CN110336069A

CN110336069A - 一种锂离子电池及其制备方法

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Publication number: CN110336069A
Application number: CN201910588443.XA
Authority: CN
Inventors: 赵悠曼
Original assignee: Dongguan Chuangming Battery Technology Co Ltd
Current assignee: Dongguan Chuangming Battery Technology Co Ltd
Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2019-10-15
Anticipated expiration: 2039-07-02
Also published as: CN110336069B

Abstract

本发明属于本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池，包括：正极极片、负极极片、隔膜和电解液，所述正极片和/或所述负极片的活性材料表面涂覆有隔离层，以所述隔离层的总质量为100％计，所述隔离层包括以下质量百分含量的原料组分：硫酸钡90‑94％，三氧化二锑3‑5％，粘结剂3‑5％。本发明隔离层涂覆在电池正负极极片表面，不但有效阻隔了正负极极片上出现浮粉、掉粉等现象影响锂离子电池的安全性能，避免正负极极片表面微粉对隔膜的刺穿，降低短路率，而且涂覆在正负极极片上的隔离层能够吸收并存储电解液，防止电解液在锂离子电池充放电过程中因膨胀而被排挤出来，提升电池的循环效果，延长使用寿命。

Description

一种锂离子电池及其制备方法

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有电压高、能量密度大，循环寿命长，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽，环境友好等众多优点，是当今社会公认的理想化学能源，是现代生活中常用的能源存储与转换装置，被广泛应用于移动电话、手提电脑等便携式电子器件，规模化储能电站和电动汽车中。随着电子信息设备，现代社会科技与经济的高速发展，锂离子电池的应用越来越普遍，不但对锂离子电池的性能要求和需求量也越来越高，而且对锂离子电池的安全性也要求越来越高。在发展高比容量、高比功率、可快速充放电等优异性能锂离子电池的同时，电池的安全性显得尤为重要。

目前，锂离子电池中正极极片表面和负极极片表面容易产生粉尘，尤其是正极极片，即使正负极片之间有隔离膜阻断，也容易产生微短路，增加电池安全隐患。为解决锂电池正负极极片容易产生浮粉造成电池安全隐患的问题，现有技术往往对电池隔膜进行涂覆处理，增加隔膜的阻断作用。如：在PP、PE、PP/PE/PP基膜的单面或双面涂覆Al₂O₃陶瓷层、PVDF层或二者的混合物，但是涂敷隔膜在电池的卷绕过程中易出现抽针难、掉涂层等现象，生产良率低；同时，在安全性上并没有很好的提升抗穿刺能力及重物冲击能力。并且，其吸电解液和保电解液的能力还不够强，对锂离子电池循环性能的提升不明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池，旨在解决现有锂离子电池正负极极片上的浆料容易出现掉粉、浮粉，造成电池安全隐患的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种锂离子电池的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种锂离子电池，包括：正极极片、负极极片、隔膜和电解液，所述正极片和/或所述负极片的活性材料表面涂覆有隔离层，以所述隔离层的总质量为100％计，所述隔离层包括以下质量百分含量的原料组分：

