CN110931801A - 一种高安全性芳纶锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

一种高安全性芳纶锂离子电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体公开了一种高安全性芳纶锂离子电池，包括电芯，所述电芯内设置有正极片、负极片和隔膜，其特征在于：所述正极片的正极活性物质涂覆区域涂覆有芳纶涂层浆料，所述负极片的负极活性物质涂覆区域涂覆有芳纶涂层浆料，所述隔膜为PE裸膜。芳纶涂层浆料由以下组分按质量份数混合而成：芳纶纤维4‑9份、第一溶剂55‑75份、第二溶剂9‑32份、助溶剂2‑6份、分散剂0.2‑0.3份、乳化剂0.5‑3份、造孔剂2‑5份、胶黏剂0.5‑2.5份。本发明还公开了一种制备高安全性锂离子电池的方法，通过该方法制备出来的高安全性锂离子电池。可以在遇到挤压，穿刺等极端情况下时，避免电池发生热失控，提高安全性能。

Description

一种高安全性芳纶锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高安全性芳纶锂离子电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池由于具有能量密度高、质量轻、无记忆效应、绿色环保和使用寿命长等优点，被广泛应用于动力、储能和3C等领域。但是由于锂离子电池在制备和使用过程中，可能会出现正负极接触，引发电池短路，产生安全隐患。
当前，通常使用带陶瓷涂层的PE隔膜来提高电池的安全性能，该隔膜闭孔温度低，热收缩温度较高，能在一定程度上避免隔膜高温收缩带来的短路，但是，一旦电池热失控，温度瞬间上升超过隔膜的熔点，隔膜还是会大面积收缩，正负极片出现短路。另外，就是在极片的活性物质涂覆区域的表面涂覆一层陶瓷涂层，该陶瓷涂层可以阻碍锂枝晶刺穿隔膜，有效避免短路，但是陶瓷涂覆在极片上，涂覆的厚度较厚，重量较重，而且陶瓷涂覆在极片上多采用凹版涂覆，可能会产生胶印、褶皱等缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明期望提供一种高安全性芳纶锂离子电池及其制备方法。芳纶涂覆的极片相对陶瓷涂覆极片，热稳定性更好，重量更轻；因此，其组成的电池安全性更好，能量密度更高。而且，相对凹版涂覆，采用喷涂将芳纶涂覆在极片上，更加的均匀，也不会出现胶印、褶皱等缺陷。该电池可以在遇到挤压，穿刺等极端情况下时，避免电池发生热失控，提高安全性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种高安全性锂离子电池，包括电芯，所述电芯内设置有正极片、负极片和隔膜，其特征在于：所述正极片的正极活性物质涂覆区域涂覆有芳纶涂层浆料，所述负极片的负极活性物质涂覆区域涂覆有芳纶涂层浆料，所述隔膜为PE裸膜。
进一步地，所述芳纶涂层浆料由以下组分按质量份数混合而成：
芳纶纤维4-9份；
第一溶剂55-75份；
第二溶剂9-32份；
助溶剂2-6份；
分散剂0.2-0.3份；
乳化剂0.5-3份；
造孔剂2-5份；
胶黏剂0.5-2.5份。
更进一步地，所述芳纶纤维为间位芳纶纤维、对位芳纶纤维中的一种或两种。
更进一步地，所述第一溶剂是NMP、DMF、DMSO、DMAC 或二氯亚砜中的一种或几种。
