CN114709365A - 高安全性锂离子电池正极片及其制备方法，锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高安全性锂离子电池正极片及其制备方法，锂离子电池，采用石墨烯包覆的磷酸铁锂和氧化锌包覆的钴酸锂或者镍钴锰酸锂作为正极材料，采用石墨或者硅基作为负极材料，然后将负极材料、粘结剂、导电剂、去离子水混合成浆料涂覆与集流体上制得负极片。再依次按正极片，第一隔膜，负极片和第二隔膜顺序对所述膨胀胶带进行后序外包后，通过在所述卷芯外部采用膨胀胶带将其固定，再置于所述外壳内，制得合格锂离子电池，该方法制得的电池耐高温性能好，安全环保，循环稳定性优异，可以大大提高电池的安全性。

Description

高安全性锂离子电池正极片及其制备方法，锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其是涉及一种高安全性锂离子电池正极片及其制备方法，锂离子电池。
背景技术
接近30年的发展，锂离子电池得到了非常广泛的应用，如：新能源汽车、电动汽车、电动工具以及3C数码领域电池等等。涉及到储能的行业都离不开锂离子电池在锂电池正负极材料的发展中，正极材料实现量产的可分为五种：锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂；负极材料可分类碳材料和非碳材料两大类，前者包括人造石墨、天然石墨等石墨类碳材料以及软碳、硬碳等无定型碳材料；后者包括锡基、硅基、钛基等合金材料。此外，硅具有非常高的脱嵌锂比容量和较低的脱嵌锂电位,因此是下一代最有潜力替代石墨大规模使用的锂离子电池负极材料。
现有的锂电池结构主要分为圆柱形，方形，纽扣，异型扁圆结构为主，锂离子电池正极主材体系主要为锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂或者镍钴锰酸锂等；在安全性能方面，现有镍和钴酸锂体系锂电池的优点是能量密度高，资源短缺等缺点，高温状态下安全性能比较差，容易引发危险。而对于镍钴锰酸锂和钴酸锂而言，其在高温满电状态下大量产氧是难以避免的，包覆、减小比表面积等处理方法或许对结果有些许改善，但是无法从根本上提高材料的安全性能。在实际应用的同时也存在不可避免的安全性问题，如电池遇到一些极端情况，锂离子电池很容易发生热失控并起火爆炸。
发明内容
针对上述锂离子电池安全性能问题，本发明提出一种高安全性锂离子电池正极片及其制备方法，锂离子电池，采用石墨烯包覆的磷酸铁锂和氧化锌包覆的钴酸锂或者镍钴锰酸锂作为正极材料，将石墨烯包覆的磷酸铁锂正极材料、导电剂、粘结剂、N-甲基吡咯烷酮混合成浆料涂覆与集流体第一层制得正极片A；将氧化锌包覆的钴酸锂或者镍钴锰酸锂正极材料、导电剂、粘结剂、N-甲基吡咯烷酮溶剂混合成浆料涂覆与正极片A得到合格的正极片；采用石墨或者硅基作为负极材料，然后将负极材料、粘结剂、导电剂、去离子水混合成浆料涂覆与集流体上制得负极片，隔膜采用高强度高伸长率的涂覆三氧化二铝隔离膜；通过正极片和三氧化二铝隔离膜，负极片，膨胀胶带，然后注入有机电解液等组装成合格的锂离子电池，该方法制得的电池耐高温性能好，安全环保，循环稳定性优异。
具体地，本发明提供了一种高安全性锂离子电池正极片，包括：中间基材层，第一敷料区和第二敷料区；其中，
所述第一敷料区分布于所述中间基材层的上下两层表面，采用第一包覆层将第一正极材料进行包覆，得到第一混合浆料；将所述第一混合浆料涂覆于所述第一敷料区，制得初始正极片；
所述第二敷料区分布于所述初始正极片的上下两层表面，采用第二包覆层将第二正极材料进行包覆，得到第二混合浆料，将所述第二混合浆料涂覆于所述第二敷料区，获得合格的正极片。
其中，所述第一正极材料由磷酸铁锂正极材料，导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮混合而成。
进一步的，所述第二正极材料进由钴酸锂或者镍钴锰酸锂正极材料，导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮溶剂混合而成。
进一步的，所述第一包覆层采用石墨烯材料作为包覆层；所述第二包覆层采用氧化锌材料作为包覆层。
作为另一优选的，本发明还提供一种高安全性锂离子电池正极片的制备方法，包括以下步骤：
S1：采用第一包覆层将第一正极材料进行包覆，得到第一混合浆料；
S2：在中间基材层的上下两层表面的第一敷料区涂覆所述第一混合浆料，制得初始正极片；
S3：采用第二包覆层将第二正极材料进行包覆，得到第二混合浆料；
S4：在所述初始正极片的上下两层表面的第二敷料区涂覆所述第二混合浆料，制得合格正极片。
其中，所述第一正极材料由磷酸铁锂正极材料，导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮混合而成。