硫酸钡 90-94％，

三氧化二锑 3-5％，

粘结剂 3-5％。

优选地，所述隔离层的厚度为1～2微米。

优选地，所述硫酸钡的粒径为0.1～0.8微米。

优选地，所述隔膜的横向和纵向拉伸强度大于1500kgf/cm²；120℃时，所述隔膜的横向热收缩率不大于2％，纵向热收缩率不大于2％。

优选地，所述粘结剂选自：聚偏氟乙烯、聚氧乙烯醚、聚丙烯酸、聚维酮中至少一种。

一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

获取配方量的硫酸钡、三氧化二锑和粘结剂，将所述硫酸钡、所述三氧化二锑和所述粘结剂添加到溶剂中混合处理，得到隔离浆料；

获取极片，在极片的活性材料表面涂覆所述隔离浆料，干燥处理，得到表面形成隔离层的极片；

获取隔膜和电解液，将正极极片、负极极片、所述隔膜和所述电解液制成锂离子电池，且所述正极极片、所述负极极片中的至少一种为所述表面形成隔离层的极片。

优选地，所述隔离浆料的粘度为100～500cps。

优选地，所述干燥处理的条件包括：在100～200℃的温度下，烘烤10～120分钟。

优选地，所述在极片的活性材料表面涂覆所述隔离浆料的涂覆厚度为1～2微米；和/或，

所述隔膜的横向和纵向拉伸强度大于1500kgf/cm²；120℃时，所述隔膜的横向热收缩率不大于3％，纵向热收缩率不大于2％。

优选地，所述溶剂选自：N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中至少一种。

本发明提供的锂离子电池的正极极片和/或负极极片的活性材料表面涂覆有由90-94％的硫酸钡，3-5％的三氧化二锑和3-5％的粘结剂制成的隔离层。本发明隔离层中硫酸钡具有耐酸碱性、低磨损和抗氧化等特性，三氧化二锑具有阻燃等特性，由90-94％的硫酸钡，3-5％的三氧化二锑和3-5％的粘结剂，特定配比制成的隔离层，通过各组分之间的共同作用，在锂离子电池的电解液中同时具有耐酸碱、抗氧化、耐高温、耐磨损以及稳定性好等特性。将该隔离层涂覆在电池正负极极片表面，不但有效阻隔了正负极极片上出现浮粉、掉粉等现象影响锂离子电池的安全性能，避免正负极极片表面微粉对隔膜的刺穿，降低短路率，而且涂覆在正负极极片上的隔离层能够吸收并存储电解液，防止电解液在锂离子电池充放电过程中因膨胀而被排挤出来，提升电池的循环效果，延长使用寿命。

本发明提供的锂离子电池的制备方法，首先获取配方量的硫酸钡、三氧化二锑和粘结剂制备隔离浆料，然后将隔离浆料涂覆在正极极片和/或负极极片上，再以涂覆后的正极极片和/或涂覆后的负极极片以及隔膜和电解液制成锂离子电池。本发明通过在正负极极片的活性材料表面涂覆由特征配方量的硫酸钡、三氧化二锑和粘结剂制成的隔离浆料形成隔离层，既有效阻挡了正负极极片上的浮粉和掉粉等造成安全隐患的现象，避免正负极极片表面微粉对隔膜的刺穿，降低短路率，又能够提高正负极片对电解液的吸附和存储效果，提升锂离子电池的循环稳定性，延长使用寿命。且该制备方法，操作简单，适用于工业化生产制备。

附图说明

图1是本发明实施例提供的锂离子电池的循环寿命测试对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。

本发明实施例提供了一种锂离子电池，包括：正极极片、负极极片、隔膜和电解液，所述正极片和/或所述负极片的活性材料表面涂覆有隔离层，以所述隔离层的总质量为100％计，所述隔离层包括以下质量百分含量的原料组分：

硫酸钡 90-94％，

三氧化二锑 3-5％，

粘结剂 3-5％。

本发明实施例提供的锂离子电池的正极极片和/或负极极片的活性材料表面涂覆有由90-94％的硫酸钡，3-5％的三氧化二锑和3-5％的粘结剂制成的隔离层。本发明实施例隔离层中硫酸钡具有耐酸碱性、低磨损和抗氧化等特性，三氧化二锑具有阻燃等特性，由90-94％的硫酸钡，3-5％的三氧化二锑和3-5％的粘结剂，特定配比制成的隔离层，通过各组分之间的共同作用，在锂离子电池的电解液中同时具有耐酸碱、抗氧化、耐高温、耐磨损以及稳定性好等特性。将该隔离层涂覆在电池正负极极片表面，不但有效阻隔了正负极极片上出现浮粉、掉粉等现象影响锂离子电池的安全性能，避免正负极极片表面微粉对隔膜的刺穿，降低短路率，而且涂覆在正负极极片上的隔离层能够吸收并存储电解液，防止电解液在锂离子电池充放电过程中因膨胀而被排挤出来，提升电池的循环效果，延长使用寿命。

作为优选实施例，所述隔离层的厚度为1～2微米。本发明实施例正负极极片上隔离层的厚度为1～2微米，一方面，该厚度既能有效确保阻隔正负极极片上出现浮粉、掉粉影响电池安全性能，避免正负极极片表面微粉对隔膜的刺穿，降低短路率，也能有效的增加正负极极片上电解液的吸附量，并确保极片对电解液的吸附稳定性；另一方面，该厚度能够避免因隔离层涂覆厚度过高占据了电池的空间，不利于设计高能量密度电池。

