CN114824260A - 一种安全锂离子电池 - Google Patents

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CN114824260A CN202110113227.7A CN202110113227A CN114824260A CN 114824260 A CN114824260 A CN 114824260A CN 202110113227 A CN202110113227 A CN 202110113227A CN 114824260 A CN114824260 A CN 114824260A
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Abstract

本发明涉及一种安全锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明的安全锂离子电池的电芯包括正极片、负极片、隔膜以及设置在正极片和/或负极片上的功能材料层；正极片的正极活性物质层由正极材料和热塑性聚合物组成，热塑性聚合物占正极活性物质层质量的5％‑15％；功能材料层由无机固体颗粒、粘结剂和导电剂组成，导电剂占功能材料层质量的0.5％‑1％。该安全锂离子电池的正极片中热塑性聚合物在温度升高时，软化吸收热量阻碍正极活性物质层中颗粒之间的热传导，延迟正极活性材料的释氧，提高电池的热稳定性；功能材料层较高的耐热性可以提高电池的耐热性，较大的电阻可以在电芯发生内部短路时减少热量的释放，延缓热失控。

Description

一种安全锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种安全锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、输出电压高、无记忆效应、可循环利用、对环境友好等优点而被广泛应用。目前商业化的锂离子电池普遍采用高度易燃、易爆、易挥发的有机电解液成分，存在极高的安全隐患。锂离子电池的安全隐患中，最主要就是内短路，一旦发生内短路，电能通过内短路点快速释放，产生大量的焦耳热、电化学反应热和化学反应热，短路产生的热足够大时会导致电池隔膜收缩熔化，隔膜的熔化进一步加大短路面积降低短路点的阻抗，从而进入一个正反馈循环，产生热失控。尤其是三元正极材料在200℃以上会发生分解释放出氧气，这些氧气的释放会加速电池热失控，甚至产生爆炸，严重影响了锂离子电池使用的安全性。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高的安全性的安全锂离子电池。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种安全锂离子电池，包括电芯和电解液，所述电芯包括正极片、负极片、隔膜以及设置在所述正极片和/或负极片上的功能材料层；所述正极片包括正极集流体和正极活性物质层，所述正极活性物质层由正极材料和热塑性聚合物组成，所述热塑性聚合物占正极活性物质层的质量分数为5％-15％；所述正极材料包括正极活性材料、粘结剂和导电剂；所述功能材料层由无机固体颗粒、粘结剂和导电剂组成，所述导电剂占所述功能材料层的质量百分比为0.5％-1％；所述无机固体颗粒为快离子导体、氧化物、勃姆石中的一种或任意组合；所述氧化物为氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化钛、氧化锆中的一种或任意组合。
本发明的安全锂离子电池，采用的正极片的正极活性物质层中添加的热塑性聚合物在电芯内部温度升高时，软化吸收热量，阻碍正极活性物质层中颗粒之间的热传导，发挥隔热作用，延迟正极活性材料的释氧，进而提高电池的热稳定性。设置在正极片和/或负极片上的功能材料层具有较高的耐热性，可以提高电池的耐热性，并且功能材料层具有较大的电阻，在电芯发生内部短路时，热稳定改善层接触替代电极直接接触，减小电芯短路热量的释放，可以延缓电芯热失控。此外，功能材料层具有一定导电性，正极片上设置有功能材料层时当锂枝晶刚刺穿隔膜时首先接触到正极片上的功能材料层，此时在电池内部产生微短路，由于电流较小而又不至于立即进入热失控状态，可以使电源管理系统检测到自放电率增加而发出警报，但产生小电流到进入热失控状态较短，电池内部温度仍会较快升高，但随着电池内部温度的持续升高，热塑性聚合物则进一步延缓电池进入热失控并提高极片热稳定性，给应对电池热失控提供充足的时间。
