CN113363604A - 一种改善锂离子电池针刺性能的方法及一种高安全性锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改善锂离子电池针刺性能的方法及一种高安全性锂离子电池，通过在锂离子电池的负极浆料中掺入热熔型的表面被金属层覆盖的塑料材料来改善锂离子电池针刺性能，这样当电芯产热达到一定温度时，材料就会呈现熔融状态从而覆盖住活性材料，阻碍了活性物性与集流体的接触从而实现安全效果；该方法可改善极片的导电性，并提高了电池的安全性能，其中对针刺改善效果尤为显著。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种改善锂离子电池针刺性能的方法及一种高安全性锂离子电池。
背景技术
锂离子电池作为一种绿色环保电池，具有高能量密度、高工作电压、高安全性能和长使用寿命等优点，锂离子电池在进行安全测试，如过充，挤压、针刺过程中极易发生短路产生电火花而引燃电解液发生爆炸，存在很大的安全隐患。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种改善锂离子电池针刺性能的方法，在锂离子电池的负极浆料中掺入热熔型的表面被金属层覆盖的塑料材料，当电芯产热达到一定温度时，材料就会呈现熔融状态从而覆盖住活性材料，阻碍了活性物性与集流体的接触从而防止电池过热而发生爆炸。
本发明还提供了一种高安全性锂离子电池，其负极膜片中含有热熔型的表面被金属层覆盖的塑料材料，该锂离子电池在性能可满足使用的要求，且能有效改善针刺性能，进行针刺测试时，电芯不起火、不爆炸、不冒烟。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种改善锂离子电池针刺性能的方法，在锂离子电池的负极浆料中掺入热熔型的表面被金属层覆盖的塑料材料。锂电芯中最剧烈的短路模式是负极膜片与正极集流体接触造成的短路，所以在负极浆料中掺入热熔型的表面被金属层覆盖的塑料材料抑制短路的效果明显。
所述塑料材料为EVA，牌号为KA-31。
所述金属层由塑料材料表面喷涂的铜粉、和/或镍粉形成。锂电芯中使用的负极集流体一般是铜箔，在负极浆料中掺入热熔型的表面被铜覆盖的塑料材料不会产生电位差，也不会产生副反应；Ni是与Cu的电位最近，且一般在电芯极耳中，防止Cu氧化会在Cu表面镀Ni，所以在负极浆料中掺入热熔型的表面被镍覆盖的塑料材料不会产生电位差，也不会产生副反应。如果使用其他金属替换铜粉、和/或镍粉会存在以下几个缺点：一是引入杂质，导致自放电大；二是不同金属之间存在电位差，在通电情况下易发生氧化还原反应，严重影响电芯性能。
本发明提供的表面被铜、和/或镍覆盖的EVA的制备方法包括以下步骤：
(1)将EVA粉末分散到浓度为65％～90％的硫酸酸液中，超声清洗1～2h，再转移至去离子水中超声清洗30min，重复酸洗-水洗操作3次，再置于40～55℃干燥4～8h至水含量约剩余1～2％后进入下一步骤；
(2)在大于500m/s的喷射速度下冷喷涂铜粉、和/或镍粉，干燥1h后再重复冷喷涂一次，这样能够使得金属涂层附着效果更好，一体性更强。
所述金属层的厚度为10～100μm，这样厚度的金属层可保证EVA在负极浆料中有良好的沉降性，且对电芯的内阻影响较小，同时又可改善极片的导电性。
所述铜粉、镍粉的粒径为100～500nm；所述EVA的粒径<400目，这样得到的表面被铜、和/或镍覆盖的EVA的粒径较小，掺入到负极浆料中之后不会影响负极浆料涂覆的平整性。
所述热熔型的表面被金属层覆盖的塑料材料在负极浆料中的掺入量为除溶剂外所有原料总重量的1.5～2.5％，优选为2.0％。
一种高安全性锂离子电池，所述高安全性锂离子电池的负极膜片中含有热熔型的表面被金属层覆盖的塑料材料。
所述塑料材料为EVA；所述金属层由塑料材料表面喷涂的铜粉、和/或镍粉形成。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明通过在锂离子电池的负极浆料中掺入热熔型的表面被金属层覆盖的塑料材料来改善锂离子电池针刺性能，这样当电芯产热达到一定温度时，材料就会呈现熔融状态从而覆盖住活性材料，阻碍了活性物性与集流体的接触从而实现安全效果；
2.本发明优选使用表面被铜、和/或镍覆盖的EVA作为热熔型的表面被金属层覆盖的塑料材料，EVA质量轻且不溶于水，其在负极浆料中无法均匀搅拌，在EVA表面镀金属之后一方面可降低EVA表面疏水性，使EVA不会漂浮在浆料表面；另一方面可增加EVA颗粒的导电性，对减小电芯阻抗有显著效果；
3.本发明优选在牌号为KA-31的EVA表面进行金属粉末的喷涂，该牌号的EVA的熔点在100℃左右且具有良好的发泡膨胀性能，在电池发生过热到达此温度时，EVA就会呈现熔融状态从而覆盖住活性材料，阻碍了活性物性与集流体的接触，从而保证了电池的安全性；
