一種鋰離子電池正極片及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極片及其制備方法和應(yīng)用，屬于電池新材料技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池由于具有較高的質(zhì)量能量密度和體積能量密度、較高的工作電壓、較 寬的使用溫度、使用壽命長、對環(huán)境友好等等，被廣泛的應(yīng)用到移動電話、筆記本電腦以及 各種電動汽車，甚至航空航天、風(fēng)能太陽能儲能設(shè)備上。然而，鋰離子電池在應(yīng)用的時候存 在一定的安全隱患，尤其是在高溫和碰到尖銳體的情況下會發(fā)生劇烈燃燒，在動力電池領(lǐng) 域會帶來巨大的危害。為了解決這個問題，有必要提供一種具有較高安全性能和機械性能 的聚合物鋰離子電池，以提升聚合物鋰離子電池的安全性能、循環(huán)性能。
[0003] 2012年7月2日公布的中國專利申請公布號CN102610773A公開了一種聚合物鋰 離子電池隔膜，隔膜主要包括多孔基材、無機物涂層和有機物涂層。然而在該專利申請的技 術(shù)方案中，涂層涂覆時采用的是NMP、乙醇等有機溶劑，另外無機涂層和有機物涂層需要分 開涂布，工序相對復(fù)雜。
[0004] 2013年8月21日公布的中國專利申請公布號103441230A公開了一種有機/無機 復(fù)合多孔隔離膜，包括多孔基材和有機/無機復(fù)合涂層，工序相對上面的專利要簡單，可以 一次涂布完成，且采用了水作為溶劑，然而由于基材是有機多孔的隔膜材料，涂布干燥過程 需要精確控制，否則會引起隔膜的單邊翹起且容易堵塞隔膜的孔道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池正極 片及其制備方法和應(yīng)用。
[0006] 技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種鋰離子電池正極片，其基底表面上具 有復(fù)合涂層材料制成的涂層，所述復(fù)合涂層材料主要由以下重量份比例的組分所制成：
[0007] 無機顆粒20-40份、粘結(jié)劑0. 2-0. 6份、具有溶脹性能的有機顆粒4-8份、增塑劑 0. 4-0. 8份以及溶劑60-66份。
[0008] 作為優(yōu)選，所述涂層的厚度為lum-100um。
[0009] 作為另一種優(yōu)選，所述無機顆粒為三氧化二鋁、二氧化娃、二氧化鈦、二氧化錯、二 氧化鈰、氧化鈣、碳酸鈣和鈦酸鋇中的至少一種，其平均粒徑為1-3 ym。
[0010] 作為另一種優(yōu)選，所述粘接劑為苯乙烯-丁二烯聚合物、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維 素、聚乙烯吡咯烷酮、偏氟乙烯-六氟丙烯聚合物、聚丙烯腈、羧甲基纖維素鈉、丁二烯-丙 烯腈聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯和聚丙烯酸-苯乙烯聚合物中的至少 一種；
[0011] 作為另一種優(yōu)選，所述具有溶脹性能的有機顆可為聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟 丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚酰亞胺、丙烯腈-丁二烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚 物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸-苯乙烯共聚物、聚二甲基 硅氧烷、聚丙烯酸鈉、羧甲基纖維素鈉中的至少一種。
[0012] 作為另一種優(yōu)選，所述增塑劑為甲基異丁基甲酮、乙酸正丁酯、環(huán)乙酮、雙丙酮醇、 二異丁基甲酮、乙酰乙酸乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯 中的至少一種。
[0013] 作為另一種優(yōu)選，所述溶劑為去離子水，且其與所述鋰離子正極片的多孔基材不 相浸潤；
[0014] 作為另一種優(yōu)選，所述復(fù)合涂層材料主要由以下步驟所制成：將增塑劑和具有溶 脹性能的有機顆粒加入溶劑進(jìn)行攪拌，等有機顆粒充分溶脹后加入粘結(jié)劑進(jìn)行攪拌混合， 攪拌均勾后加入無機顆粒，再攪拌均勾，控制衆(zhòng)料粘度在l〇〇mpa. s-5000mpa. s，即得。
[0015] 本發(fā)明還提供了所述鋰離子電池正極片的制備方法，包括以下步驟：首先制備鋰 離子電池正極片，然后將所述復(fù)合涂層材料涂布在正極片基底表面上，40°C -20(TC干燥，形 成涂層，即得。
