一種高安全性鋰離子電池及其制備方法技術

本發明專利技術屬于鋰離子電池制備領域，具體的說是一種高安全性鋰離子電池及其制備方法，其主要通過在負極極片表面涂覆安全性涂覆層以提高負極極片的安全性能，其涂覆層是由：鋰鹽、功能性物質、導電高分子、聚合物組成。其功能性物質為鏈狀磷酸酯，在電池溫度過高時，鏈狀磷酸酯發生開環聚合，使其涂覆層膨脹造成其內阻增大，同時在正常狀況下具有與電解液較好的相容性，而鋰鹽具有鋰離子導電性高的特點，為大倍率充放電過程中提供充足的鋰離子，避免負極極片析鋰造成安全隱患，而聚合物材料和高分子材料具有較好的粘結性，降低其材料的界面電阻及其利用導電高分子材料的導電性及其熱塑性，提高其材料的加工性能及其在材料變形條件下仍然發揮其材料的各項電化學性能，其最終制備的鋰離子電池的安全性能。

High safety lithium ion battery and preparation method thereof

The invention belongs to the field of preparation of lithium ion battery, in particular to a high security lithium ion battery and a preparation method thereof, which mainly through the surface of the anode pole piece coating safety coating to improve the safety performance of the cathode electrode, the coating layer is composed of lithium salt, functional material, conducting polymer polymer composition. The functional material for phosphate in the chain, the battery temperature is too high, the chain phosphate occurred ring opening polymerization, the coating layer expansion caused by the increase of internal resistance, and has good compatibility with electrolyte under normal conditions, and lithium lithium ion has the characteristics of high conductivity, lithium ion provides sufficient for high rate charge in the discharge process, avoid the negative pole piece of lithium safety hazards caused polymer materials and polymer materials with good adhesion, reduce the interfacial resistance material and using conductive polymer materials and thermoplastic, improve the processing performance of the material and material under the deformation conditions still play the electrochemical performance of the material finally, the lithium ion battery and its making the safety performance.