4.本发明的方法可改善极片的导电性，并提高了电池的安全性能，其中对针刺改善效果尤为显著。
附图说明
图1为各实施例和对比例制备的电芯的内阻分布图；
图2为实施例1中制备的电芯的针刺测试结果；
图3为实施例2中制备的电芯的针刺测试结果；
图4为对比例1中制备的电芯的针刺测试结果；
图5为对比例2中制备的电芯的针刺测试结果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明中，EVA的牌号为KA-31；
本发明中的EVA_Cu、EVA_Ni均是交由南京高和化工有限公司按照下述方法进行制备的：
EVA_Cu的制备方法为：将EVA粉末分散到浓度为65％的硫酸酸液中，超声清洗1～2h，再转移至去离子水中超声清洗30min，重复酸洗-水系操作3次，再置于40～55℃干燥4～8h至水含量约剩余1～2％后进入下一步骤；在大于500m/s的喷射速度下向清洁后的EVA粉末中冷喷涂铜粉，干燥后再重复冷喷涂一次，制备得到金属层的厚度为10～100μm的表面被铜覆盖的EVA粉末；
EVA_Ni的制备方法为：将EVA粉末分散到浓度为75％的硫酸酸液中，超声清洗1～2h，再转移至去离子水中超声清洗30min，重复酸洗-水系操作3次，再置于40～55℃干燥4～8至水含量约剩余1～2％后进入下一步骤；；在大于500m/s的喷射速度下向清洁后的EVA粉末中冷喷涂镍粉，干燥后再重复冷喷涂一次，制备得到金属层的厚度为10～100μm的表面被铜覆盖的EVA粉末；
实例1[LCO+石墨+EVA_Cu]
使用质量比为93％的LCO正极极片与质量比为91％的石墨负极极片，做成3Ah软包电池，最后做热滥用安全测试。
其中3Ah软包电池制作流程为：
1、将质量比为93％LCO、2％导电碳黑、5％聚偏氟乙烯加入搅拌罐中，再加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，然后进行高速搅拌制成固含量为72％的正极浆料；
2、将步骤1中所述的正极浆料涂覆在铝箔上，然后进行100±5℃烘烤、辊压，裁片，制成正极极片；
3、将质量比92％石墨、2％EVA_Cu、2％导电碳黑、3％丁苯橡胶、1％羧甲基纤维素钠加入搅拌罐中，再加入去离子水，然后进行高速搅拌制成固含量为54％负极浆料；
4、将步骤3中所述的负极浆料涂覆在铜箔上，然后在80±5℃(该温度低于EVA的熔点)下进行烘烤、辊压，裁片，制成负极极片；
5、将正负极极片、PE隔离膜、电解液通过卷绕、组装、80±5℃(该温度低于EVA的熔点)下烘烤、焊接密封、注液、化成等工序做成软包电芯。
测试成品电芯的交流内阻，分布数据见附图1；相比对比例1，其内阻有稍微增加，但不影响电芯整体电性能，但与对比例2相比可明显降低其电芯内阻；
将电芯满充后，根据GBT 31485-2015要求做针刺测试，发现EVA_Cu的加入对改善针刺有显著优势，电芯不起火、不爆炸、不冒烟，其中针刺曲线见附图2。
实例2[LCO+石墨+EVA_Ni]
使用质量比为93％的LCO正极极片与质量比为91％的石墨负极极片，做成3Ah软包电池，最后做热滥用安全测试。
其中3Ah软包电池制作流程为：
1、将质量比为93％LCO、2％导电碳黑、5％聚偏氟乙烯加入搅拌罐中，再加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，然后进行高速搅拌制成固含量为72％的正极浆料；
2、将步骤1中所述的正极浆料涂覆在铝箔上，然后进行100±5℃烘烤、辊压，裁片，制成正极极片；
3、将质量比92％石墨、2％EVA_Ni、2％导电碳黑、3％丁苯橡胶、1％羧甲基纤维素钠加入搅拌罐中，再加入去离子水，然后进行高速搅拌制成固含量为55％负极浆料；
4、将步骤3中所述的负极浆料涂覆在铜箔上，然后进行80±5℃(该温度低于EVA的熔点)烘烤、辊压，裁片，制成负极极片；
5、将正负极极片、PE隔离膜、电解液通过卷绕、组装、80±5℃(该温度低于EVA的熔点)下烘烤、焊接密封、注液、化成等工序做成软包电芯。
测试成品电芯的交流内阻，分布数据见附图1；相比对比例1，其内阻也有稍微增加，但不影响电芯整体电性能，但与对比例2相比可明显降低其电芯内阻；
将电芯满充后，根据GBT 31485-2015要求做针刺测试，发现EVA_Ni同样对改善针刺有显著优势，电芯不起火、不爆炸、不冒烟，其中针刺曲线见附图2。
对比例1[LCO+石墨]
使用质量比为93％的LCO正极极片与质量比为91％的石墨负极极片，做成3Ah软包电池，最后做热滥用安全测试。
其中3Ah软包电池制作流程为：