可以理解的是在正极片上设置功能材料层时，功能材料层设置在正极片的两面，并且正极活性物质层、功能材料层在远离正极集流体的方向上依次排布。在负极片上设置功能材料层时，功能材料层设置在负极片的两面，并且正极活性物质层、功能材料层在远离负极集流体的方向上依次排布。
优选的，所述热塑性聚合物为聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚苯并咪唑、聚醚醚酮、聚苯醚、聚酰亚胺、芳纶中的一种或任意组合。进一步优选的，所述热塑性聚合物为聚苯硫醚、聚四氟乙烯中的一种或任意组合。
优选的，所述热塑性聚合物的玻璃化转变温度为80～300℃。进一步优选的，所述热塑性聚合物的玻璃化转变温度为90℃～280℃。需要说明的是，本发明中的玻璃化转变温度为差示扫描量热(DSC)法测得的玻璃化转变温度。优选的，所述正极活性物质层中的热塑性聚合物呈颗粒状，平均粒径为0.1μm-10μm。进一步优选，所述正极活性物质层中颗粒状的热塑性聚合物的平均粒径为1μm-5μm。
优选的，所述正极材料由正极活性材料、粘结剂和导电剂组成；所述正极活性物质层中，正极活性材料占正极活性物质层质量的80％-90％，导电剂占正极活性物质层质量的1.5％-5％，粘结剂占正极活性物质层的1％-2％。进一步优选的，所述正极活性物质层中，导电剂占正极活性物质层质量的2％-3％。
锂离子电池领域常用的正极活性材料均可用于本发明。进一步的，所述正极活性材料为钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)、磷酸锰铁锂(LiFexMn1-xPO4，其中0＜x＜1)、镍钴酸锂(LiNi1-xCoxO2，其中0＜x＜1)、镍钴锰酸锂(LiNixCoyMnzO2，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1，且x+y+z＝1)、镍钴铝酸锂(LiNixCoyAlzO2，其中，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1，且x+y+z＝1)中的一种或任意组合。更进一步的，所述正极活性材料为镍钴锰酸锂(LiNixCoyMnzO2，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1，且x+y+z＝1)，例如正极活性材料为NCM111正极活性材料、NCM523正极活性材料、NCM622正极活性材料、NCM811正极活性材料中的一种或任意组合，优选为NCM523正极活性材料。
优选的，所述正极材料中的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯共聚物、聚丙烯酸盐中的一种或任意组合。所述偏氟乙烯共聚物为偏氟乙烯与能够与偏氟乙烯共聚的单体经过聚合反应形成的粘结剂，例如偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)。进一步优选的，所述正极材料中的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。
优选的，所述正极材料中的导电剂为炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、活性炭中的一种或任意组合。进一步优选的，正极材料中的导电剂为炭黑、碳纳米管的组合。
优选的，所述正极活性材料层的面密度为215-230g/m2。
优选的，所述正极集流体为铝箔。
优选的，所述正极片的制备方法包括以下步骤：将所述正极材料、热塑性聚合物和溶剂混匀后涂覆在正极集流体上，然后挥发溶剂。所述溶剂为热塑性聚合物的不良溶剂。所述溶剂优选为N-甲基吡咯烷酮。
