及使用此隔离膜的锂离子电池
CN111969159A (zh) 锂离子电池及其隔离膜
CN114665065A (zh) 一种正极极片及其制备方法和应用
CN102800865A (zh) 一种全固体离子传导动力的锂电池
CN105958112A (zh) 一种无隔膜的锂离子电池卷芯及其制备方法
CN106374091A (zh) 一种锂离子动力电池及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20161221