專利名稱：一種鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種正極片或/和負極片的集流體與其活性材料層之間設(shè)置有聚苯乙烯涂層的安全型鋰離子電池。
背景技術(shù)：
作為一種能量密度高、環(huán)保的新型二次電池，鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于便攜電子產(chǎn)品中。然而，鋰離子電池在用戶手中，很可能會遭受意外的機械破壞(如穿刺、擠壓、撞擊)而導致電池發(fā)生內(nèi)部短路，引起電池起火、爆炸，對用戶的財產(chǎn)及人身安全造成損害。因此，提高電池在濫用情況下的短路安全性能成為鋰離子電池研究 領(lǐng)域的一項重要課題。鋰離子電池在受到機械破壞時會引起電池熱失控的原因在于當鋰離子電池被穿刺、擠壓、撞擊時，會有一定的幾率引起正極集流體與負極活性材料層短接，這種形式的短路，其短路電阻小，短路電流大，大的短路電流流過短路點會引起短路點及其附近溫度迅速升高，若此溫度超過引發(fā)正極活性材料與電解液的起始反應(yīng)溫度(LiO. 5Co02與電解液的起始反應(yīng)溫度約為180°C )，則會引發(fā)正極與電解液間的化學反應(yīng)，該反應(yīng)釋放出大量的熱，進而引發(fā)電池內(nèi)部的其化學熱反應(yīng)，導致電池熱失控。為提升鋰離子電池的短路安全性能，周志勇等人的中國發(fā)明專利公開了一項改進技術(shù)在鋰離子電池正極片或/和負極片活性材料層的表面設(shè)置聚苯乙烯涂層。這項技術(shù)通過兩方面改進鋰離子電池的短路安全性能一、當鋰離子電池負極活性材料層的表面設(shè)置聚苯乙烯涂層時，能夠?qū)ω摌O活性材料層進行保護，降低正極集流體與負極活性材料層短接的幾率。二、若電池的溫度超過130°C，即超過了聚苯乙烯的熔點，涂層內(nèi)的聚苯乙烯顆粒發(fā)生熔融，形成致密的薄膜，切斷鋰離子由負極通向正極的通道，從而切斷短路電流。雖然這項技術(shù)在一定程度上提升了電池的安全性能，但由于設(shè)置在正極或/和負極活性材料層表面的聚苯乙烯材料不吸收電解液，并且聚苯乙烯材料自身也不具有導通鋰離子的特性，因此，鋰離子在正負極間的傳輸受到阻礙，導致鋰離子電池的電化學性能不能滿足使用要求，如電池滿充電時析鋰、容量偏低、倍率放電性能差等。因此，需要開發(fā)一種新技術(shù)，在保證上述電池安全性能的同時，改善其電化學性能。

發(fā)明內(nèi)容
本申請的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，將聚苯乙烯材料涂層設(shè)置在正極或/和負極活性材料層表面導致鋰離子電池電化學性能惡化的原因是聚苯乙烯材料不吸收電解液，并且聚苯乙烯材料自身也不具有導通鋰離子的特性，鋰離子在正負極間的傳輸受到阻礙，導致鋰離子電池的電化學性能不能滿足使用要求。通過改變聚苯乙烯材料涂層的設(shè)置位置并對涂層組分進行優(yōu)化能夠解決此問題。本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好短路安全特性的鋰離子電池，同時其電化學性能能夠滿足使用要求。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種鋰離子電池，其包括正極片，所述正極片包括正極集流體、及附著在正極集流體上的正極活性材料層，負極片，所述負極片包括負極集流體及附著在負極集流體上的負極活性材料層；隔離膜，其保持在正極片與負極片之間；電解質(zhì)，其保持在正極片與負極片之間；還包括聚苯乙烯涂層，其設(shè)置在所述正極片的集流體于其活性材料層之間；或者設(shè)置在負極片的集流體與其活性材料層之間；