所述第二正极材料由钴酸锂或者镍钴锰酸锂正极材料，导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮溶剂混合而成。
所述第一包覆层采用石墨烯材料作为包覆层。
所述第二包覆层采用氧化锌材料作为包覆层。
作为另一优选的，本发明还提供一种锂离子电池，包括卷芯，正极片，负极片和外壳。
本发明所述的锂离子电池还包括：在所述卷芯外部采用膨胀胶带将其固定，再依次按正极片，第一隔膜，负极片和第二隔膜顺序对所述膨胀胶带进行后序外包后，再置于所述外壳内。
所述正极片还包括中间基材层，第一敷料区和第二敷料区；其中，
所述第一敷料区，分布于所述中间基材层的上下两层表面，用于涂覆第一正极材料，制得初始正极片。
所述第二敷料区，分布于所述初始正极片的上下两层表面，用于涂覆第二正极材料。
其中，所述第一正极材料由磷酸铁锂正极材料，导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮混合而成；采用第一包覆层将所述第一正极材料进行包覆得到第一混合浆料，所述第一混合浆料涂覆于所述第一敷料区。
所述第二正极材料由钴酸锂或者镍钴锰酸锂正极材料，以及导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮溶剂混合而成；采用第二包覆层将第二正极材料包覆后得到第二混合浆料，所述第二混合浆料包覆后分别涂覆于所述第一敷料区。
所述第一包覆层采用石墨烯材料作为包覆层；所述第二包覆层采用氧化锌材料作为包覆层。
其中，所述负极材料包括石墨或者硅基材料，然后将所述负极材料，粘结剂，导电剂和去离子水混合成浆料涂覆于集流体上制得负极片。
进一步的，所述第一隔膜和所述第二隔膜采用双面涂覆陶瓷隔离膜，所述双面涂覆陶瓷隔离膜由最内层的聚乙烯微孔薄膜，中间层的聚偏二氟乙烯和最外层的三氧化二铝敷料涂层构成；
所述正极片和负极片分别连接于所述卷芯的上端和下端，或者左端和右端。
所述正极片通过铝转镍极耳与所述卷芯连接。
所述负极片通过镍或铜镍复合极耳与所述卷芯连接。
本发明的有益效果在于：
（1）采用石墨烯包覆的磷酸铁锂和氧化锌包覆的钴酸锂或者镍钴锰酸锂作为正极材料；采用石墨或者硅基作为负极材料，然后将看看负极材料、粘结剂、导电剂、去离子水混合成浆料涂覆与集流体上制得负极片，由于磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便电池在高温异常短路时也不会由于结构崩塌发热形成强氧化性物质，因此可以大大提高电池的安全性。
（2）采用双面涂覆陶瓷隔离膜，所述隔膜2的抗拉强度1850-2250kgf/cm2、所述隔膜2的耐穿刺强度550-700gf; 所述隔膜2的纵向和横向断裂伸长率125-185％,所述隔膜2的110度环境下横向收缩率≤0.5%，纵向收缩率≤1.0%。具有耐有机溶剂，具有很高的热稳定性及化学惰性，可以很好地隔离电池的正、负极分，防止两极接触而短路，此外有利于电解质离子通过。
（3）采用膨胀胶带遇电解液的有机溶剂后，会发生溶胀，溶胀倍数在2.5倍以上，增加电池的硬度，起到抗压，抗冲击作用。
（4）本发明不但实现了安全性能和循环性能的有效改善，在锂离子电池结构设计上也得到改进，在生产中操作简单，易实现批量生产，且适当的降低钴酸锂和镍资源的用量，保证能量密度的同时，可以减少对贵金属的依赖。
附图说明
图1为本发明一个实施例中的一种高安全性锂离子电池正极片示意图。
图2为本发明一个实施例中的一种高安全性锂离子电池正极片的制备方法流程图。
图3为本发明一个实施例中的一种锂离子电池示意图。
其中，1-膨胀胶带、2-隔膜、2-1-第一隔膜、2-2-第二隔膜、3-正极片、4-负极片、5-正极耳、6-负极耳、7-第一敷料区，8-第二敷料区，9-中间基材层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
如图1所示，本发明提供一种高安全性锂离子电池正极片，包括：中间基材层，第一敷料区和第二敷料区；其中，
所述第一敷料区分布于所述中间基材层的上下两层表面，采用第一包覆层将第一正极材料进行包覆，得到第一混合浆料；将所述第一混合浆料涂覆于所述第一敷料区，制得初始正极片；第一敷料区作为磷酸铁锂敷料区涂层，优选的，第一敷料区即磷酸铁锂敷料区涂层厚度为0.1-3um。由于磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便电池在高温异常短路时也不会由于结构崩塌发热形成强氧化性物质，因此可以大大提高电池的安全性。
其中，所述第一混合浆料由磷酸铁锂正极材料，导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮混合而成。