所述功能材料层由无机固体颗粒、粘结剂和导电剂组成。所述无机固体颗粒为快离子导体、氧化物、勃姆石中的一种或任意组合。
优选的，所述快离子导体为磷酸钛铝锂(Li1+xAlxTi2-x(PO4)3，其中0<x<2)、磷酸锗铝锂(Li1+xAlxGe2-x(PO4)3，其中0<x<2)的一种或任意组合。所述氧化物为氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化钛、氧化锆中的一种或任意组合。
进一步优选的，所述无机固体颗粒为磷酸钛铝锂(Li1+xAlxTi2-x(PO4)3，其中0<x<2)、氧化铝、勃姆石中的一种或任意组合。
优选的，所述功能材料层中，无机固体颗粒占功能材料层质量的96％-98％，粘结剂占功能材料层质量的1％-3.5％。例如，无机固体颗粒占功能材料层质量的97％。导电剂占功能材料层质量的0.8％。粘结剂占功能材料层质量的2.2％。
优选的，所述无机固体颗粒的平均粒径为0.1μm-5μm，进一步优选为0.2μm-1μm。
优选的，所述功能材料层的制备方法包括以下步骤：将无机固体颗粒、导电剂和粘结剂制成浆料进行涂覆后，挥发溶剂、辊压，即得。
功能材料层中的粘结剂与正极材料中的粘结剂可以相同也可以不同。优选的，功能材料层中的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯共聚物、聚丙烯酸盐类等中的一种或任意组合。进一步优选的，功能材料层中的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。
功能材料层中的导电剂与正极材料中的导电剂可以相同也可以不同。优选的，功能材料层中的导电剂为炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维中的一种或多种的组合。所述炭黑优选为导电炭黑、柯琴黑中的一种或任意组合。进一步优选的，功能材料层中的导电剂为碳纳米管。
优选的，所述功能材料层的厚度为5μm-30μm，进一步优选为10μm-20μm。
优选的，所述功能材料层的面电阻为所在极片的活性物质层面电阻的1-5倍，进一步优选为1.5-2倍。本发明中面电阻的比较是单层功能材料层与单层活性物质层进行比较。
优选的，所述安全锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：在正极片和/负极片上制备功能材料层，然后采用制备功能层后的正极片和/或负极片制备电芯，将电芯置入壳体内进行烘烤、注液、一次封装、化成、老化、二次封装。优选的，所述电芯采用叠片工艺制成。
附图说明
图1为本发明的实施例1-3的安全锂离子电池的电芯的结构示意图；
图2为本发明的实施例4的安全锂离子电池的电芯的结构示意图；
图3为本发明的实施例5的安全锂离子电池的电芯的结构示意图；
其中，1-负极片，2-正极片，3-隔膜，4-负极集流体，5-功能材料层，6-负极活性物质层，7-正极活性物质层，8-正极集流体。
具体实施方式
以下结合具体实施方式本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
本实施例的安全锂离子电池，包括电芯、壳体和电解液，其中电芯如图1所示，包括正极片2、隔膜3、负极片1以及涂覆在正极片2两面的功能材料层5和涂覆在负极片1两面的功能材料层5，正极片2包括正极集流体8和涂覆在正极集流体8两面的正极活性物质层7，负极片1包括负极集流体4和涂覆在负极集流体4两面的负极活性物质层6，负极活性物质层6的面密度为115g/m2，负极活性物质层6中负极活性材料为石墨。涂覆在正极片2上的功能材料层5的面电阻为正极片2的正极活性物质层7的面电阻的2倍，涂覆在负极片1上的功能材料层5为负极片1的负极活性物质层6的面电阻的1.5倍。电芯的容量为3Ah。
正极片采用的正极集流体为铝箔，正极活性物质层由以下质量百分比的组分组成：NCM523正极活性材料90％、聚苯硫醚5％、导电剂3％、PVDF粘结剂2％；导电剂为导电碳黑和碳纳米管，质量比为2:1；正极活性物质层的面密度为215g/m2；正极活性物质层中聚苯硫醚呈颗粒状，平均粒径为5μm，聚苯硫醚的玻璃化转变温度为90～120℃，具体为100℃左右。