或者在正極片的集流體于其活性材料層之間，負極片的集流體與其活性材料層之間同時設(shè)置。相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)至少具有以下優(yōu)點將聚苯乙烯涂層設(shè)置在極片的集流體與其活性材料層之間，鋰離子的傳輸路徑不經(jīng)過聚苯乙烯涂層，因此，不會對鋰離子的傳輸產(chǎn)生負面影響，使鋰離子電池保持良好的電化學性能。同時，在電池被濫用而使溫度達到聚苯乙烯的熔點(約130°C )時，聚苯乙烯通過熔融形成致密薄膜，增大正極集流體與活性材料層間的電子電阻，電池內(nèi)阻迅速增加，從而減小短路電流，防止電池發(fā)生熱失控，提高了鋰離子電池的安全性能。所述聚苯乙烯涂層包括聚苯乙烯顆粒、導電顆粒及粘接劑。聚苯乙烯材料自身是電子絕緣性的，通過添加導電劑，使得涂層具有電子導電性，在集流體與其活性材料層之間傳輸電子，使鋰離子電池能夠正常工作。粘接劑使得聚苯乙烯涂層能夠粘附在集流體上。所述聚苯乙烯顆粒在涂層組分中的質(zhì)量含量>95%。為了保證聚苯乙烯顆粒熔融后能夠聯(lián)接成致密膜層，聚苯乙烯顆粒需要具有足夠高的含量。若聚苯乙烯顆粒在涂層組分中的質(zhì)量含量低于95%，其熔融后難以聯(lián)接成膜或形成的膜層不夠致密，依然具有一定的電子導通能力，不能及時切斷短路電流。所述聚苯乙烯顆粒的D50 < 2 μ m。所述聚苯乙烯顆粒的D50 ^ O. 5 μ mo聚苯乙烯顆粒的粒徑越小，其比表面積越大，發(fā)生熔融的溫度范圍越窄，能夠在更低的溫度下熔融聯(lián)接成膜，及時切斷短路電流。所述粘接劑為丁苯橡膠或聚偏二氟乙烯。所述聚苯乙烯涂層的厚度為I 5 μ m。很明顯，涂層的厚度太大會降低鋰離子電池的容量。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明公開的技術(shù)將聚苯乙烯涂層設(shè)置在正極片或/和負極片的集流體與其活性材料層之間，鋰離子的傳輸路徑不經(jīng)過聚苯乙烯涂層，因此，不會對鋰離子的傳輸產(chǎn)生負面影響，使鋰離子電池保持良好的電化學性能。同時，在電池被濫用而使溫度達到聚苯乙烯的熔點(約130°C)時，聚苯乙烯通過熔融形成致密薄膜，增大正極集流體與活性材料層間的電子電阻，電池內(nèi)阻迅速增加，從而減小短路電流，防止電池發(fā)生熱失控，提高了鋰離子電池的安全性能。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式
，詳細說明本發(fā)明公開的鋰離子電池其有益技術(shù)效果，但本發(fā)明的實施方式不限于此。在本發(fā)明公開的技術(shù)中，可以將聚苯乙烯涂層單獨設(shè)置在正極片的正極集流體與其活性材料層之間，也可以將聚苯乙烯涂層單獨設(shè)置在負極片的負極集流體與其活性材料層之間，還可以同時將聚苯乙烯涂層設(shè)置在正極片的正極集流體與其活性材料層之間及負極片的負極集流體與其活性材料層之間。I.正極片的制備本發(fā)明鋰離子電池用正極片可以是在正極集流體與正極活性物質(zhì)層間設(shè)置有聚苯乙烯涂層的正極片，也可以是普通鋰離子電池正極片。在正極集流體與正極活性物質(zhì)層間設(shè)置有聚苯乙烯涂層的正極片的制備方法為以水為分散劑，將聚苯乙烯顆粒、導電劑、粘結(jié)劑混合成均勻的漿料，以涂布或噴涂的方式將上述漿料均勻涂覆在集流體上，烘干后得到表面涂覆有聚苯乙烯涂層的正極集流體。將正極活性材料、粘接劑、導電劑與分散劑混 合，來調(diào)配正極漿料，將得到的正極漿料涂敷在表面涂覆有聚苯乙烯涂層正極集流體上，聚苯乙烯顆粒的D50 ( O. 5 μ m，所述聚苯乙烯顆粒在涂層組分中的質(zhì)量含量> 95%，厚度為1-5 μ m,再經(jīng)過干燥、輥壓、分切等工序后便得到了正極片。普通鋰離子電池正極片的制備方法與上述類似，只是在正極集流體涂覆聚苯乙烯涂層。2.負極片的制備本發(fā)明鋰離子電池用負極片可以是在負極集流體與負極活性物質(zhì)層間設(shè)置有聚苯乙烯涂層的負極片，也可以是普通鋰離子電池負極片。