作为优选实施例，所述硫酸钡的粒径为0.1～0.8微米。本发明实施例隔离层中硫酸钡具有耐酸碱性、低磨损和抗氧化等特性，通过硫酸钡、三氧化二锑和粘结剂制成的隔离层为具有微孔结构的膜层，不但在电解液中同时具有耐酸碱、抗氧化、耐高温、耐磨损以及稳定性好等特性，对正负极极片上的粉尘具有较好的阻隔作用，能有有效避免正负极极片上的浮粉造成的安全隐患，避免正负极极片表面微粉对隔膜的刺穿，降低短路率，而且微孔结构的膜层对电解液有较好的吸附和存储作用，能够提高电池的循环寿命。若硫酸钡粒径太大，隔离层在正负极极片表面不容易形成微孔，对锁住电解液没有帮助，不利于提高电池的循环寿命；若硫酸钡颗粒太小，则配制浆料的时候不易分散，容易团聚，从而影响涂布效果。

作为优选实施例，所述隔膜的横向和纵向拉伸强度大于1500kgf/cm²；120℃时，所述隔膜的横向热收缩率不大于2％，纵向热收缩率不大于2％。本发明实施例隔膜横向和纵向拉伸强度大于1500kgf/cm²，能够更有效地防止电池在重物冲击时减少隔膜的断裂程度，防止电池内短路；120℃时，所述横向热收缩率不大于3％，纵向热收缩率不大于2％，能够有效防止高温时隔膜大幅收缩而导致正负极接触引发短路。所述隔膜的拉伸强度和收缩率可通过控制隔膜骨料的分子量来实现。

在一些实施例中，所述隔膜可以是横向和纵向拉伸强度大于1500kgf/cm²；120℃时，所述隔膜的横向热收缩率不大于2％，纵向热收缩率不大于2％的聚乙烯(PE)隔膜。

在一些实施例中，所述隔膜可以是横向和纵向拉伸强度大于1500kgf/cm²；120℃时，所述隔膜的横向热收缩率不大于2％，纵向热收缩率不大于2％的聚丙烯(PP)隔膜。

在一些实施例中，所述隔膜可以是横向和纵向拉伸强度大于1500kgf/cm²；120℃时，所述隔膜的横向热收缩率不大于2％，纵向热收缩率不大于2％的PP/PE/PP隔膜。

作为优选实施例，所述粘结剂选自：聚偏氟乙烯、聚氧乙烯醚、聚丙烯酸、聚维酮中至少一种。本发明实施例采用的聚偏氟乙烯、聚氧乙烯醚、聚丙烯酸、聚维酮粘结剂不但与硫酸钡和三氧化二锑有较好的混合成膜效果，而且使隔离层与正负极极片有较好的粘结效果，粘结稳定性好。

在一些实施例中，锂离子电池，包括：正极极片、负极极片、电解液和横向和纵向拉伸强度大于1500kgf/cm²；120℃时，所述隔膜的横向热收缩率不大于2％，纵向热收缩率不大于2％的隔膜，所述正极片和/或所述负极片的活性材料表面涂覆有厚度为1～2微米的隔离层，以所述隔离层的总质量为100％计，所述隔离层包括：90-94％的粒径为0.1～0.8微米的硫酸钡、3～5％的三氧化二锑和3～5％的选自聚偏氟乙烯、聚氧乙烯醚、聚丙烯酸、聚维酮中的粘结剂。

本发明实施例提供的锂离子电池可以通过下述方法制备获得。

本发明实施例还提供了一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

S10.获取配方量的硫酸钡、三氧化二锑和粘结剂，将所述硫酸钡、所述三氧化二锑和所述粘结剂添加到溶剂中混合处理，得到隔离浆料；

S20.获取极片，在极片的活性材料表面涂覆所述隔离浆料，干燥处理，得到表面形成隔离层的极片；

S30.获取隔膜和电解液，将正极极片、负极极片、所述隔膜和所述电解液制成锂离子电池，且所述正极极片、所述负极极片中的至少一种为所述表面形成隔离层的极片。

本发明实施例提供的锂离子电池的制备方法，首先获取配方量的硫酸钡、三氧化二锑和粘结剂制备隔离浆料，然后将隔离浆料涂覆在正极极片和/或负极极片上，再以涂覆后的正极极片和/或涂覆后的负极极片以及隔膜和电解液制成锂离子电池。本发明实施例通过在正负极极片的活性材料表面涂覆由特征配方量的硫酸钡、三氧化二锑和粘结剂制成的隔离浆料形成隔离层，既有效阻挡了正负极极片上的浮粉和掉粉等造成安全隐患的现象，避免正负极极片表面微粉对隔膜的刺穿，降低短路率，又能够提高正负极片对电解液的吸附和存储效果，提升锂离子电池的循环稳定性，延长使用寿命。且该制备方法，操作简单，适用于工业化生产制备。