正极片两面和负极片两面涂覆的功能材料层均由以下质量百分比的组分组成：氧化铝97％、碳纳米管0.8％和PVDF粘结剂2.2％；正极片两面和负极片两面涂覆的功能材料层的厚度均为20μm；氧化铝的平均粒径为1μm。
为便于说明，本实施例将正极片以及涂覆在正极片两面功能材料层在整体上定义为复合正极片，将负极片以及设置在负极片两面的功能材料在整体上定义为复合负极片。
其中，电芯中复合正极片采用包括以下步骤的方法制得：
1)将90重量份NCM523正极活性材料、5重量份平均粒径为5μm的聚苯硫醚颗粒、2重量份导电炭黑、1重量份碳纳米管、2重量份PVDF粘结剂和NMP溶剂共混，充分搅拌混合均匀后得到正极活性物质浆料，将所得正极活性物质浆料涂布在铝箔的两面上，然后经鼓风干燥箱进行干燥，得到极片A；
2)将97重量份平均粒径为1μm的氧化铝粉体、0.8重量份碳纳米管、2.2重量份PVDF粘结剂和NMP溶剂共混，充分搅拌混合均匀后得到功能材料浆料，将所得功能材料浆料涂布在极片A的两面上，然后经鼓风干燥箱进行干燥，辊压，即得。
电芯中复合负极片采用包括以下步骤的方法制得：
a)将95重量份的石墨、1.4重量份的羧甲基纤维素(CMC)、1.6重量份的导电炭黑(SP)、2重量份的丁苯胶乳(SBR)、100重量份的去离子水共混，充分搅拌均匀后得到负极活性物质浆料，将所得负极活性物质浆料涂布在铜箔的两面上，然后经鼓风干燥箱进行干燥，得到极片B；
b)将本实施例上述步骤2)中所得功能材料浆料涂布在极片B的两面上，再经鼓风干燥箱进行干燥，辊压得到的。
实施例2
本实施例的安全锂离子电池，包括电芯、壳体和电解液，其中电芯如图1所示，包括正极片2、隔膜3、负极片1以及涂覆在正极片2两面的功能材料层5和涂覆在负极片1两面的功能材料层5，正极片包括正极集流体8和涂覆在正极集流体8两面的正极活性物质层7，负极片1包括负极集流体4和涂覆在负极集流体4两面的负极活性物质层6，负极活性物质层6的面密度为115g/m2，负极活性物质层6中负极活性材料为石墨。涂覆在正极片2上的功能材料层5的面电阻为正极片2的正极活性物质层7的面电阻的2倍，涂覆在负极片1上的功能材料层5为负极片1的负极活性物质层6的面电阻的2倍。电芯的容量为5Ah。
正极片采用的正极集流体为铝箔，正极活性物质层由以下质量百分比的组分组成：NCM523正极活性材料85％、聚苯硫醚12％、导电剂2％和PVDF粘结剂1％；导电剂为导电碳黑和碳纳米管，质量比为0.5:1.5；正极活性物质层的面密度为225g/m2；正极活性物质层中聚苯硫醚呈颗粒状，平均粒径为5μm，聚苯硫醚的玻璃化转变温度为90～120℃，具体为100℃左右。
正极片两面和负极片两面涂覆的功能材料层均由以下质量百分比的组分组成：勃姆石97％、碳纳米管0.8％和PVDF粘结剂2.2％；正极片两面和负极片两面涂覆的功能材料层的厚度均为15μm；勃姆石的平均粒径为1μm。
为便于说明，本实施例将正极片以及涂覆在正极片两面功能材料层在整体上定义为复合正极片，将负极片以及设置在负极片两面的功能材料在整体上定义为复合负极片。
其中，电芯中复合正极片采用包括以下步骤的方法制得：
1)将85重量份NCM523正极活性材料、12重量份平均粒径为5μm的聚苯硫醚颗粒、0.5重量份导电碳黑、1.5重量份碳纳米管、1重量份PVDF粘结剂和NMP溶剂共混，充分搅拌混合均匀后得到正极活性物质浆料，将所得正极活性物质浆料涂布在铝箔的两面上，然后经鼓风干燥箱进行干燥，得到极片A；
2)将97重量份平均粒径为1μm的勃姆石粉体、0.8重量份碳纳米管、2.2重量份PVDF粘结剂和NMP溶剂共混，充分搅拌混合均匀后得到功能材料浆料，将所得功能材料浆料涂布在极片A的两面上，然后经鼓风干燥箱进行干燥、辊压，即得。
电芯中复合负极片采用包括以下步骤方法制得：
按照实施例1的步骤a)制备极片B，然后将本实施例上述步骤2)中所得功能材料浆料涂布在极片B的两面上，再经鼓风干燥箱进行干燥、辊压得到的。
实施例3
