一種內部氧氣自吸收安全鋰電池制造技術

本發明專利技術提供了一種內部氧氣自吸收安全鋰電池，該鋰電池包括正極片、負極片；所述的正極片由包括如下重量份數的原料制成：正極活性材料90?97份，正極導電劑0.5?4份，正極粘結劑0.5?3份，正極溶劑15?70份；所述的正極片還包括氧氣吸收添加劑，所述的氧氣吸收添加劑的添加量為正極活性材料、正極導電劑與正極粘結劑的總量的0.01?10％。本發明專利技術所述的內部氧氣自吸收安全鋰電池在均勻混合在正極材料中的氧氣吸收添加劑，當正極活性材料發生高溫下分解并釋放氧氣時，可以快速捕捉周圍氧氣，降低鋰電池熱失控時內部的氧氣濃度，使鋰電池無法滿足起火條件，避免鋰電池熱失控起火。

【技術實現步驟摘要】
一種內部氧氣自吸收安全鋰電池
本專利技術屬于鋰電池領域，尤其是涉及一種內部氧氣自吸收安全鋰電池。
技術介紹
新能源汽車市場快速發展，鋰電池得到大量的應用。隨著新能源汽車的推廣，人們對新能源汽車提出了更高續航里程要求。為了能滿足高續航要求，就需要提高電池的能量密度。目前主要的技術路線是通過高鎳、高電壓正極材料、硅負極材料等，而正極材料的高克容量提升，同時帶來的問題就是熱穩定下降。產生的問題就是高能量密度電池安全性下降。經驗證鋰電池的熱失控起火，一般是在100-200℃首先負極熱失控放熱，該熱量進一步對正極加熱，當溫度達到正極分解溫度時，正極發生分解放熱并釋放氧氣，此時電芯內部滿足起火的三個條件，1、可燃物(正負極、電解液、隔膜)；2、助燃物(正極分解釋放的氧氣)；3、達到著火點(鋰電池體系熱失控放出的熱量)。最終引發造成電芯起火。目前，鋰電池安全設計主要從體系設計方面提高，一般通過使用熱穩定性更高的正負極材料、具有阻燃功能的電解液、高熔點隔膜、陶瓷涂層隔膜、負極陶瓷表面涂覆、正極極耳陶瓷涂覆、PTC添加劑等。而以上安全措施主要作用是避免電池熱失控的發生或降低熱失控發生時的放熱量，以避免電池達到著火點。但是如果有外部熱源持續對電芯進行加熱，鋰電池最終也會觸發熱失控起火。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術旨在提出一種內部氧氣自吸收安全鋰電池，可以快速捕捉周圍氧氣，降低鋰電池熱失控時內部的氧氣濃度。為達到上述目的，本專利技術的技術方案是這樣實現的：一種內部氧氣自吸收安全鋰電池，該鋰電池包括正極片、負極片；所述的正極片由包括如下重量份數的原料制成：所述的正極片還包括氧氣吸收添加劑，所述的氧氣吸收添加劑的添加量為正極活性材料、正極導電劑與正極粘結劑的總量的0.01-10％；所述的氧氣吸收添加劑為硅鋁酸鹽、沸石、活性炭、炭黑或分子篩中的一種。進一步，所述的氧氣吸收添加劑的孔徑為0.2-10nm；所述的氧氣吸收添加劑的尺寸為1-5mm。進一步，所述的正極活性材料為鋰過渡金屬復合氧化物；所述的鋰過渡金屬復合氧化物為LiMxOy或LiMxPO4中的至少一種，其中，M為一種或幾種過渡金屬的組合，0≤x≤3，0≤y≤4；所述的鋰過渡金屬復合氧化物為LiMn2O4、LiNiO2、LiCoO2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiFePO4或LiVPO4中的至少一種。進一步，所述的正極導電劑為炭黑、碳納米管、石墨烯或導電石墨中的一種或多種組合；所述的正極粘結劑為聚偏氟乙烯(PVDF)；所述的正極溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)。進一步，所述的負極片由包括如下重量份數的原料制成：進一步，所述的負極活性材料為鋰合金、碳、石油焦、活性炭、石墨、碳纖維、硅或碳納米管中的至少一種；所述的負極導電劑為炭黑、碳納米管、石墨烯或導電石墨中的至少一種；所述的負極粘結劑為CMC與SBR的組合；所述的負極溶劑為去離子水。進一步，所述的鋰電池還包括膜結構，所述的膜結構為以聚烯烴、聚丙烯或PET中的一種為基底，以陶瓷或勃姆石為涂層的微孔隔膜；所述的膜結構的厚度為6-30um，孔隙率為25-65％，透氣度為100-1000sec/100cc。進一步，所述的鋰電池還包括電解液，所述電解液由包括如下重量份數的原料制成：電解液溶劑75-90份，電解液鋰鹽8-20份，成膜添加劑0.2-10份。進一步，所述的電解液溶劑為碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯、ɑ-丁內酯、ɑ-戊內酯、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、二乙氧基乙烷或1,3-二氧戊烷中的至少一種；所述的電解液鋰鹽為LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiN(CF3SO2)2、Li(CF3SO2)3中的至少一種；所述的成膜添加劑為酸亞乙烯酯(VC)或亞硫酸丙烯酯(PS)中的至少一種。進一步，所述的正極片的正極金屬集流體為鋁箔；所述的負極片的負極金屬集流體為銅箔。所述的正極片的制備方法，包括如下步驟：(1)將正極粘結劑溶于第一部分的正極溶劑中攪拌均勻，直至正極粘結劑全部溶解，制成正極膠液；(2)將第二部分的正極溶劑、正極導電劑與氧氣吸收添加劑攪拌均勻；(3)向其中加入制備好的50％的正極膠液攪拌均勻；(4)加入正極活性材料攪拌均勻；(5)加入剩余50％正極膠液攪拌均勻制成正極漿料。(6)將正極漿料進行涂布、烘烤、碾壓、沖切、焊接步驟即得；所述的第一部分的正極溶劑與第二部分的正極溶劑的之和為總的正極溶劑的加入量。所述的負極片的制備方法，包括如下步驟：(1)將負極粘結劑溶于第一部分的負極溶劑中攪拌均勻，直至負極粘結劑全部溶解，制成負極膠液；(2)將第二部分的負極溶劑、負極導電劑、負極膠液攪拌均勻，制成負極漿料；(3)將負極漿料進行涂布、烘烤、碾壓、沖切、焊接步驟即得；所述的第一部分的負極溶劑與第二部分的負極溶劑的之和為總的負極溶劑的加入量。電池制作：將制備好的正極片、負極片和隔膜Z字形疊片制成電芯，封裝在鋁塑包裝袋內，經85℃真空烘烤15小時。注液、真空封口。將注液后的電池常溫靜置24小時，然后進行高溫夾具預充、高溫老化48h、Degas、常溫老化14天、分容、挑選。在鋰電池正極中加入氧氣吸收添加劑，當正極高溫分解釋放氧氣時，會被混入正極的氧氣吸收添加劑快速吸收。使起火條件中第二個助燃物的條件無法得到滿足，此時鋰電池雖然會發生熱失控放熱，但是由于氧氣不足而不會起火，單純熱失控放出的熱量遠低于熱失控起火的危害。氧氣吸收添加劑在正極勻漿階段加入，在涂布、碾壓、烘烤、裝配階段，該氧氣吸收添加劑會吸收空氣中的氧氣達到飽和。當電芯完成裝配，進行Degas工序時，氧氣吸收添加劑吸收的氧氣會再次脫出，被趕入鋰電池氣袋中，然后排出。此時氧氣吸收添加劑再次具備良好的吸收氧氣功能保護鋰電池，在熱失控時及時吸收正極活性材料釋放的氧氣，使鋰電池不發生起火。氧氣吸收添加劑在結構上有許多孔徑均勻的孔道和排列整齊的孔穴，具備吸附能力。不同孔徑的材料，針對性吸附分子動力學直徑小于該孔徑尺寸的分子。具備較強極性，能吸附含極性基團的分子。我們生產生活和科學研究中能夠接觸到各種材料，其中除了鋼鐵、玻璃等少數密實材料外,絕大多數材料在內部都有一些孔道存在，這些孔道在不同的學科上有不同的叫法，所代表的意義也不一樣。在多孔材料的研究中，孔指的是材料中的開孔和閉孔。其中，與外界連通的空腔和孔道稱為開孔，不與外界連通的稱為閉孔。與之相關聯的概念如：孔徑、孔容、孔分布、孔體積等，這些孔占據的的體積可能比材料的物質組成本身還要大，形態各異，直徑也各不相同。這些孔的喉道的大小、分布的不同及各種各樣的幾何形狀，使得材料的物理性質各不相同，從而產生了不同的用處。孔隙越發達、孔形態越復雜，會使得材料內部的比表面積越大。以活性炭舉例，通過KOH活化制備的竹活性炭，其比表面積最大可以達到2752m2/g,也就是說，1克活性炭所包含的比表面積，幾乎可以達到一個標準足球場的面積。由于分子間引力(主要是范德華力)的存在，通過材料中的孔的氣體分子會被材料內部孔表面的分子所吸引，即發生吸附。當材料的比表面積越大，通過其孔的氣體與材料的接觸面積也就越大，能夠容納的氣體分子就會越多。而且當孔形態比較復雜時，尤其是當氣體分子本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種內部氧氣自吸收安全鋰電池，其特征在于：該鋰電池包括正極片、負極片；所述的正極片由包括如下重量份數的原料制成：

