CN103258987B - 一种锂离子电池及其极片的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂离子电池及其极片的处理方法，该处理方法包括如下步骤：S1.胶液准备，在负压保护下搅拌，使有机高分子聚合物与有机溶剂混合形成胶液；S2.涂覆，通过喷涂、丝网印刷或转移涂布的方式将所述胶液涂覆在正/负极片表面形成均匀的有机高分子聚合物涂层；S3.烘干，烘烤得到干燥的正/负极片。利用电解液中有机溶剂的亲油性作用，可较好的润湿有机高分子聚合物涂层，从而可提高电解质与极片的接触效果，增强锂离子与活性材料的导通，提高了锂离子电池的循环性能；有机高分子聚合物涂层可有效减少极片表面与气体的接触，并避免极片表面热量的积累，可有效避免热失控的现象发生，提高了锂离子电池耐高温性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池，尤其涉及一种耐高温性能良好并可有效控制热失控现象发生的安全的锂离子电池及其极片的处理方法。
背景技术
随着可充电Ni-Cd（镍镉）电池及Ni-MH（镍氢）电池的商业化应用，寻找更轻、更小及更高的能量密度成为锂离子电池开发所面临的巨大挑战。目前，锂离子电池已经成功应用于电动自行车及混合动力汽车，但目前制约锂离子电池普及应用的主要瓶颈仍为安全性问题。
锂离子电池发生短路热失控的主要原因是极片（正极片和负极片）与电解液发生反应而产生的热量。处于充电态的电池正极材料具有强氧化性，同时处于充电态的电池负极材料具有强还原性，在滥用等情况下，例如针刺、热冲击等环境，强氧化性的正极材料稳定性较差，容易释放氧气，且电解液中的碳酸酯等有机溶剂极易与氧气反应，放出大量的热和气体；产生的热量加速正极材料分解，产生更多氧气，进一步促进更多放热反应的进行；同时具有强还原性的负极的活泼性接近金属锂，与氧接触会导致燃烧并引燃电解液、隔膜等。针对这一问题，中国发明专利“一种锂离子电池极片处理方法”（申请号201210417099.6）提出了一种极片处理方法，其通过在现有锂离子电池极片上进行纳米级无机物涂层处理，利用纳米级无机物颗粒表面的毛细管作用，使极片具有更高的可湿性，增加了锂离子迁移通道，提高了锂离子电池的循环性能；同时，由于该纳米级无机物颗粒具有优异的绝缘性能及隔热性能，提高了锂离子电池的安全性能及耐高温性能。但其存在如下缺陷：无机纳米颗粒在制胶过程中很容易造成颗粒团聚而形成大颗粒，造成电池压芯过程中刺穿隔膜而导致微短路现象。这会破坏或降低锂离子电池的安全性，因而亟须做进一步的改进或研发出新的处理方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的缺陷，提供一种循环性能和耐高温性能良好并可有效控制热失控现象发生的安全的锂离子电池。
实验发现，某些有机高分子聚合物在极片上的涂层与锂离子电池内的电解液中的有机溶剂可相互作用，从而提高电解液润湿极片的效果，使得电解质更好的与极片接触，进而增强锂离子与活性材料的导通；与此同时，由于有机高分子聚合物具有良好的塑性及耐热性，可有效避免极片表面热量的积累，同时减少了极片表面与气体的接触，可有效避免热失控的现象发生，提高了锂离子电池耐高温性能；再者，有机高分子聚合物的阻燃性也可使电池的抗短路起火安全性能得到有效提高。
鉴于以上实验结果，本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
一种锂离子电池，包括正/负极片，所述正/负极片包括集流体、覆盖于所述集流体表面的活性物质涂层和覆盖于所述活性物质涂层表面的有机高分子聚合物涂层。
优选的，所述有机高分子聚合物为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯中的一种。
本发明还提供一种锂离子电池极片的处理方法，其包括如下步骤：