所述第二敷料区分布于所述初始正极片的上下两层表面，采用第二包覆层将第二正极材料进行包覆，得到第二混合浆料，将所述第二混合浆料涂覆于所述第二敷料区，获得合格的正极片。
其中，所述第二正极材料进由钴酸锂或者镍钴锰酸锂正极材料，导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮溶剂混合而成。
进一步的，所述第一包覆层采用石墨烯材料作为包覆层；所述第二包覆层采用氧化锌材料作为包覆层。
其中，所述中间基材层包括集流体，在集流体的外侧设置有集流体涂层，在集流体涂层外侧用于正极涂覆料。
作为另一优选的，本发明还提供一种高安全性锂离子电池正极片的制备方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1：采用第一包覆层将第一正极材料进行包覆，得到第一混合浆料；
S2：在中间基材层的上下两层表面的第一敷料区涂覆所述第一混合浆料，制得初始正极片；
S3：采用第二包覆层将第二正极材料进行包覆，得到第二混合浆料；
S4：在所述初始正极片的上下两层表面的第二敷料区涂覆所述第二混合浆料，制得合格正极片。
其中，所述第一正极材料由磷酸铁锂正极材料，导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮混合而成。
所述第二正极材料料由钴酸锂或者镍钴锰酸锂正极材料，导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮溶剂混合而成。
所述第一包覆层采用石墨烯材料作为包覆层。
所述第二包覆层采用氧化锌材料作为包覆层。
作为另一优选的，如图3所示，本发明还提供一种锂离子电池，包括卷芯，正极片，负极片和外壳。
本发明所述的锂离子电池还包括：在所述卷芯外部采用膨胀胶带将其固定，再依次按正极片，第一隔膜，负极片和第二隔膜顺序对所述膨胀胶带进行外包后，再置于所述外壳内。
其中，本发明采用的膨胀胶带厚度为50±1um，缠绕卷芯外侧1-3圈，遇电解液的有机溶剂后，会发生溶胀，溶胀倍数在2.5倍以上，增加电池的硬度，起到抗压，抗冲击作用。
所述正极片还包括中间基材层，第一敷料区和第二敷料区；
所述第一敷料区，分布于所述中间基材层的上下两层表面，用于涂覆第一正极材料，制得初始正极片。
其中，所述第一敷料区采用第一包覆层将第一正极材料进行包覆，得到第一混合浆料；将所述第一混合浆料涂覆于所述第一敷料区。
所述第一混合浆料由磷酸铁锂正极材料，导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮混合而成。
所述第二敷料区，分布于所述初始正极片的上下两层表面，用于涂覆第二正极材料。
采用第二包覆层将第二正极材料进行包覆，得到第二混合浆料，将所述第二混合浆料涂覆于所述第二敷料区，获得合格的正极片。
所述第二混合浆料由钴酸锂或者镍钴锰酸锂正极材料，导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮溶剂混合而成；
所述第一包覆层采用石墨烯材料作为包覆层；所述第二包覆层采用氧化锌材料作为包覆层。
其中，负极材料主要采用石墨或者硅基作为负极材料，然后将所述负极材料，粘结剂，导电剂和去离子水混合成浆料涂覆于集流体上制得负极片。优选的，石墨或者硅基材料涂层厚度为0.1-300um。
进一步的，所述第一隔膜和所述第二隔膜采用双面涂覆陶瓷隔离膜，所述双面涂覆陶瓷隔离膜由最内层的聚乙烯微孔薄膜，中间层的聚偏二氟乙烯和最外层的三氧化二铝敷料涂层构成。所述双面涂覆陶瓷隔离膜，具有耐有机溶剂，具有很高的热稳定性及化学惰性，可以很好地隔离电池的正、负极分，防止两极接触而短路，此外有利于电解质离子通过。
优选的，本发明所采用的双面涂覆陶瓷隔离膜，厚度为16-25μm；抗拉强度1850-2250kgf/cm2；耐穿刺强度550-700gf；双面涂覆陶瓷隔离膜的纵向和横向断裂伸长率125-185％,双面涂覆陶瓷隔离膜在110度环境下横向收缩率≤0.5%，纵向收缩率≤1.0%。
优选的，双面涂覆陶瓷隔离膜包括厚度16-25um聚乙烯微孔薄膜，第二涂层厚度为0.2-2.5μm的聚偏二氟乙烯和第三层厚度为0.2-2.5μm的三氧化二铝敷料涂层。
所述正极片和负极片分别连接于所述卷芯的上端和下端，或者左端和右端；所述正极片和负极片分别通过铝转镍极耳和镍或铜镍复合极耳与所述卷芯连接。例如，圆柱形状和异型扁圆结构所述正极片连接于所述所述卷芯轴向的上端，所述负极片连接于所述所述卷芯轴向的下端。另一优选的，方形所述卷芯正极片连接于所述所述卷芯轴向的左端，所述负极片连接于所述卷芯轴向的右端，均置于所述外壳内。
尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本发明的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本发明的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本发明的范围之内。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高安全性锂离子电池正极片，其特征在于，包括：中间基材层，第一敷料区和第二敷料区；其中，
所述第一敷料区分布于所述中间基材层的上下两层表面，采用第一包覆层将第一正极材料进行包覆，得到第一混合浆料；将所述第一混合浆料涂覆于所述第一敷料区，制得初始正极片；
所述第二敷料区分布于所述初始正极片的上下两层表面，采用第二包覆层将第二正极材料进行包覆，得到第二混合浆料，将所述第二混合浆料涂覆于所述第二敷料区，获得合格的正极片。
2.根据权利要求1所述的一种高安全性锂离子电池正极片，其特征在于，还包括：所述第一正极材料由磷酸铁锂正极材料，导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮混合而成。
3.根据权利要求2所述的一种高安全性锂离子电池正极片，其特征在于，还包括：所述第二正极材料由钴酸锂或者镍钴锰酸锂正极材料，导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮溶剂混合而成。
4.根据权利要求3所述的一种高安全性锂离子电池正极片，其特征在于，还包括：所述第一包覆层采用石墨烯材料作为包覆层；所述第二包覆层采用氧化锌材料作为包覆层。
5.一种高安全性锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用第一包覆层将第一正极材料进行包覆，得到第一混合浆料；
S2：在中间基材层的上下两层表面的第一敷料区涂覆所述第一混合浆料，制得初始正极片；
S3：采用第二包覆层将第二正极材料进行包覆，得到第二混合浆料；
S4：在所述初始正极片的上下两层表面的第二敷料区涂覆所述第二混合浆料，制得合格正极片。
6.根据权利要求5所述的一种高安全性锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于，还包括：
所述第一正极材料由磷酸铁锂正极材料，导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮混合而成；
所述第二正极材料由钴酸锂或者镍钴锰酸锂正极材料，以及导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮溶剂混合而成；
所述第一包覆层采用石墨烯材料作为包覆层；
所述第二包覆层氧化锌材料作为包覆层。
7.一种锂离子电池，包括卷芯，正极片，负极片和外壳；其特征在于，还包括：在所述卷芯外部采用膨胀胶带将其固定，再依次按正极片，第一隔膜，负极片和第二隔膜顺序对所述膨胀胶带进行外包后，再置于所述外壳内；
所述正极片还包括中间基材层，第一敷料区和第二敷料区；其中，
所述第一敷料区，分布于所述中间基材层的上下两层表面，用于涂覆第一正极材料，制得初始正极片；
所述第二敷料区，分布于所述初始正极片的上下两层表面，用于涂覆第二正极材料。
8.根据权利要求7所述的一种锂离子电池，其特征在于，还包括：
所述第一正极材料由磷酸铁锂正极材料，导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮混合而成；采用第一包覆层将所述第一正极材料进行包覆得到第一混合浆料，所述第一混合浆料涂覆于所述第一敷料区；
所述第二正极材料由钴酸锂或者镍钴锰酸锂正极材料，以及导电剂，粘结剂和N-甲基吡咯烷酮溶剂混合而成；采用第二包覆层将第二正极材料包覆后得到第二混合浆料，所述第二混合浆料包覆后分别涂覆于所述第一敷料区；
所述第一包覆层采用石墨烯材料作为包覆层；所述第二包覆层采用氧化锌材料作为包覆层。
9.根据权利要求8所述的一种锂离子电池，其特征在于，所述负极片，还包括：
所述负极材料包括石墨或者硅材料，将所述负极材料，粘结剂，导电剂和去离子水混合成浆料涂覆于集流体上制得负极片。
10.根据权利要求9所述的一种锂离子电池，其特征在于，还包括：
所述第一隔膜和所述第二隔膜采用双面涂覆陶瓷隔离膜，所述双面涂覆陶瓷隔离膜由最内层的聚乙烯微孔薄膜，中间层的聚偏二氟乙烯和最外层的三氧化二铝敷料涂层构成；
所述正极片和负极片分别连接于所述卷芯的上端和下端，或者左端和右端；
所述正极片通过铝转镍极耳与所述卷芯连接；
所述负极片通过镍或铜镍复合极耳与所述卷芯连接。
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