更进一步地，所述第二溶剂是乙酸乙酯、异丙醇、二氯甲烷、磷酸三乙酯或乙二醇中的一种或几种。
更进一步地，所述助溶剂是CaCl2、KOH、LiCl、吡啶或尿素中的一种或几种。
更进一步地，所述分散剂是聚氧化乙烯或亚甲基双萘磺酸钠中的一种或两种。
更进一步地，所述乳化剂是聚乙烯醇、聚丙烯酸纳、聚丙烯酰胺或聚山梨酯中的一种或几种。
更进一步地，所述造孔剂是氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化硅、氧化锆或氧化钙中的一种或几种。
更进一步地，所述胶黏剂是乙烯基吡咯烷酮和乙酸乙烯酯共聚物或酚醛树脂胶黏剂中的一种或几种。
进一步地，所述正极片的芳纶涂层浆料厚度为1-8μm，所述负极片的芳纶涂层厚度为1-8μm。
更进一步地，所述的芳纶涂层在极片的最外侧，负极析出的金属锂位于石墨层和芳纶涂层之间，芳纶涂层抑制了金属锂同电解液的相互作用；而且，由于芳纶涂层的阻隔，析出的金属锂不易戳破隔膜，很大程度地降低了短路的风险。相对地，芳纶涂覆到隔膜表面，负极析出的金属锂会暴露在电解液中，发生副反应，降低安全性能。因此，芳纶涂覆到极片上比涂覆到隔膜上更加安全。
进一步地，所述电芯为卷绕结构或叠片结构。
本发明还提供一种制备高安全性锂离子电池的方法，步骤如下：
a.取2-6份的所述助溶剂加入到55-75份所述第一溶剂中搅拌至完全溶解，边搅拌边缓慢加入0.2-0.3份所述分散剂，低速搅拌至完全溶解，加入4-9份所述芳纶纤维，沸水浴加热并搅拌至完全溶解，得到芳纶纤维溶解液I；
b.取9-32份所述第二溶剂，加入0.5-3份所述乳化剂和2-5份所述造孔剂，分散30-60min后，同0.5-2.5份的所述胶黏剂一起加入到上述芳纶溶解液I中，分散均匀后得芳纶浆料；
c.采用喷涂方式将上述芳纶浆料涂布于极片表面，喷涂速率 10m/min，浸水10s，使用三级烘箱进行烘干，各级温度分别为50℃、 60℃、55℃，干燥后得芳纶涂覆的极片；
d.将正、负极芳纶涂覆极片和隔膜装配成电芯，再经入壳，烘烤，注液，封口，组装成电池。
本发明有益效果如下：
1)本发明提供一种高安全性芳纶锂离子电池及其制备方法，可以使涂覆有芳纶涂层的极片相对于现有技术中的陶瓷涂覆极片的热稳定性更好，重量更轻(芳纶涂层与陶瓷涂层相比，重量降低 70％)；
2)本发明提供一种高安全性芳纶锂离子电池及其制备方法，可以阻隔析出的金属锂，从而不易戳破隔膜，避免电池发生热失控，提高了安全性能；
3)本发明提供一种高安全性芳纶锂离子电池及其制备方法，可以使极片更加的均匀，不会出现胶印、褶皱等缺陷。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明的特点与技术内容，下面结合实施例对本发明的实现进行详细阐述，所附实施例仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。
本发明具体实施方式的核心在于提供一种高安全性锂离子电池，包括电芯，所述电芯内设置有正极片、负极片和隔膜，其特征在于：所述正极片的正极活性物质涂覆区域涂覆有芳纶涂层浆料，所述负极片的负极活性物质涂覆区域涂覆有芳纶涂层浆料，所述隔膜为PE裸膜。
进一步地，所述芳纶涂层浆料由以下组分按质量份数混合而成：
芳纶纤维4-9份；
第一溶剂55-75份；
第二溶剂9-32份；
助溶剂2-6份；
分散剂0.2-0.3份；
乳化剂0.5-3份；