本实施例的安全锂离子电池，包括电芯、壳体和电解液，其中电芯如图1所示，包括正极片2、隔膜3、负极片1以及涂覆在正极片2两面的功能材料层5和涂覆在负极片1两面的功能材料层5，正极片2包括正极集流体8和涂覆在正极集流体8两面的正极活性物质层7，负极片1包括负极集流体4和涂覆在负极集流体4两面的负极活性物质层6，负极活性物质层6的面密度为115g/m2，负极活性物质层6中负极活性材料为石墨。涂覆在正极片2上的功能材料层5的面电阻为正极片2的正极活性物质层7的面电阻的1.8倍，涂覆在负极片1上的功能材料层5为负极片1的负极活性物质层6的面电阻的1.6倍。电芯的容量为5Ah。
正极片采用的正极集流体为铝箔，正极活性物质层由以下质量百分比的组分组成：NCM523正极活性材料80％、聚四氟乙烯15％、导电剂3％和PVDF粘结剂2％；导电剂为导电碳黑和碳纳米管，质量比为2:1；正极活性物质层的面密度为230g/m2；正极活性物质层中聚四氟乙烯呈颗粒状，平均粒径为1μm，聚四氟乙烯的玻璃化转变温度为120～150℃，具体为130℃左右。
正极片两面和负极片两面涂覆的功能材料层均由以下质量百分比的组分组成：氧化铝97％、碳纳米管0.8％和PVDF粘结剂2.2％；正极片两面和负极片两面涂覆的功能材料层的厚度均为10μm；氧化铝的平均粒径为1μm。
为便于说明，本实施例将正极片以及涂覆在正极片两面功能材料层在整体上定义为复合正极片，将负极片以及设置在负极片两面的功能材料在整体上定义为复合负极片。
其中，电芯中复合正极片采用包括以下步骤的方法制得：
1)将80重量份NCM523正极活性材料、15重量份平均粒径为1μm的聚四氟乙烯颗粒、2重量份导电炭黑、1重量份碳纳米管、2重量份PVDF粘结剂和NMP溶剂共混，充分搅拌混合均匀后得到正极活性物质浆料，将正极活性物质浆料涂布在铝箔的两面上，然后烘烤干燥，得到极片A；
2)将97重量份平均粒径为1μm的氧化铝粉体、0.8重量份碳纳米管、2.2重量份PVDF粘结剂和NMP溶剂共混，充分搅拌混合均匀后得到功能材料浆料，将功能材料浆料涂布在极片A的两面上，然后经鼓风干燥箱进行干燥、辊压，即得。
电芯中复合负极片采用包括以下步骤方法制得：
按照实施例1的步骤a)制备极片B，然后将本实施例上述步骤2)中所得功能材料浆料涂布在极片B的两面上，再经鼓风干燥箱进行干燥、辊压得到的。
实施例4
本实施例的安全锂离子电池，包括电芯、壳体和电解液，其中电芯如图2所示，包括正极片2、隔膜3、负极片1以及涂覆在正极片2两面的功能材料层5，正极片2包括正极集流体8和涂覆在正极集流体8上的正极活性材料层7，负极片1包括负极集流体4和涂覆在负极集流体4上负极活性物质层6，负极活性物质层6的面密度为115g/m2，负极活性物质层6中负极活性材料为石墨。涂覆在的正极片2上的功能材料层5的正极活性物质层7的面电阻为正极片2的面电阻的1.5倍。电芯的容量为3Ah。
正极片采用的正极集流体为铝箔，正极活性物质层由以下质量百分比的组分组成：NCM523正极活性材料85％、聚苯硫醚12％、导电剂2％和PVDF粘结剂1％；导电剂为导电碳黑和碳纳米管，质量比为0.5:1.5；正极活性物质层的面密度为225g/m2；正极活性物质层中聚苯硫醚呈颗粒状，平均粒径为5μm，聚苯硫醚的玻璃化转变温度为90～120℃，具体为100℃左右。
正极片两面涂覆的功能材料层由以下质量百分比的组分组成：勃姆石97％、碳纳米管0.8％和PVDF粘结剂2.2％；正极片两面涂覆的功能材料层的厚度为15μm；勃姆石的平均粒径为1μm。
为便于说明，本实施例将正极片以及涂覆在正极片两面功能材料层在整体上定义为复合正极片，该复合正极片采用包括以下步骤的方法制得：
1)将85重量份NCM523正极活性材料、12重量份平均粒径为5μm的聚苯硫醚颗粒、0.5重量份导电碳黑、1.5重量份碳纳米管、1重量份PVDF粘结剂和NMP溶剂共混，充分搅拌混合均匀后得到正极活性物质浆料，将所得正极活性物质浆料涂布在铝箔的两面上，然后经鼓风干燥箱进行干燥，得到极片A；
2)将97重量份平均粒径为1μm的勃姆石粉体、0.8重量份碳纳米管、2.2重量份PVDF粘结剂和NMP溶剂共混，充分搅拌混合均匀后得到功能材料浆料，将所得功能材料浆料涂布在极片A的两面上，然后经鼓风干燥箱进行干燥、辊压，即得。