S1.胶液准备，将重量比为2.0%
～ 6.0%的有机高分子聚合物加入重量比为90% ～ 95%的有机溶剂中，在负压保护下搅拌，使有机高分子聚合物与有机溶剂混合形成胶液；
S2.涂覆，通过喷涂、丝网印刷或转移涂布的方式将所述胶液涂覆在正/负极片表面形成均匀的有机高分子聚合物涂层；
S3.烘干，烘烤得到干燥的正/负极片。
优选的，所述有机高分子聚合物为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯中的一种。
进一步优选的，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、无水乙醇、异丙醇和醋酸乙酯中的任一种。
本发明与现有技术对比的有益效果是：
亲油性的电解液可携带电解质渗透至覆盖在极片上的有机高分子聚合物涂层，故可提高电解液润湿极片的效果，进而增强锂离子与活性材料的导通。同时，由于有机高分子聚合物具有良好的塑性及耐热性，可有效避免极片表面热量的积累，同时减少了极片表面与气体的接触，可有效控制热失控的现象发生，提高了锂离子电池耐高温性能；此外，有机高分子聚合物的阻燃性也可使电池的抗短路起火安全性能得到有效提高。
附图说明
图1是现有技术的锂离子极片的剖视结构示意图。
图2是本发明一个实施例的锂离子极片的剖视结构示意图。
具体实施方式
下面对照附图并结合优选具体实施方式对本发明进行详细的阐述。
实施例1
如图2所示，本实施例的锂离子电池的正/负极片包括集流体1、覆盖于所述集流体表面的活性物质涂层2和覆盖于所述活性物质涂层表面的、均匀的有机高分子聚合物涂层3。作为较佳的做法，所述有机高分子聚合物优选为聚偏氟乙烯PVDF，所述聚偏氟乙烯PVDF涂层的厚度为12μm；所述集流体1 为铝箔或铜箔。所述活性物质用于吸收电解液形成含有电解液的活性物质贮液层。
有机高分子聚合物一般为导热性差或是热绝缘性材料，且耐热性好，因此在电池发热隔膜热收缩时可有效的隔绝正、负极片之间的接触。同时，有机高分子聚合物具有很好的粘性，可附着在极片表面不易脱落，而且交织相对紧密，可以较好的阻隔气体与极片表面的接触，保护极片SEI（solid electrolyte
interface固体电解质界面）膜等作用。本实施例的正/负极片因为表面包覆有有机高分子聚合物涂层，所以可以很好的隔离正/负极片，防止极片短路，并隔绝气体而不会造成起火。即使极片间出现隔膜热收缩现象也能保证有机高分子聚合物能有效地隔离正/负极片，避免两者接触。而且，有机高分子聚合物不会形成颗粒状物质，不会引起隔膜刺穿而造成的微短路现象。
锂离子电池内部的电解液中的电解质是溶解在碳酸二乙酯DEC或碳酸二甲酯DMC等有机溶剂中的，而碳酸二乙酯DEC或碳酸二甲酯DMC等是电解液的主要溶剂，该有机溶剂在与涂层相互润湿的过程中，电解质也随之跟极片接触得更好。例如聚偏氟乙烯PVDF是链状，结构式为-(C2H2F2)n-，在极片上相互交错形成网状，与电解液溶剂能有效亲和，提高了电解质更好的润湿极片。
另外，所述有机高分子聚合物也可选择使用聚四氟乙烯PTFE或聚氯乙烯PVC，涂层的厚度也可根据实际情况在8 ～ 15μm任意选择使用，均可达到相同的技术效果。
实施例2
处理前的极片(正极片或负极片)结构如图1 所示，集流体1 为铝箔或铜箔，其表面设有活性物质涂层2，用于吸收电解液而形成含有电解液的活性物质贮液层。处理后的极片（正极片或负极片）如图2所示，包括集流体1，覆盖于所述集流体表面的活性物质涂层2，以及覆盖于所述活性物质涂层2表面的有机高分子聚合物涂层3。
本实施例的锂离子电池极片的处理方法包括：
胶液准备步骤，将重量比为3.5%的有机高分子聚合物加入重量比为90% ～ 95%的有机溶剂中，在负压保护下搅拌3～8小时，使有机高分子聚合物与有机溶剂混合形成胶液；其中，所述有机溶剂为水性胶NMP、无水乙醇C2H5OH、异丙醇C3H8OH及醋酸乙酯CH3COOC2H5中的一种；所述有机高分子聚合物为聚偏氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯PTFE、聚氯乙烯PVC中的一种。