【技術實現步驟摘要】
一種高安全性鋰離子電池及其制備方法
本專利技術屬于鋰離子電池制備領域，具體的說是一種高安全性鋰離子電池及其制備方法。
技術介紹
鋰離子電池是近幾年發展起來的一種新型儲能裝置，并以其能量密度高、循環性能好、環境友好及其安全性能佳等優點而廣泛應用于電動汽車等領域，但是隨著人們對電動汽車等要求的提高，即要求具有更高的續航里程、更高的安全性能及其更寬泛的使用環境，從而要求電動汽車所用鋰離子電池具有在具有高的能量密度的同時，安全性能也要求得到保證。由于影響鋰離子電池的安全因素主要是來自鋰離子電池的熱失控及其負極析鋰產生的著火、爆炸等危險源，而降低負極極片表面析鋰則可以從根本上降低鋰離子電池帶來的安全隱患。負極極片涂覆技術是近幾年發展起來一種新型技術，即在負極極片表面涂覆一種安全性涂覆層，降低鋰離子電池表面析鋰帶來的安全風險并降低其熱時空發生的機率。目前國內大多在負極極片表面涂覆阻燃性的高分子聚合物，以在鋰離子電池出現熱失控時，降低鋰離子電池著火等安全因素發生的機率，比如專利（CN104332588A）公開了一種高安全性鋰離子電池負極極片、制備方法和應用，其主要在負極極片表面涂覆一層隔離層，起隔離層中含有粘結劑0.02～0.2份、導電劑A0.02～0.2份、有機鋰化合物0.01～0.1份、成膜劑0.01～0.1份、溶劑A1份，雖然有機鋰化合物可以降低鋰析出產生枝晶刺破隔膜的機率，但是由于有機鋰屬于有機化合物，雖然可以提高鋰離子的傳輸速率避免產生極片析鋰，但是存在著火點低，易燃燒等缺點，在小于250℃的可以提高鋰離子的安全性能，但是在鋰離子電池溫度瞬間達到300℃甚至更高的時候，其安全性能并未得到改善，甚至出現安全性能更低的后果。因此開發出阻燃溫度更高的負極極片涂覆層顯得非常必要，并改善鋰離子電池的安全性能。
技術實現思路
針對目前高能量密度鋰離子電池安全性能差等方面存在的不足，本專利技術的目的是通過制備出阻燃溫度高、鋰離子傳輸速率高的無機鋰/阻燃劑復合漿料，并涂敷在負極極片上，在降低大倍率條件下極片析鋰發生的概率條件下，還可以提高極片的阻燃性能，并因此提高鋰離子電池的安全性能。一種高安全性鋰離子電池及其制備方法，其特征在于，鋰離子電池是由三元正極材料、復合負極極片、功能性電解液及其陶瓷隔膜組成。其復合負極極片是由負極活性物質層及其涂敷在表面的涂覆層組成，其涂覆層是由：鋰鹽、功能性物質、導電高分子、聚合物組成。其制備過程為：1）首先將（5～10）份的聚合物溶于有機溶劑中，攪拌均勻后，并在（0～4）℃的低溫條件下添加（1～3）份導電高分子單質，之后再添加（60～80）份的功能性物質并超聲分散均勻后，再添加（5～10）份鋰鹽，并攪拌均勻得到混合溶液；2）之后采用電化學沉積法，以石墨負極極片為工作電極、鉑電極為對電極，在其負極極片表面沉積涂覆層，之后采用0.1mol/L的碳酸甲乙酯清洗表面，干燥最后得到高致密度的復合負極極片。所述的鋰鹽為偏鋁酸鋰、鋯酸鋰、鈮酸鋰、鉬酸鋰、鉭酸鋰和鎢酸鋰中的一種；所述的功能性物質為鏈狀磷酸酯，即磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三丁酯、磷酸三芳酯中的一種；所述的導電高分子為聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯中的一種；所述的聚合物是由（50～70）份聚偏氟乙烯、（10～30）份聚二氟乙烯、（10～30）份聚丙二醇、（10～20）份羧甲基纖維素組成的復合聚合物；所述的步驟（1）中的有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮，二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氫呋喃、二甲亞砜、四甲基脲中的一種。所述的步驟（2）電化學沉積法采用循環伏安法、恒壓法、恒流法中的一種。有益效果：1）在負極極片表面采用電化學沉積法沉積鋰鹽、阻燃聚合物及其高分子材料，較采用化學法，具有在負極極片沉積致密、均勻及其過程可控等優點，且粘結劑在高電壓下具有穩定性等優點，同時與采用化學法相比，沉積厚度更薄，對提高極片能量密度更有益。2）采用在無機鋰鹽中摻雜阻燃聚合物材料，不但可以利用無機鋰鹽鋰離子導電率高的特性提高了鋰離子電池的傳導速率，降低了鋰離子電池析鋰產生的枝晶刺破隔膜的機率，提高其安全性能，同時在大倍率條件下，為鋰離子的傳輸提供充足的鋰離子，提高其倍率性能，從而提高其鋰離子電池的快充快放性能，并可以提高大倍率條件下鋰離子的傳輸速率。阻燃劑聚合物在溫度過高時，形成保護膜，增大內阻，降低其鋰離子電池熱失控發生的機率。附圖說明圖1、實施例1制備出的極片的SEM電鏡圖；圖2、實施例1制備出的鋰離子電池的倍率放電曲線圖；圖3、對比例制備出的鋰離子電池的倍率放電曲線圖。具體實施方式石墨負極極片制備方法：稱取90g人造石墨、5g碳納米管、5gLA132粘結劑添加到150ml的二次蒸餾水中攪拌均勻得到負極漿料，之后經過涂布、輥切得到負極極片。實施例1聚合物粉末配制：將60g的聚偏氟乙烯、20g的聚二氟乙烯、10g的聚丙二醇、10g羧甲基纖維素混合后得到聚合物混合粉末。1）稱取8g的聚合物混合粉末溶于100ml的N-甲基吡咯烷酮有機溶劑中，攪拌均勻后，并在0℃的低溫條件下添加2g苯胺單質，之后再添加70g的鏈狀磷酸酯并超聲分散均勻后，再添加8g偏鋁酸鋰，并攪拌均勻得到混合溶液A；2）之后循環伏安法（電壓-2V-2V，掃描速度0.5mV/s，掃描20周），以石墨負極極片為工作電極、鉑電極為對電極，電解液為步驟（1）中的混合溶液A，在其負極極片表面沉積涂覆層，之后采用0.1mol/L的碳酸甲乙酯清洗表面，干燥最后得到高致密度的復合負極極片。實施例2聚合物粉末配制:稱取由50g的聚偏氟乙烯、10g的聚二氟乙烯、30g的份聚丙二醇、10g的羧甲基纖維素混合均勻得到復合聚合物1）首先將5g的聚合物溶于500ml的二甲基甲酰胺有機溶劑中，攪拌均勻后，并在4℃的低溫條件下添加1g吡咯單質，之后再添加60g的磷酸三乙酯并超聲分散均勻后，再添加5g鋯酸鋰，并攪拌均勻得到混合溶液A；2）之后采用恒壓法（電壓2V，時間10min），以石墨負極極片為工作電極、鉑電極為對電極，電解液為步驟（1）中的混合溶液A，在其負極極片表面沉積涂覆層，之后采用0.1mol/L的碳酸甲乙酯清洗表面，干燥最后得到高致密度的復合負極極片。實施例3聚合物粉末配制：稱取70g的聚偏氟乙烯、10g的聚二氟乙烯、10的聚丙二醇、10g的羧甲基纖維素混合均勻后得到復合聚合物；1）首先將10g的復合聚合物溶于500ml的二甲基乙酰胺有機溶劑中，攪拌均勻后，并在2℃的低溫條件下添加3g的聚噻吩單質，之后再添加80g的磷酸三丙酯功能性物質并超聲分散均勻后，再添加10g鈮酸鋰，并攪拌均勻得到混合溶液A；2）之后采用恒流法（電流密度50mA/cm2，時間10min），以石墨負極極片為工作電極、鉑電極為對電極，電解液為步驟（1）中的混合溶液A,在其負極極片表面沉積涂覆層，之后采用0.1mol/L的碳酸甲乙酯清洗表面，干燥最后得到高致密度的復合負極極片。對比例1：以石墨負極極片作為對比例；1）電化學性能測試：實驗例本實驗例對實施例1-3和對比例1所得復合正極片的性能進行測試。以實施例1-3和對比例所得復合負極片和對比例所得負極片為負極，以磷酸鐵鋰為正極，LiPF6/EC+DEC（體積比1:1，1.3mol/L）為電解液，Celgar本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高安全性鋰離子電池及其制備方法，其特征在于，鋰離子電池是由三元正極材料、復合負極極片、功能性電解液及其陶瓷隔膜組成，其復合負極極片是由負極活性物質層及其涂敷在表面的涂覆層組成，其涂覆層是由：鋰鹽、功能性物質、導電高分子、聚合物組成，其制備過程為：首先將（5～10）份的聚合物溶于有機溶劑中，攪拌均勻后，并在（0～4）℃的低溫條件下添加（1～3）份導電高分子單質，之后再添加（60～80）份的功能性物質并超聲分散均勻后，再添加（5～10）份鋰鹽，并攪拌均勻得到混合溶液；2）之后采用電化學沉積法，以石墨負極極片為工作電極、鉑電極為對電極，在其負極極片表面沉積涂覆層，之后采用0.1mol/L的碳酸甲乙酯清洗表面，干燥最后得到高致密度的復合負極極片。