负极片采用包括以下步骤的方法制得：将95重量份的石墨、1.4重量份的CMC、1.6重量份的导电剂SP、2重量份的SBR、100重量份的去离子水共混，充分搅拌均匀后得到负极活性物质浆料，将所得负极活性物质浆料涂布在铜箔的两面上，然后经鼓风干燥箱进行干燥，辊压，得到负极片。
实施例5
本实施例的安全锂离子电池，包括电芯、壳体和电解液，其中电芯如图3所示，包括正极片2、隔膜3、负极片1以及涂覆在负极片1两面的功能材料层5，正极片2包括正极集流体8和涂覆在正极集流体8上的正极活性材料层7，负极片1包括负极集流体1和涂覆在负极集流体4上负极活性物质层6，负极活性物质层6的面密度为115g/m2，负极活性物质层6中负极活性材料为石墨。涂覆在负极片1上的功能材料层5为负极片1的负极活性物质层6的面电阻的1.5倍。电芯的容量为3Ah。
正极片采用的正极集流体为铝箔，正极活性物质层由以下质量百分比的组分组成：NCM523正极活性材料85％、聚苯硫醚12％、导电剂2％和PVDF粘结剂1％；导电剂为导电碳黑和碳纳米管，质量比为0.5:1.5；正极活性物质层的面密度为225g/m2；正极活性物质层中聚苯硫醚呈颗粒状，平均粒径为5μm，聚苯硫醚的玻璃化转变温度为90～120℃，具体为100℃左右。
负极片两面涂覆的功能材料层由以下质量百分比的组分组成：勃姆石97％、碳纳米管0.8％和PVDF粘结剂2.2％；负极片两面涂覆的功能材料层的厚度为15μm；勃姆石的平均粒径为1μm。
为便于说明，本实施例将负极片以及设置在负极片两面的功能材料在整体上定义为复合负极片，该复合负极片采用包括以下步骤的方法制得：
将97重量份平均粒径为1μm的勃姆石粉体、0.8重量份碳纳米管、2.2重量份PVDF粘结剂和NMP溶剂共混，充分搅拌混合均匀后得到功能材料浆料，将所得功能材料浆料涂布在实施例1的步骤a)制得的极片B的两面上，然后经鼓风干燥箱进行干燥、辊压，即得。
另外，本实施例的正极片采用包括如下步骤的方法制得：将85重量份NCM523正极活性材料、12重量份平均粒径为5μm的聚苯硫醚颗粒、0.5重量份导电碳黑、1.5重量份碳纳米管、1重量份PVDF粘结剂和NMP溶剂共混，充分搅拌混合均匀后得到正极活性物质浆料，将所得正极活性物质浆料涂布在铝箔的两面上，然后经鼓风干燥箱干燥后辊压，即得。
实施例6
本实施例的安全锂离子电池与实施例1的安全锂离子电池的区别仅在于：
本实施例的安全锂离子电池的正极片两面和负极片两面涂覆的功能材料层均由以下质量百分比的组分组成：Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 97％、碳纳米管0.8％和PVDF粘结剂2.2％；正极片两面和负极片两面涂覆的功能材料层的厚度均为20μm；Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3的平均粒径为1μm。
在本发明的安全锂离子电池另一实施例中，将实施例1～6中任意一个安全锂离子电池的功能材料材料层在制备时采用的功能材料浆料替换为以下的功能材料浆料：将96重量份平均粒径为0.2μm的氧化铝粉体、0.5重量份碳纳米管、3.5重量份PVDF和NMP溶剂共混，充分搅拌混合均匀后得到的功能材料浆料。
在本发明的安全锂离子电池的另一实施例中，将实施例1～6中任意一个的安全锂离子电池的功能材料层在制备时采用的功能材料浆料替换为以下功能材料浆料：将98重量份平均粒径为1μm的氧化铝粉体、1重量份碳纳米管、1重量份PVDF和NMP溶剂共混，充分搅拌混合均匀后得到的功能材料浆料。
在本发明的安全锂离子电池的其他实施例中，将实施例1～6中任意一个的安全锂离子电池的功能材料层在制备时采用的功能材料浆料替换为以下功能材料浆料：将98重量份平均粒径为0.2μm的Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3粉体、1重量份碳纳米管、1重量份PVDF和NMP溶剂共混，充分搅拌混合均匀后得到的功能材料浆料。
以上实施例中的安全锂离子电池采用包括如下步骤的方法制得：采用现有软包锂离子电池的叠片工艺将正极片或两面涂覆有功能材料层的正极片(即复合正极片)、隔膜、负极片或两面涂覆有功能材料层的负极片(即复合负极片)依次堆叠后制成电芯，然后将电芯置入铝塑膜壳体中进行烘烤，然后注液、一次封装、搁置、化成、老化、二次封装、分容，得到软包锂离子电池，即得。