[0016] 本發(fā)明最后還提供了所述鋰離子電池正極片在制備鋰離子電池中的應(yīng)用，制備隔 膜和負(fù)極片，與所述正極片卷繞成電芯，隔膜位于相鄰的正極片和負(fù)極片之間，正極以鋁極 耳點焊引出，負(fù)極以鎳極耳點焊引出，然后將電芯置于鋁塑包裝袋中，注入電解液，封裝，即 得。
[0017] 本發(fā)明通過加入一層具有高強度和高化學(xué)穩(wěn)定性的無機材料，并通過有機體的粘 結(jié)性能和溶脹性能使得無機物可以很好的附著在電極表面，在電芯卷繞過程中可以起到陰 陽極隔絕層的作用。本發(fā)明涂層涂布工藝簡單，只需要在電極正極一端表面涂布一層復(fù)合 層即可，簡化了以前需要在隔膜兩端涂覆復(fù)合層的工藝。在實際應(yīng)用中，可以有效的提高鋰 動力電池的穩(wěn)定性，為動力電池的實際應(yīng)用的安全提供保障。
[0018] 首先，所述涂層，即有機/無機復(fù)合多孔涂層在正極材料表面上，從而降低了隔膜 被有機顆粒堵孔的風(fēng)險，有利于提高隔離膜的透氣性。
[0019] 其次，在復(fù)合涂層的制備方法中，充分溶脹的有機顆粒可以有效改善正極材料與 無機材料之間的作用力，提高了無機顆粒的附著性能，有利于提高機械強度；此外該方法一 次涂布即可制備正極材料涂層，工藝簡單、條件溫和、適合量產(chǎn)。另外，在該制備過程中優(yōu)選 地采用去離子水作為溶劑，且優(yōu)選地多孔基材與去離子水不相浸潤。由于去離子水與多孔 基材不相浸潤，由此更大程度地降低了堵孔的風(fēng)險，且對環(huán)境良好，成本低。
[0020] 最后，在所述鋰離子電池電化學(xué)裝置中，由于采用了具有有機無機復(fù)合涂層的正 極材料，隔膜不需要進(jìn)行處理，保留了隔膜本身良好的的透氣性、導(dǎo)電率，且通過正極涂層 使得電化學(xué)裝置具有較好的熱穩(wěn)定性、機械強度和抗氧化性；此外涂層材料中充分溶脹的 有機顆?？梢杂行Ц纳普龢O材料與有機隔膜間的作用力，提高了正極與隔膜之間的界面特 性。因此具有該正極材料涂層的電化學(xué)裝置具有解變形能力，較強的硬度及較好的電化學(xué) 性能。
[0021] 有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用了新型的雙層電極材料，在傳統(tǒng)電極材料 基礎(chǔ)上加入一層無機有機保護層，提高了電池的機械強度和熱穩(wěn)定性，在極端情況下可以 規(guī)避陰陽極之間的接觸，從而避免發(fā)生燃燒現(xiàn)象。和采用有機無機層的隔膜技術(shù)相比，采用 雙層電極只需要在正極一端涂布一層就可以達(dá)成目的，簡化了涂布的工藝，節(jié)約了成本。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0023] 比較例：
[0024] 正極片的制備：
[0025] 將鈷酸鋰（正極活性物質(zhì)）、導(dǎo)電劑超導(dǎo)碳（Super-P)、粘接劑聚偏氟乙烯（PVDF) 按質(zhì)量比96 : 2.0 : 2.0混合均勻制成具有一定粘度的鋰離子電池正極漿料，將漿料涂布 在集流體鋁箱上，在85°C下烘干后進(jìn)行冷壓并裁剪成合適大?。蝗缓蠛附訕O耳，制成鋰離 子電池正極片。
[0026] 負(fù)極片的制備：
[0027] 將石墨與導(dǎo)電劑超導(dǎo)碳（Super-P)、增稠劑羧甲基纖維素鈉（CMC)、粘接劑丁苯橡 膠（SBR)按質(zhì)量比96. 5 : 1.0 : 1.0 : 1.5制成漿料，涂布在集流體銅箱上，在85°C下烘 干并裁剪成合適大??；焊接極耳，制成鋰離子電池負(fù)極片。
[0028] 隔膜的制備：取聚丙烯微孔膜Celgard2400作為隔膜。
[0029] 電解液的制備：電解液和有機溶劑張家港國泰華榮化工新材料有限公司提供。
[0030] 聚合物鋰離子電池的制備：將上述正極片、隔膜和負(fù)極片卷繞成電芯，隔膜位于相 鄰的正極片和負(fù)極片之間，正極以鋁極耳點焊引出，負(fù)極以鎳極耳點焊引出；然后將電芯置 于鋁塑包裝袋中，注入上述電解液，封裝，制成聚合物鋰離子電池。
[0031] 實施例1 :
[0032] 正極片的制備：
[0033] 將鈷酸鋰（正極活性物質(zhì)）、導(dǎo)電劑超導(dǎo)碳（Super-P)、粘接劑聚偏氟乙烯（PVDF) 按質(zhì)量比96 : 2.0 : 2.0混合均勻制成具有一定粘度的鋰離子電池正極漿料，將漿料涂布 在集流體鋁箱上，在85°C下烘干后進(jìn)行冷壓并裁剪成合適大??；然后焊接極耳，制成鋰離 子電池正極片。
[0034] 正極片涂層制備：
[0035] 將0. 6質(zhì)量份的碳酸二甲酯（增塑劑）、6質(zhì)量份聚偏氟乙烯（PVDF)粉末和63 質(zhì)量份去離子水加入到雙行星攪拌機中攪拌1小時；加入〇. 4質(zhì)量份的羧甲基纖維素，在 45°C下混合0. 5小時；接