锂离子电池内部电解液中的电解质是溶解在碳酸二乙酯DEC或碳酸二甲酯DMC等有机溶剂中的，而碳酸二乙酯DEC或碳酸二甲酯DMC等是电解液的主要溶剂，该有机溶剂在与涂层相互润湿的过程中，电解质也随之跟极片接触得更好。例如聚偏氟乙烯PVDF是链状，结构式为-(C2H2F2)n-，在极片上相互交错形成网状，与电解液溶剂能有效亲和，提高了电解质更好的润湿极片。
涂覆步骤，通过喷涂、丝网印刷或转移涂布的方式将所述胶液涂覆在正/负极片表面形成均匀的有机高分子聚合物涂层；所述涂层的厚度为12μm。此外，本领域技术人员可根据情况选择涂层厚度为 8 ～ 15μm，也可达到同样的技术效果。
烘干步骤，烘烤得到干燥的正/负极片，烘烤的温度是60
～ 110℃,时间是3 ～ 5min，得到干燥的正/负极片。
实施例3
本实施例与实施例2的区别是其中有机高分子聚合物的重量比为2.0%。
实施例4
本实施例与实施例2的区别是其中有机高分子聚合物的重量比为3.0%。
实施例5
本实施例与实施例2的区别是其中有机高分子聚合物的重量比为4.0%。
实施例6
本实施例与实施例2的区别是其中有机高分子聚合物的重量比为5.0%。
实施例7
本实施例与实施例2的区别是其中有机高分子聚合物的重量比为6.0%。
经由以上各实施例的处理方法所得到的正/负极片，均可生成出耐高温性能良好并可有效控制热失控现象发生的安全的锂离子电池。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种锂离子电池，包括正/负极片，其特征在于：所述正/负极片包括集流体、覆盖于所述集流体表面的活性物质涂层和覆盖于所述活性物质涂层表面的有机高分子聚合物涂层，所述有机高分子聚合物为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚氯乙烯，所述有机高分子聚合物涂层的厚度为12～15μm；所述活性物质涂层用于吸收电解液形成含有电解液的活性物质贮液层，所述有机高分子聚合物涂层具有良好的塑性、耐热性及阻燃性，与所述锂离子电池内的电解液中的有机溶剂相互润湿。
2.一种锂离子电池极片的处理方法，其特征在于：所述锂离子电池极片包括集流体、覆盖于所述集流体表面的活性物质涂层和覆盖于所述活性物质涂层表面的有机高分子聚合物涂层，所述有机高分子聚合物为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚氯乙烯，所述有机高分子聚合物涂层的厚度为12～15μm；所述活性物质涂层用于吸收电解液形成含有电解液的活性物质贮液层，所述有机高分子聚合物涂层具有良好的塑性、耐热性及阻燃性，与所述锂离子电池内的电解液中的有机溶剂相互润湿，所述处理方法包括如下步骤：
S1.胶液准备，将重量比为2.0％～6.0％的有机高分子聚合物加入重量比为90％～95％的有机溶剂中，在负压保护下搅拌，使有机高分子聚合物与有机溶剂混合形成胶液；
S2.涂覆，通过喷涂、丝网印刷或转移涂布的方式将所述胶液涂覆在正/负极片表面形成均匀的有机高分子聚合物涂层；
S3.烘干，烘烤得到干燥的正/负极片。
3.如权利要求2所述的锂离子电池极片的处理方法，其特征在于：所述有机高分子聚合物的重量比为3.5％。
4.如权利要求2所述的锂离子电池极片的处理方法，其特征在于：所述烘烤的温度是60～110℃。
5.如权利要求2-4任一所述的锂离子电池极片的处理方法，其特征在于：所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、无水乙醇、异丙醇和醋酸乙酯中的任一种。
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