在負極集流體與負極活性物質(zhì)層間設(shè)置有聚苯乙烯涂層的負極片的制備方法為以水為分散劑，將聚苯乙烯顆粒、導電劑、粘結(jié)劑混合成均勻的漿料，以涂布或噴涂的方式將上述漿料均勻涂覆在集流體上，烘干后得到表面涂覆有聚苯乙烯涂層的負極集流體。將負極活性材料、粘接劑、導電劑與分散劑混合，來調(diào)配負極漿料，將得到的負極漿料涂敷在表面涂覆有聚苯乙烯涂層負極集流體上，再經(jīng)過干燥、輥壓、分切等工序后便得到了負極片。普通鋰離子電池負極片的制備方法與上述類似，只是在負極集流體涂覆聚苯乙烯涂層。3.電解液電解液的主要成分為有機溶劑及鋰鹽。有機溶劑可以是線性碳酸酯、環(huán)狀碳酸酯、環(huán)狀羧酸酯等。鋰鹽可以是LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiAlF4、LiC104、LiBOB等?？紤]到提升電解液的離子電導率，優(yōu)選將線性酯溶劑與環(huán)狀酯溶劑混合使用。鋰鹽的濃度優(yōu)選為O. 5mol/L 2. OmoI/L0為提高鋰離子的充放電效率，優(yōu)選在電解液中加入一些可以在負極表面還原形成固體電解質(zhì)膜的添加劑。4.隔離膜隔離膜可以是離子滲透度高、具有規(guī)定機械強度和絕緣性的多微孔膜、編織布和無紡布。考慮到鋰離子電池的安全性，優(yōu)選具有耐久性和電流切斷功能的聚烯烴材質(zhì)(如聚乙烯，聚丙烯)的多微孔膜。多微孔膜可以是一種材料構(gòu)成的單層膜，也可以是一種材料或兩種以上的材料構(gòu)成的多層膜或復合膜。隔膜的厚度優(yōu)選為6 30微米，孔隙率優(yōu)選為30% 60%。5.鋰離子電池的組裝若正極片使用普通鋰離子電池正極片，則負極片需要使用在負極集流體與負極活性物質(zhì)層間設(shè)置有聚苯乙烯涂層的負極片。若正極片使用在正極集流體與正極活性物質(zhì)層間設(shè)置有聚苯乙烯涂層的正極片，則負極片及可以使用普通鋰離子電池負極片，也可以使用在負極集流體與負極活性物質(zhì)層間設(shè)置有聚苯乙烯涂層的負極片。分別將正極引線、負極引線焊接到正極極片及負極極片上，將正極極片、負極極片夾著隔膜卷繞起來，得到極片組。將極片組裝入經(jīng)過沖切的包裝殼中，向包裝殼中注入電解液后封裝。封裝后的電池經(jīng)過化成、排氣、老化、容量測試等工序，便制得了鋰離子電池。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的有益效果進行更詳細的說明。實施例I :正極片的制備將聚苯乙烯顆粒、丁苯橡膠乳業(yè)、導電劑(Super-P)在水中分散獲得均勻穩(wěn)定的漿料，然后將其涂布在厚度為14微米鋁箔上，然后烘干待用。將LiCo02(LC0)粉料、粘結(jié)劑聚偏二氟乙烯、導電劑(Super-P)與N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合均勻，獲得正 極漿料。采用涂布工藝將正極漿料均勻涂敷在上述表面涂覆有聚苯乙烯涂層的鋁箔上，經(jīng)過干燥、輥壓、分條后制得正極片。負極片的制備將聚苯乙烯顆粒、丁苯橡膠乳業(yè)、導電劑(Super-P)在水中分散獲得均勻穩(wěn)定的漿料，然后將其涂布在厚度為8微米銅箔上，然后烘干待用。負極活性材料、增稠劑羧甲基纖維素鈉(CMC)、導電劑(Super-P)及粘結(jié)劑丁苯橡膠乳液(SBR)與去離子水混合均勻，獲得負極漿料。采用涂布工藝將負極漿料均勻涂敷在上述表面涂覆有聚苯乙烯涂層的銅箔上，經(jīng)過干燥、輥壓、分條后制得負極片。隔離膜及電解液隔離膜為PP/PE/PP三層復合隔離膜，厚度為14微米。電解液以混合碳酸酯(線性碳酸酯=EMC及DEC，環(huán)狀碳酸酯EC及PC)為溶劑，鋰鹽為lmol/L LiPF6。鋰離子電池的制備分別將Al Tab, Ni Tab焊接到正極極片及負極極片上，將正極極片、負極極片夾著隔離膜卷繞起來，得到極片組。將極片組裝入經(jīng)過沖切的鋁塑包裝殼中，向包裝殼中注入電解液后封裝。