造孔剂2-5份；
胶黏剂0.5-2.5份。
更进一步地，所述芳纶纤维为间位芳纶纤维、对位芳纶纤维中的一种或两种。
更进一步地，所述第一溶剂是NMP、DMF、DMSO、DMAC 或二氯亚砜中的一种或几种。
更进一步地，所述第二溶剂是乙酸乙酯、异丙醇、二氯甲烷、磷酸三乙酯或乙二醇中的一种或几种。
更进一步地，所述助溶剂是CaCl2、KOH、LiCl、吡啶或尿素中的一种或几种。
更进一步地，所述分散剂是聚氧化乙烯或亚甲基双萘磺酸钠中的一种或两种。
更进一步地，所述乳化剂是聚乙烯醇、聚丙烯酸纳、聚丙烯酰胺或聚山梨酯中的一种或几种。
更进一步地，所述造孔剂是氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化硅、氧化锆或氧化钙中的一种或几种。
更进一步地，所述胶黏剂是乙烯基吡咯烷酮和乙酸乙烯酯共聚物或酚醛树脂胶黏剂中的一种或几种。
进一步地，所述正极片的芳纶涂层浆料厚度为1-8μm，所述负极片的芳纶涂层厚度为1-8μm。
更进一步地，所述的芳纶涂层在极片的最外侧，负极析出的金属锂位于石墨层和芳纶涂层之间，芳纶涂层抑制了金属锂同电解液的相互作用；而且，由于芳纶涂层的阻隔，析出的金属锂不易戳破隔膜，很大程度地降低了短路的风险。相对地，芳纶涂覆到隔膜表面，负极析出的金属锂会暴露在电解液中，发生副反应，降低安全性能。因此，芳纶涂覆到极片上比涂覆到隔膜上更加安全。
进一步地，所述电芯为卷绕结构或叠片结构。
本发明具体实施方式还提供一种制备高安全性锂离子电池的方法，步骤如下：
a.取2-6份的所述助溶剂加入到55-75份所述第一溶剂中搅拌至完全溶解，边搅拌边缓慢加入0.2-0.3份所述分散剂，低速搅拌至完全溶解，加入4-9份所述芳纶纤维，沸水浴加热并搅拌至完全溶解，得到芳纶纤维溶解液I；
b.取9-32份所述第二溶剂，加入0.5-3份所述乳化剂和2-5份所述造孔剂，分散30-60min后，同0.5-2.5份的所述胶黏剂一起加入到上述芳纶溶解液I中，分散均匀后得芳纶浆料；
c.采用喷涂方式将上述芳纶浆料涂布于极片表面，喷涂速率 10m/min，浸水10s，使用三级烘箱进行烘干，各级温度分别为50℃、 60℃、55℃，干燥后得芳纶涂覆的极片；
d.将正、负极芳纶涂覆极片和隔膜装配成电芯，再经入壳，烘烤，注液，封口，组装成电池。
这里，芳纶涂覆的极片相对陶瓷涂覆极片，热稳定性更好，重量更轻；因此，其组成的电池安全性更好，能量密度更高。而且，相对凹版涂覆，采用喷涂将芳纶涂覆在极片上，更加的均匀，也不会出现胶印、褶皱等缺陷。
对比例1:
制备正极片：将正极材料、粘结剂和导电剂均匀分散在NMP 中后得正极浆料，将正极浆料涂覆在铝箔上后经干燥、辊压、分切后得正极极片。正极材料中各组分的质量百分比为：正极活性材料 97％，正极粘结剂2％，正极导电剂1％。其中，正极活性材料为三元NCM材料，正极粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，正极导电剂为碳纳米管；
制备负极片：将负极材料、分散剂、粘结剂和导电剂均匀分散在去离子水中得负极浆料，将负极浆料涂覆在铜箔上后经干燥、辊压、分切后得负极极片。负极材料中各组分的质量百分比为：负极活性物质95.5％，负极分散剂2％，负极粘结剂1.5％，负极导电剂 1％。其中，负极活性材料为人造石墨，分散剂为羧甲基纤维素钠，粘结剂为丁苯胶乳，导电剂为炭黑；