【技術特征摘要】
1.一種內部氧氣自吸收安全鋰電池，其特征在于：該鋰電池包括正極片、負極片；所述的正極片由包括如下重量份數的原料制成：所述的正極片還包括氧氣吸收添加劑，所述的氧氣吸收添加劑的添加量為正極活性材料、正極導電劑與正極粘結劑的總量的0.01-10％；所述的氧氣吸收添加劑為硅鋁酸鹽、沸石、活性炭、炭黑或分子篩中的一種。2.根據權利要求1所述的內部氧氣自吸收安全鋰電池，其特征在于：所述的氧氣吸收添加劑的孔徑為0.2-10nm；所述的氧氣吸收添加劑的尺寸為1-5mm。3.根據權利要求1所述的內部氧氣自吸收安全鋰電池，其特征在于：所述的正極活性材料為鋰過渡金屬復合氧化物；所述的鋰過渡金屬復合氧化物為LiMxOy或LiMxPO4中的至少一種，其中，M為一種或幾種過渡金屬的組合，0≤x≤3，0≤y≤4；所述的鋰過渡金屬復合氧化物為LiMn2O4、LiNiO2、LiCoO2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiFePO4或LiVPO4中的至少一種。4.根據權利要求1所述的內部氧氣自吸收安全鋰電池，其特征在于：所述的正極導電劑為炭黑、碳納米管、石墨烯或導電石墨中的一種或多種組合；所述的正極粘結劑為PVDF；所述的正極溶劑為NMP。5.根據權利要求1所述的內部氧氣自吸收安全鋰電池，其特征在于：所述的負極片由包括如下重量份數的原料制成：6.根據權利要求5所述的內部氧氣自吸收安全鋰電池，其特征在于：所述的負極活性材料...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李天龍，高秀玲，王馳偉，
申請(專利權)人：天津市捷威動力工業有限公司，
類型：發明
國別省市：天津,12