封裝后的電池經(jīng)過化成、排氣、老化、容量測試等工序，便制得了鋰離子電池，所得鋰離子電池的型號為454261(厚度4. 5mm,寬度42mm，長度61mm,),電池最小容量為1530mAh。實施例2 實施例2中使用的正極片不含有聚苯乙烯涂層，其它同實施例I。實施例3 實施例3中使用的負極片不含有聚苯乙烯涂層，其它同實施例I。對比例I :對比例I使用的正極片及負極片都不含有聚苯乙烯涂層，其它同實施例I。對比例2 對比例2使用的正極片及負極片都含有聚苯乙烯涂層，但聚苯乙烯涂層設(shè)置在各自活性材料的表面，其它同實施例I。表I給出了各實施例及對比例鋰離子電池的電化學及安全性能測試結(jié)果。釘刺實驗的條件為鋼釘直徑2. 5mm,刺穿速度O. 02mm/s。實驗時鋼釘從電芯的中心穿過,并在電芯中保持15min，觀察電芯的變化。如果電芯冒出大量的煙或著火，則認為電芯不能通過釘刺測試。表I的容量保持率為鋰離子電池在常溫下經(jīng)過500次循環(huán)(充放電倍率1C/1C)后的容量保持率。容量保持率定義為500此循環(huán)后電池的放電容量與電池第一個循環(huán)放電容量的比值，容量保持率越高說明鋰離子電池具有更優(yōu)越的循環(huán)性能。表I
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池，其包括 正極片，所述正極片包括正極集流體、及附著在正極集流體上的正極活性材料層；負極片，所述負極片包括負極集流體及附著在負極集流體上的負極活性材料層；隔離膜，其保持在正極片與負極片之間；電解質(zhì)，其保持在正極片與負極片之間；其特征在于還包括聚苯乙烯涂層， 其設(shè)置在所述正極片的集流體于其活性材料層之間； 或者設(shè)置在負極片的集流體與其活性材料層之間； 或者在正極片的集流體于其活性材料層之間，負極片的集流體與其活性材料層之間同時設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池，其特征在于所述聚苯乙烯涂層包括聚苯乙烯顆粒、導電顆粒及粘接劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電池，其特征在于所述聚苯乙烯顆粒在涂層組分中的質(zhì)量含量> 95%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池，其特征在于所述聚苯乙烯顆粒的D50<2i!m。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池，其特征在于所述聚苯乙烯顆粒的D50 ^ 0. 5 u mD
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電池，其特征在于所述粘接劑為丁苯橡膠或聚偏二氟乙烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池，其特征在于所述聚苯乙烯涂層的厚度為I 5 u m0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰離子電池。該鋰離子電池的正極片和/或負極片的集流體與活性材料層之間設(shè)置有聚苯乙烯涂層，由于鋰離子的傳輸路徑不經(jīng)過聚苯乙烯涂層，不會對鋰離子的傳輸產(chǎn)生負面影響，使鋰離子電池保持良好的電化學性能。同時，在電池被濫用而使溫度達到聚苯乙烯的熔點(約130℃)時，聚苯乙烯通過熔融形成致密薄膜，增大正極集流體與活性材料層間的電子電阻，電池內(nèi)阻迅速增加，從而減小短路電流，防止電池發(fā)生熱失控，提高了鋰離子電池的安全性能。
文檔編號H01M10/42GK102683739SQ20121003825
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者何麗萍, 劉東任, 孫鋒, 汪穎, 許瑞, 閆曉紅 申請人:寧德新能源科技有限公司