制备隔膜：隔膜采用PE 16μm裸膜；
制备电芯：将正负极片焊接好极耳，并与隔膜一起卷绕成电芯；
电芯入壳：制备的电芯采用自动方式入壳；
焊接：极耳与壳体，极耳与盖帽焊接好；
烘烤注液：电芯水份烘烤合格后对电芯进行注液；
化成分容：注液后的电池静置72h后进行化成，化成后45℃高温老化72h后再进行分容，电池充放电的电压区间为2.75-4.2V；
通过以上方式制备出容量为2.6Ah的电池。
实施例1:
取2份的所述助溶剂加入到75份所述第一溶剂中搅拌至完全溶解，边搅拌边缓慢加入0.3份所述分散剂，低速搅拌至完全溶解，加入4份所述芳纶纤维，沸水浴加热并搅拌至完全溶解，得到芳纶纤维溶解液I；
取9份所述第二溶剂，加入3份所述乳化剂和5份所述造孔剂，分散30-60min后，同1.7份的所述胶黏剂一起加入到上述芳纶溶解液I中，分散均匀后得芳纶浆料；
制备涂覆芳纶的正极片：将正极材料、粘结剂和导电剂均匀分散在NMP中后得正极浆料，将正极浆料涂覆在铝箔上后经干燥、辊压、分切后得正极极片。正极材料中各组分的质量百分比为：正极活性材料97％，正极粘结剂2％，正极导电剂1％。其中，正极活性材料为三元NCM材料，正极粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，正极导电剂为碳纳米管。采用喷涂方式将上述芳纶浆料涂布于正极片表面，喷涂速率10m/min，浸水10s，使用三级烘箱进行烘干，各级温度分别为50℃、60℃、55℃，涂覆厚度为3μm，芳纶涂层的位置与正极活性物质涂覆区域完全一致，干燥后得芳纶涂覆的正极片；
制备涂覆芳纶的负极片：将负极材料、分散剂、粘结剂和导电剂均匀分散在去离子水中得负极浆料，将负极浆料涂覆在铜箔上后经干燥、辊压、分切后得负极极片。负极材料中各组分的质量百分比为：负极活性物质95.5％，负极分散剂2％，负极粘结剂1.5％，负极导电剂1％。其中，负极活性材料为人造石墨，分散剂为羧甲基纤维素钠，粘结剂为丁苯胶乳，导电剂为炭黑。采用喷涂方式将上述芳纶浆料涂布于负极片表面，喷涂速率10m/min，浸水10s，使用三级烘箱进行烘干，各级温度分别为50℃、60℃、55℃，涂覆厚度为5μm，芳纶涂层的位置与负极活性物质涂覆区域完全一致，干燥后得芳纶涂覆的负极片；
制备隔膜：隔膜采用PE 16μm裸膜；
制备电芯：将正负极片焊接好极耳，并与隔膜一起卷绕成电芯；
电芯入壳：制备的电芯采用自动方式入壳；
焊接：极耳与壳体，极耳与盖帽焊接好；
烘烤注液：电芯水份烘烤合格后对电芯进行注液；
化成分容：注液后的电池静置72h后进行化成，化成后45℃高温老化72h后再进行分容，电池充放电的电压区间为2.75-4.2V；
通过以上方式制备出容量为2.6Ah的电池。
实施例2:
取3份的所述助溶剂加入到70份所述第一溶剂中搅拌至完全溶解，边搅拌边缓慢加入0.25份所述分散剂，低速搅拌至完全溶解，加入5份所述芳纶纤维，沸水浴加热并搅拌至完全溶解，得到芳纶纤维溶解液I；
取15份所述第二溶剂，加入2份所述乳化剂和4份所述造孔剂，分散30-60min后，同0.75份的所述胶黏剂一起加入到上述芳纶溶解液I中，分散均匀后得芳纶浆料；