对比例
本对比例的锂离子电池与实施例1的安全锂离子电池的区别仅在于：电芯中正极片的正极活性材料层中不含聚苯硫醚，且正极片和负极片上均未涂覆功能材料层。电芯的容量为3Ah。对比例的锂离子电池在制备时，采用叠片工艺将正极片、隔膜、负极片依次堆叠后制成电芯，然后将电芯置入铝塑膜壳体中进行烘烤，然后注液、一次封装、搁置、化成、老化、二次封装、分容，制得软包锂离子电池。
实验例
分别对实施例1～6以及对比例的锂离子电池进行安全测试。
试验方法为：将实施例1～6以及对比例的锂离子电池以1C电流恒流恒压充至4.3V，充电截止电流0.05C。将满电态的锂离子电池搁置1h后固定在功率300W的加热板上加热直至电芯热失控，记录锂离子电池的测试状态。
表1实施例1～6以及对比例的锂离子电池的安全测试结果
锂离子电池 锂离子电池热失控状态 热失控时的加热时间
实施例1 不起火、不爆炸 5min30s
实施例2 不起火、不爆炸 5min50s
实施例3 不起火、不爆炸 6min
实施例4 不起火、不爆炸 5min10s
实施例5 不起火、不爆炸 5min
实施例6 不起火、不爆炸 6min
对比例1 火星剧烈喷射、燃烧 2min10s

Claims (10)

1.一种安全锂离子电池，其特征在于：包括电芯和电解液，所述电芯包括正极片、负极片、隔膜以及设置在所述正极片和/或负极片上的功能材料层；
所述正极片包括正极集流体和正极活性物质层，所述正极活性物质层由正极材料和热塑性聚合物组成，所述热塑性聚合物占正极活性物质层的质量分数为5％-15％；所述正极材料包括正极活性材料、粘结剂和导电剂；
所述功能材料层由无机固体颗粒、粘结剂和导电剂组成，所述导电剂占所述功能材料层的质量百分比为0.5％-1％；所述无机固体颗粒为快离子导体、氧化物、勃姆石中的一种或任意组合；所述氧化物为氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化钛、氧化锆中的一种或任意组合。
2.根据权利要求1所述的安全锂离子电池，其特征在于：所述热塑性聚合物为聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚苯并咪唑、聚醚醚酮、聚苯醚、聚酰亚胺、芳纶中的一种或任意组合。
3.根据权利要求1或2所述的安全锂离子电池，其特征在于：所述热塑性聚合物的玻璃化转变温度为80-300℃。
4.根据权利要求1所述的安全锂离子电池，其特征在于：所述正极活性物质层中的热塑性聚合物呈颗粒状，平均粒径为0.1μm-10μm。
5.根据权利要求1所述的安全锂离子电池，其特征在于：所述正极材料由正极活性材料、粘结剂和导电剂组成；所述正极活性物质层中，正极活性材料占正极活性物质层质量的80％-90％，导电剂占正极活性物质层质量的1.5％-5％，粘结剂占正极活性物质层的1％-2％。
6.根据权利要求1所述的安全锂离子电池，其特征在于：所述快离子导体为磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂的一种或任意组合。
7.根据权利要求1所述的安全锂离子电池，其特征在于：所述功能材料层中，无机固体颗粒占功能材料层质量的96％-98％，粘结剂占功能材料层质量的1％-3.5％。
8.根据权利要求1所述的安全锂离子电池，其特征在于：所述无机固体颗粒的平均粒径为0.1μm-5μm。
9.根据权利要求1所述的安全锂离子电池，其特征在于：所述正极片的制备方法包括以下步骤：将所述正极材料、热塑性聚合物和溶剂混匀后涂覆在正极集流体上，然后挥发溶剂；所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
10.根据权利要求1所述的安全锂离子电池，其特征在于：所述功能材料层的制备方法包括以下步骤：将无机固体颗粒、导电剂和粘结剂制成浆料进行涂覆后，挥发溶剂、辊压，即得。
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