具体地，上述步骤S10中，获取配方量的硫酸钡、三氧化二锑和粘结剂，将所述硫酸钡、所述三氧化二锑和所述粘结剂添加到溶剂中混合处理，得到隔离浆料。本发明实施例通过将所述硫酸钡、所述三氧化二锑和所述粘结剂添加到溶剂中混合制得隔离浆料，具有耐酸碱、抗氧化、耐高温、耐磨损以及稳定性好等特性。

作为优选实施例，所述隔离浆料的粘度为100～500cps。本发明实施例粘度为100～500cps的隔离浆料在正负极极片上有最佳的成膜效果。若隔离浆料粘度太高，浆料的难以涂覆均匀，涂敷厚度很难控制在1-2um，若隔离浆料的粘度太低，流动性太好，涂敷时容易出现浆料鼓包，也不好控制涂敷外观效果。

作为优选实施例，所述隔离浆料由90-94％的硫酸钡，3-5％的三氧化二锑和3-5％的粘结剂溶解于溶剂制得，特定配比制成的隔离浆料，通过各组分之间的共同作用，使隔离浆料在锂离子电池的电解液中具有更好的耐酸碱、抗氧化、耐高温、耐磨损以及稳定性好等特性。

作为优选实施例，所述溶剂选自：N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中至少一种。本发明实施例选用的N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜等溶剂对硫酸钡、三氧化二锑和粘结剂有较好的溶解分散作用，且与正负极极片上的浆料有较好的相容性，能够有效提升正负极极片与隔离浆料的结合效果。在一些实施例中，所述溶剂的用量为所述硫酸钡、所述三氧化二锑和所述粘结剂总质量的100～120％。

具体地，上述步骤S20中，获取极片，在极片的活性材料表面涂覆所述隔离浆料，干燥处理，得到表面形成隔离层的极片。本发明实施例将由硫酸钡，三氧化二锑、粘结剂和溶剂制成的隔离浆料涂覆在正、负极极片上形成隔离层，既有效阻挡了正、负极极片上的浮粉和掉粉等造成安全隐患的现象，避免正负极极片表面微粉对隔膜的刺穿，降低短路率，又能够提高正负极片对电解液的吸附和存储效果，提升锂离子电池的循环稳定性，延长使用寿命。

作为优选实施例，所述干燥处理的条件包括：在100～200℃的温度下，烘烤10～120分钟。本发明实施例通过在100～200℃的温度下，烘烤10～120分钟使涂覆在正负极极片上的隔离浆料中的溶剂挥发，从而在正负极极片上使隔离浆料干燥固化成隔离膜层，起到阻隔正负极极片粉尘，吸收和存储电解液的作用。

作为优选实施例，所述在极片的活性材料表面涂覆所述隔离浆料的涂覆厚度为1～2微米；和/或，所述隔膜的横向和纵向拉伸强度大于1500kgf/cm²；120℃时，所述隔膜的横向热收缩率不大于3％，纵向热收缩率不大于2％。本发明实施例隔离浆料的涂覆厚度和隔膜的拉伸强度、热收缩率的作用在前文有详细阐述，在此不载赘述。

具体地，上述步骤S30中，获取隔膜和电解液，将正极极片、负极极片、所述隔膜和所述电解液制成锂离子电池，且所述正极极片、所述负极极片中的至少一种为所述表面形成隔离层的极片。

本发明实施例将正极极片、负极极片、所述隔膜和所述电解液制成锂离子电池的步骤包括：极片辊压、极片分切、极片卷绕、烘烤、注液、活化、化成等工序；且所述正极极片、所述负极极片中的至少一种为所述表面形成隔离层的极片。

在一些实施例中，将表面形成隔离层的正极极片、表面形成隔离层的负极极片、所述隔膜和所述电解液制成锂离子电池：圆柱型锂离子、方形铝壳电池和软包电池等。

在一些实施例中，将表面形成隔离层的正极极片、负极极片、所述隔膜和所述电解液制成锂离子电池：圆柱型锂离子、方形铝壳电池和软包电池等。

在一些实施例中，将正极极片、表面形成隔离层的负极极片、所述隔膜和所述电解液制成锂离子电池：圆柱型锂离子、方形铝壳电池和软包电池等。

为使本发明上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本发明实施例锂离子电池及其制备方法的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。