制备涂覆芳纶的正极片：将正极材料、粘结剂和导电剂均匀分散在NMP中后得正极浆料，将正极浆料涂覆在铝箔上后经干燥、辊压、分切后得正极极片。正极材料中各组分的质量百分比为：正极活性材料97％，正极粘结剂2％，正极导电剂1％。其中，正极活性材料为三元NCM材料，正极粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，正极导电剂为碳纳米管。采用喷涂方式将上述芳纶浆料涂布于正极片表面，喷涂速率10m/min，浸水10s，使用三级烘箱进行烘干，各级温度分别为50℃、60℃、55℃，涂覆厚度为3μm，芳纶涂层的位置与正极活性物质涂覆区域完全一致，干燥后得芳纶涂覆的正极片；
制备涂覆芳纶的负极片：将负极材料、分散剂、粘结剂和导电剂均匀分散在去离子水中得负极浆料，将负极浆料涂覆在铜箔上后经干燥、辊压、分切后得负极极片。负极材料中各组分的质量百分比为：负极活性物质95.5％，负极分散剂2％，负极粘结剂1.5％，负极导电剂1％。其中，负极活性材料为人造石墨，分散剂为羧甲基纤维素钠，粘结剂为丁苯胶乳，导电剂为炭黑。采用喷涂方式将上述芳纶浆料涂布于负极片表面，喷涂速率10m/min，浸水10s，使用三级烘箱进行烘干，各级温度分别为50℃、60℃、55℃，涂覆厚度为5μm，芳纶涂层的位置与负极活性物质涂覆区域完全一致，干燥后得芳纶涂覆的负极片；
制备隔膜：隔膜采用PE 16μm裸膜；
制备电芯：将正负极片焊接好极耳，并与隔膜一起卷绕成电芯；
电芯入壳：制备的电芯采用自动方式入壳；
焊接：极耳与壳体，极耳与盖帽焊接好；
烘烤注液：电芯水份烘烤合格后对电芯进行注液；
化成分容：注液后的电池静置72h后进行化成，化成后45℃高温老化72h后再进行分容，电池充放电的电压区间为2.75-4.2V；
通过以上方式制备出容量为2.6Ah的电池。
实施例3:
取3份的所述助溶剂加入到63份所述第一溶剂中搅拌至完全溶解，边搅拌边缓慢加入0.3份所述分散剂，低速搅拌至完全溶解，加入6份所述芳纶纤维，沸水浴加热并搅拌至完全溶解，得到芳纶纤维溶解液I；
取20份所述第二溶剂，加入1.2份所述乳化剂和5份所述造孔剂，分散30-60min后，同1.5份的所述胶黏剂一起加入到上述芳纶溶解液I中，分散均匀后得芳纶浆料；
制备涂覆芳纶的正极片：将正极材料、粘结剂和导电剂均匀分散在NMP中后得正极浆料，将正极浆料涂覆在铝箔上后经干燥、辊压、分切后得正极极片。正极材料中各组分的质量百分比为：正极活性材料97％，正极粘结剂2％，正极导电剂1％。其中，正极活性材料为三元NCM材料，正极粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，正极导电剂为碳纳米管。采用喷涂方式将上述芳纶浆料涂布于正极片表面，喷涂速率10m/min，浸水10s，使用三级烘箱进行烘干，各级温度分别为50℃、60℃、55℃，涂覆厚度为3μm，芳纶涂层的位置与正极活性物质涂覆区域完全一致，干燥后得芳纶涂覆的正极片；
制备涂覆芳纶的负极片：将负极材料、分散剂、粘结剂和导电剂均匀分散在去离子水中得负极浆料，将负极浆料涂覆在铜箔上后经干燥、辊压、分切后得负极极片。负极材料中各组分的质量百分比为：负极活性物质95.5％，负极分散剂2％，负极粘结剂1.5％，负极导电剂1％。其中，负极活性材料为人造石墨，分散剂为羧甲基纤维素钠，粘结剂为丁苯胶乳，导电剂为炭黑。采用喷涂方式将上述芳纶浆料涂布于负极片表面，喷涂速率10m/min，浸水10s，使用三级烘箱进行烘干，各级温度分别为50℃、60℃、55℃，涂覆厚度为5μm，芳纶涂层的位置与负极活性物质涂覆区域完全一致，干燥后得芳纶涂覆的负极片；