【技術特征摘要】
1.一種高安全性鋰離子電池及其制備方法，其特征在于，鋰離子電池是由三元正極材料、復合負極極片、功能性電解液及其陶瓷隔膜組成，其復合負極極片是由負極活性物質層及其涂敷在表面的涂覆層組成，其涂覆層是由：鋰鹽、功能性物質、導電高分子、聚合物組成，其制備過程為：首先將（5～10）份的聚合物溶于有機溶劑中，攪拌均勻后，并在（0～4）℃的低溫條件下添加（1～3）份導電高分子單質，之后再添加（60～80）份的功能性物質并超聲分散均勻后，再添加（5～10）份鋰鹽，并攪拌均勻得到混合溶液；2）之后采用電化學沉積法，以石墨負極極片為工作電極、鉑電極為對電極，在其負極極片表面沉積涂覆層，之后采用0.1mol/L的碳酸甲乙酯清洗表面，干燥最后得到高致密度的復合負極極片。2.根據權利要求1所述的一種高安全性鋰離子電池及其制備方法，其特征在于，所述的鋰鹽為偏鋁酸鋰、鋯酸鋰、鈮酸鋰、鉬酸鋰、鉭酸鋰和鎢酸鋰中的一種。3.根據權利要求1所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃國林，王建琴，
申請(專利權)人：江蘇元景鋰粉工業有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32