1、将质量比为93％LCO、2％导电碳黑、5％聚偏氟乙烯加入搅拌罐中，再加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，然后进行高速搅拌制成固含量为72％正极浆料；
2、将步骤1中所述的正极浆料涂覆在铝箔上，然后进行100±5℃烘烤、辊压，裁片，制成正极极片；
3、将质量比94％石墨、2％导电碳黑、3％丁苯橡胶、1％羧甲基纤维素钠加入搅拌罐中，再加入去离子水，然后进行高速搅拌制成固含量为50％负极浆料；
4、将步骤3中所述的负极浆料涂覆在铜箔上，然后进行80±5℃烘烤、辊压，裁片，制成负极极片；
5、将正负极极片、PE隔离膜、电解液通过卷绕、组装、80±5℃下烘烤、焊接密封、注液、化成等工序做成软包电芯。
测试成品电芯的交流内阻；分布数据见附图1；
将电芯满充后，根据GBT 31485-2015要求做针刺测试，电芯起火、爆炸，其中针刺曲线见附图4。
对比例2[LCO+石墨+EVA]
使用质量比为93％的LCO正极极片与质量比为91％的石墨负极极片，做成3Ah软包电池，最后做热滥用安全测试。
其中3Ah软包电池制作流程为：
1、将质量比为93％LCO、2％导电碳黑、5％聚偏氟乙烯加入搅拌罐中，再加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，然后进行高速搅拌制成固含量为72％正极浆料；
2、将步骤1中所述的正极浆料涂覆在铝箔上，然后进行100±5℃烘烤、辊压，裁片，制成正极极片；
3、将质量比92％石墨、2％EVA、2％导电碳黑、3％丁苯橡胶、1％羧甲基纤维素钠加入搅拌罐中，再加入去离子水，然后进行高速搅拌制成固含量为58％负极浆料；
4、将步骤3中所述的负极浆料涂覆在铜箔上，然后进行80±5℃(该温度低于EVA的熔点)烘烤、辊压，裁片，制成负极极片；
5、将正负极极片、PE隔离膜、电解液通过卷绕、组装、80±5℃(该温度低于EVA的熔点)下烘烤、焊接密封、注液、化成等工序做成软包电芯。
测试成品电芯的交流内阻，分布数据见附图1；相对于对比例1，其内阻显著增加，严重影响了电芯的电性能；
将电芯满充后，根据GBT 31485-2015要求做针刺测试，发现对针刺有显著的改善效果，电芯不起火，不爆炸，其中针刺曲线见附图5。
上述参照实施例对一种改善锂离子电池针刺性能的方法及一种高安全性锂离子电池进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种改善锂离子电池针刺性能的方法，其特征在于，在锂离子电池的负极浆料中掺入热熔型的表面被金属层覆盖的塑料材料。
2.根据权利要求1所述的改善锂离子电池针刺性能的方法，其特征在于，所述塑料材料为EVA。
3.根据权利要求1或2所述的改善锂离子电池针刺性能的方法，其特征在于，所述金属层由塑料材料表面喷涂的铜粉、和/或镍粉形成。
4.根据权利要求1或2所述的改善锂离子电池针刺性能的方法，其特征在于，所述金属层的厚度为10～100μm。
5.根据权利要求3所述的改善锂离子电池针刺性能的方法，其特征在于，所述铜粉、镍粉的粒径为100～500nm；所述EVA的粒径<400目。
6.根据权利要求3所述的改善锂离子电池针刺性能的方法，其特征在于，所述热熔型的表面被金属层覆盖的塑料材料在负极浆料中的掺入量为除溶剂外所有原料总重量的1.5～2.5％。
7.一种高安全性锂离子电池，其特征在于，所述高安全性锂离子电池的负极膜片中含有热熔型的表面被金属层覆盖的塑料材料。
8.根据权利要求7所述的高安全性锂离子电池，其特征在于，所述塑料材料为EVA；所述金属层由塑料材料表面喷涂的铜粉、和/或镍粉形成。
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| CN202110631190.7A Pending CN113363604A (zh) | 2021-06-07 | 2021-06-07 | 一种改善锂离子电池针刺性能的方法及一种高安全性锂离子电池 |
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-
2021
- 2021-06-07 CN CN202110631190.7A patent/CN113363604A/zh active Pending
Patent Citations (6)
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| JP2010225540A (ja) * | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Tdk Corp | リチウムイオン二次電池 |
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