制备隔膜：隔膜采用PE 16μm裸膜；
制备电芯：将正负极片焊接好极耳，并与隔膜一起卷绕成电芯；
电芯入壳：制备的电芯采用自动方式入壳；
焊接：极耳与壳体，极耳与盖帽焊接好；
烘烤注液：电芯水份烘烤合格后对电芯进行注液；
化成分容：注液后的电池静置72h后进行化成，化成后45℃高温老化72h后再进行分容，电池充放电的电压区间为2.75-4.2V；
通过以上方式制备出容量为2.6Ah的电池。
实施例4:
取5份的所述助溶剂加入到64份所述第一溶剂中搅拌至完全溶解，边搅拌边缓慢加入0.3份所述分散剂，低速搅拌至完全溶解，加入7份所述芳纶纤维，沸水浴加热并搅拌至完全溶解，得到芳纶纤维溶解液I；
取15份所述第二溶剂，加入2份所述乳化剂和5份所述造孔剂，分散30-60min后，同1.7份的所述胶黏剂一起加入到上述芳纶溶解液I中，分散均匀后得芳纶浆料；
制备涂覆芳纶的正极片：将正极材料、粘结剂和导电剂均匀分散在NMP中后得正极浆料，将正极浆料涂覆在铝箔上后经干燥、辊压、分切后得正极极片。正极材料中各组分的质量百分比为：正极活性材料97％，正极粘结剂2％，正极导电剂1％。其中，正极活性材料为三元NCM材料，正极粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，正极导电剂为碳纳米管。采用喷涂方式将上述芳纶浆料涂布于正极片表面，喷涂速率10m/min，浸水10s，使用三级烘箱进行烘干，各级温度分别为50℃、60℃、55℃，涂覆厚度为3μm，芳纶涂层的位置与正极活性物质涂覆区域完全一致，干燥后得芳纶涂覆的正极片；
制备涂覆芳纶的负极片：将负极材料、分散剂、粘结剂和导电剂均匀分散在去离子水中得负极浆料，将负极浆料涂覆在铜箔上后经干燥、辊压、分切后得负极极片。负极材料中各组分的质量百分比为：负极活性物质95.5％，负极分散剂2％，负极粘结剂1.5％，负极导电剂1％。其中，负极活性材料为人造石墨，分散剂为羧甲基纤维素钠，粘结剂为丁苯胶乳，导电剂为炭黑。采用喷涂方式将上述芳纶浆料涂布于负极片表面，喷涂速率10m/min，浸水10s，使用三级烘箱进行烘干，各级温度分别为50℃、60℃、55℃，涂覆厚度为5μm，芳纶涂层的位置与负极活性物质涂覆区域完全一致，干燥后得芳纶涂覆的负极片；
制备隔膜：隔膜采用PE 16μm裸膜；
制备电芯：将正负极片焊接好极耳，并与隔膜一起卷绕成电芯；
电芯入壳：制备的电芯采用自动方式入壳；
焊接：极耳与壳体，极耳与盖帽焊接好；
烘烤注液：电芯水份烘烤合格后对电芯进行注液；
化成分容：注液后的电池静置72h后进行化成，化成后45℃高温老化72h后再进行分容，电池充放电的电压区间为2.75-4.2V；
通过以上方式制备出容量为2.6Ah的电池。
实施例5:
取5份的所述助溶剂加入到64份所述第一溶剂中搅拌至完全溶解，边搅拌边缓慢加入0.3份所述分散剂，低速搅拌至完全溶解，加入8份所述芳纶纤维，沸水浴加热并搅拌至完全溶解，得到芳纶纤维溶解液I；
取15份所述第二溶剂，加入2份所述乳化剂和5份所述造孔剂，分散30-60min后，同0.7份的所述胶黏剂一起加入到上述芳纶溶解液I中，分散均匀后得芳纶浆料；