实施例1

一种锂离子电池，其制备包括步骤：

①将镍钴锰酸锂、导电石墨、NMP溶剂、粘结剂按照常规的方法配制成正极浆料，其中，镍钴锰酸锂与导电石墨的重量比为95：5。并将所述正极浆料涂敷在铝箔集流体上，100℃-150℃干燥充分后，制程极片，得到正极极片。

②按硫酸钡：三氧化二锑：聚偏氟乙烯粘结剂的质量比为(90-94)：(3-5)：(3-5)，添加到总固体物重量100-120％的N-甲基吡咯烷酮中，混合制得粘度为100-500cps的隔离浆料。

③将配好的隔离浆料涂敷在正极极片上，厚度控制在1-2um，经过100-200℃烘箱烘烤，10min-120min，极片经辊压、分切后成正极片卷。

④负极极片选用石墨(96.5-99.5wt％)、导电剂(0-2wt％)、丙烯系水性粘结剂(0.5-1.5wt％)制程的水性浆料涂敷在铜箔集流体上，100℃-150℃干燥10-15min后，经辊压成负极极片。

⑤将正极片、负极片、隔膜经卷绕、烘烤、注液、活化、化成，得到锂离子电池。其中，该电池所使用的隔膜横向和纵向拉伸强度>1500kgf/cm²，120℃横向热收缩率≤2％,纵向热收缩率≤2％。

本发明实施例通过上述步骤制备得到锂离子电池1#、2#和3#。

对比例1

一种锂离子电池，其制备包括步骤：

②负极极片选用石墨(96.5-99.5wt％)、导电剂(0-2wt％)、丙烯系水性粘结剂(0.5-1.5wt％)制程的水性浆料涂敷在铜箔集流体上，100℃-150℃干燥10-15min后，经辊压成负极极片。

③将正极片、负极片、隔膜经卷绕、烘烤、注液、活化、化成，得到锂离子电池。其中，该电池所使用的隔膜横向和纵向拉伸强度>1500kgf/cm²，120℃横向热收缩率≤2％,纵向热收缩率≤2％。

本发明实施例通过上述方法制备得到锂离子电池4#、5#和6#。

进一步的，为了验证本发明实施例制备的锂离子电池的进步性，本发明实施例进行了电性能测试。

测试例1

本发明实施例对实施例1制得的锂离子电池1#对比例1制得的锂离子电池4#的循环寿命进行了测试，测试结果如附图1所示，本发明实施例1制备的锂离子电池1#相对于对比1制备的锂离子电池4#有更好的循环稳定性，循环寿命长。

测试例2

本发明实施例对实施例1制备的锂离子电池1#、2#和3#以及对比例1制备的锂离子电池4#、5#和6#的电池容量、内阻、电压以及重物冲击性能进行了测试，测试结果如下表1所示：

由上表可知，本发明实施例制备的锂离子的电池1#、2#和3#在正极极片的活性材料表面涂覆隔离层对电池的容量、内阻和电压等电性能没有损害作用，但是极大了提供了电池的抗重物冲击能力，实施例1制备的电池重物冲击测试汇总100％通过率，而对比例2制备的未涂覆隔离层的锂离子电池的重物冲击测试极易出现起火爆炸的情况，良品率低，说明本发明实施例通过在正极极片的活性材料表面涂覆隔离层，有效提高了电池的安全性。

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

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括：正极极片、负极极片、隔膜和电解液，所述正极片和/或所述负极片的活性材料表面涂覆有隔离层，以所述隔离层的总质量为100％计，所述隔离层包括以下质量百分含量的原料组分：

硫酸钡 90-94％，

三氧化二锑 3-5％，

粘结剂 3-5％。

2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述隔离层的厚度为1～2微米。

3.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述硫酸钡的粒径为0.1～0.8微米。

4.如权利要求1～3任意一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述隔膜的横向和纵向拉伸强度大于1500kgf/cm²；120℃时，所述隔膜的横向热收缩率不大于2％，纵向热收缩率不大于2％。

5.如权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于，所述粘结剂选自：聚偏氟乙烯、聚氧乙烯醚、聚丙烯酸、聚维酮中至少一种。

6.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述隔离浆料的粘度为100～500cps。

8.如权利要求6或7所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述干燥处理的条件包括：在100～200℃的温度下，烘烤10～120分钟。

9.如权利要求8所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述在极片的活性材料表面涂覆所述隔离浆料的涂覆厚度为1～2微米；和/或，

10.如权利要求6或7或9所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自：N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中至少一种。