制备涂覆芳纶的正极片：将正极材料、粘结剂和导电剂均匀分散在NMP中后得正极浆料，将正极浆料涂覆在铝箔上后经干燥、辊压、分切后得正极极片。正极材料中各组分的质量百分比为：正极活性材料97％，正极粘结剂2％，正极导电剂1％。其中，正极活性材料为三元NCM材料，正极粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，正极导电剂为碳纳米管。采用喷涂方式将上述芳纶浆料涂布于正极片表面，喷涂速率10m/min，浸水10s，使用三级烘箱进行烘干，各级温度分别为50℃、60℃、55℃，涂覆厚度为3μm，芳纶涂层的位置与正极活性物质涂覆区域完全一致，干燥后得芳纶涂覆的正极片；
制备涂覆芳纶的负极片：将负极材料、分散剂、粘结剂和导电剂均匀分散在去离子水中得负极浆料，将负极浆料涂覆在铜箔上后经干燥、辊压、分切后得负极极片。负极材料中各组分的质量百分比为：负极活性物质95.5％，负极分散剂2％，负极粘结剂1.5％，负极导电剂1％。其中，负极活性材料为人造石墨，分散剂为羧甲基纤维素钠，粘结剂为丁苯胶乳，导电剂为炭黑。采用喷涂方式将上述芳纶浆料涂布于负极片表面，喷涂速率10m/min，浸水10s，使用三级烘箱进行烘干，各级温度分别为50℃、60℃、55℃，涂覆厚度为5μm，芳纶涂层的位置与负极活性物质涂覆区域完全一致，干燥后得芳纶涂覆的负极片；
制备隔膜：隔膜采用PE 16μm裸膜；
制备电芯：将正负极片焊接好极耳，并与隔膜一起卷绕成电芯；
电芯入壳：制备的电芯采用自动方式入壳；
焊接：极耳与壳体，极耳与盖帽焊接好；
烘烤注液：电芯水份烘烤合格后对电芯进行注液；
化成分容：注液后的电池静置72h后进行化成，化成后45℃高温老化72h后再进行分容，电池充放电的电压区间为2.75-4.2V；
通过以上方式制备出容量为2.6Ah的电池。
将实施例1至实施例5与对比例1进行穿刺实验和挤压实验：
将上述实施例1至实施例5和对比例1制得的电池各取3只进行针刺、挤压及热箱安全实验：
针刺实验方法：以0.5C的电流将电池充满电，然后用直径5mm 的钢针以20-30mm/min的速度将电池刺穿透。
挤压实验方法：以0.5C的电流将电池充满电，然后采用半径 75mm的半圆柱体，垂直于电池的极板方向施压，直至电压达到0V 或挤压力达到100KN。
热箱测试方法：以0.5C的电流将电池充满电，将单体满充电芯放置在温箱中，温度以(5±2℃)/min的速率升至150±2℃并恒温1h。
实施例1至实施例5与对比例1电池安全试验结果对比表
Figure BDA0002260493960000171
Figure BDA0002260493960000181
从上述实验结果可以看出，采用本发明涂覆有芳纶涂层极片的电池均不起火，短路可控，试验结果满足《GB/T31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》的国家标准，安全性能较好；当芳纶涂层配方选择为芳纶纤维7份，第一溶剂64份，第二溶剂15份，助溶剂5份，分散剂0.3份，乳化剂2份，造孔剂5份，胶黏剂1.7份时，电芯的安全性能最好；而且，相对凹版涂覆，采用喷涂将芳纶涂覆在极片上，更加的均匀，也不会出现胶印、褶皱等缺陷。
以上涉及到的公知常识内容不作详细描述，本领域的技术人员能够理解。
以上所述仅为本发明的一些具体实施例而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种高安全性锂离子电池，包括电芯，所述电芯内设置有正极片、负极片和隔膜，其特征在于：所述正极片的正极活性物质涂覆区域涂覆有芳纶涂层浆料，所述负极片的负极活性物质涂覆区域涂覆有芳纶涂层浆料，所述隔膜为PE裸膜。
2.根据权利要求1所述的一种高安全性锂离子电池，其特征在于，所述芳纶涂层浆料由以下组分按质量份数混合而成：
芳纶纤维4-9份；
第一溶剂55-75份；
第二溶剂9-32份；
助溶剂2-6份；
分散剂0.2-0.3份；
乳化剂0.5-3份；
造孔剂2-5份；
胶黏剂0.5-2.5份。
3.根据权利要求2所述的一种高安全性锂离子电池，其特征在于：所述芳纶纤维为间位芳纶纤维、对位芳纶纤维中的一种或两种。
4.根据权利要求2所述的一种高安全性锂离子电池，其特征在于：所述第一溶剂是NMP、DMF、DMSO、DMAC或二氯亚砜中的一种或几种；所述第二溶剂是乙酸乙酯、异丙醇、二氯甲烷、磷酸三乙酯或乙二醇中的一种或几种；所述助溶剂是CaCl2、KOH、LiCl、吡啶或尿素中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的一种高安全性锂离子电池，其特征在于：所述分散剂是聚氧化乙烯或亚甲基双萘磺酸钠中的一种或几种。
6.根据权利要求2所述的一种高安全性锂离子电池，其特征在于：所述乳化剂是聚乙烯醇、聚丙烯酸纳、聚丙烯酰胺或聚山梨酯中的一种或几种。
7.根据权利要求2所述的一种高安全性锂离子电池，其特征在于：所述造孔剂是氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化硅、氧化锆或氧化钙中的一种或几种。
8.根据权利要求2所述的一种高安全性锂离子电池，其特征在于：所述胶黏剂是乙烯基吡咯烷酮和乙酸乙烯酯共聚物或酚醛树脂胶黏剂中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的一种高安全性锂离子电池，其特征在于：所述正极片的芳纶涂层浆料厚度为1-8μm，所述负极片的芳纶涂层厚度为1-8μm；所述电芯为卷绕结构或叠片结构。
10.一种制备如权利要求1至9中任一项所述的高安全性锂离子电池的方法，其特征在于，所述步骤包括：
a.取2-6份的所述助溶剂加入到55-75份所述第一溶剂中搅拌至完全溶解，边搅拌边缓慢加入0.2-0.3份所述分散剂，低速搅拌至完全溶解，加入4-9份所述芳纶纤维，沸水浴加热并搅拌至完全溶解，得到芳纶纤维溶解液I；
b.取9-32份所述第二溶剂，加入0.5-3份所述乳化剂和2-5份所述造孔剂，分散 30-60min 后，同0.5-2.5份 的所述胶黏剂一起加入到所述芳纶溶解液I中，分散均匀后得芳纶浆料；
c.采用喷涂方式将所述芳纶浆料涂布于极片表面，喷涂速率10m/min，浸水10s，使用三级烘箱进行烘干，各级温度分别为 50℃、60℃、55℃，干燥后得芳纶涂覆的极片；
d.将正、负极芳纶涂覆极片和隔膜装配成电芯，再经入壳，烘烤，注液，封口，组装成电池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111599969A (zh) * 2020-05-29 2020-08-28 东莞市溢兴新材料科技有限公司 一种pvdf涂覆的锂离子电池隔膜及其制备方法
CN113380976A (zh) * 2021-05-27 2021-09-10 浙江锋锂新能源科技有限公司 极片表面涂层浆料及制作方法、锂电池极片及制备方法
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