一種鋰離子電池及其製備方法
2023-05-06 14:19:06
專利名稱：一種鋰離子電池及其製備方法
一種鋰離子電池及其製備方法
技術領域：
本發明涉及電池領域，尤其涉及一種鋰離子電池及其製備方法。
背景技術：
隨著信息、材料和能源技術的進步，鋰離子電池以其高比能量、長循環壽命、無記憶效應、安全可靠以及能快速充放電等優點而成為新型電源技術研究的熱點。鋰離子電池除廣泛用於日常熟知的手機、筆記本電腦以及其他數碼電子產品之外，電動車的發展也將帶動鋰離子電池的更大需求，且在航空航天、航海、人造衛星、小型醫療、軍用通信設備等領域中也得到了應用，逐步代替傳統電池。電池隔膜是指在鋰離子電池正極與負極中間的聚合物隔膜，是鋰離子電池最關鍵的部分，對電池安全性和成本有直接影響。其主要作用有隔離正、負極並使電池內的電子不能自由穿過；讓電解質液中的離子在正負極間自由通過。鋰離子傳導能力直接關係到鋰離子電池的整體性能，電池隔膜的隔離正負極的作用使電池在過度充電或者溫度升高的情況下能限制電流的升高，防止電池短路引起爆炸，對電池使用者和設備起到安全保護的作用。普通電池隔膜的共同特點是材料均為有機聚合物材料，這些材料容易在電池短路或其它異常情況下升溫而造成有機材料的融化甚至碳化，從而最終使正負極極體接觸而短路甚至爆炸。
發明內容基於此，有必要提供一種安全性能較好的鋰離子電池。此外，還有必要提供一種安全性能較好的鋰離子電池的製備方法一種鋰離子電池，包括正極片、負極片及電解液，其中正極片或負極片上具有無機粉體材料複合物的塗層。在優選實施例中，無機粉體材料複合物各組份按質量百分比包括，88% 95%的無機粉體材料，5% 12%的粘結劑及分散劑。在優選實施例中，所述塗層的孔隙率大於40%。在優選實施例中，無機粉體材料為粒徑在500nm 8n m的納米級無機金屬氧化物或多孔結構粉體材料。在優選實施例中，無機粉體材料包括三氧化二鋁、沸石、氧化鋰、氧化鈦或二氧化矽中的一種及幾種混合物。一種鋰離子電池的製備方法，包括以下步驟，製備混合溶液，通過有機溶劑及純淨水溶解無機粉體材料、粘結劑及分散劑，得到混合溶液；其中，無機粉體材料複合物各組份按質量百分比包括，88 % 95 %的無機粉體材料，5% 12%的粘結劑及分散劑；製備漿液，將所述混合溶液通過轉速為2800RPM的高速剪切分散機或沙磨分散機製成粘度為200cp 1600cp的漿液；製備塗層，將上述漿料通過塗布方法複合在正極片或負極片上表面形成塗覆層，將所述塗覆層烘乾得到塗層；電池的組裝，電池的組裝，將正極片與負極片，電解液組裝成電池，其中所述正極片或負極片中至少一個極片上具有無機粉體材料複合物的塗層。優選實施例中，鋰離子電池正極片的活性物質為磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料、鈷酸鋰中的一種或幾種，集流體為鋁箔。在優選實施例中,所述無機粉體材料為粒徑在500nm 8 ii m的納米級無機金屬氧化物或多孔結構粉體材料。在優選實施例中，所述無機粉體材料包括三氧化二鋁、沸石、氧化鋰、氧化鈦或二氧化矽中的一種及幾種混合物。在優選實施例中，所述塗覆層的厚度為10iim 40iim。
在優選實施例中，所述塗層的孔隙率大於40%。該鋰離子電池中的電極極片上的塗層替代通常意義上的電池隔膜，具備無機粉體材料複合物的塗層的電極極片可以無需隔膜的存在下直接組合成電池，防止電池在短路、熱失效等條件下隔膜的融化導致正負極直接短路而造成更嚴重的安全隱患，增加電池的安全性能。
圖1為本發明製備的鋰離子電池的製備流程圖；圖2為一實施方式製備的電池的熱箱測試結果。
具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對鋰離子電池及其製備方法進一步闡明。一種鋰離子電池，包括正極片、負極片及電解液，其中正極片或負極片上具有無機粉體材料複合物的塗層。優選實施例中，無機粉體材料複合物各組份按質量百分比包括,88% 95%的無機粉體材料，5% 12%的粘結劑及分散劑。優選實施例中，所述塗層的孔隙率大於40%。優選實施例中，無機粉體材料為粒徑在500nm 8 ii m的納米級無機金屬氧化物或多孔結構粉體材料。優選實施例中，無機粉體材料包括三氧化二鋁、沸石、氧化鋰、氧化鈦或二氧化矽中的一種及幾種混合物。優選實施例中，粘結劑及分散劑包括PVDF、CMC、SBR等，溶劑選用純淨水或NMP。一種鋰離子電池的製備方法，包括以下步驟，S01、製備混合溶液。通過有機溶劑及純淨水溶解無機粉體材料、粘結劑及分散劑，得到混合溶液；其中，無機粉體材料複合物各組份按質量百分比包括，88 % 95 %的無機粉體材料，5% 12%的粘結劑及分散劑；
S02、製備漿液。將所述混合溶液通過轉速為2800RPM的高速剪切分散機或沙磨分散機製成粘度為200cp 1600cp的漿液；S03、製備塗層。將上述漿料通過塗布方法複合在正極片或負極片上表面形成塗覆層，將所述塗覆層烘乾得到塗層；S04、電池的組裝。電池的組裝，將正極片與負極片，電解液組裝成電池，其中所述正極片或負極片中至少一個極片上具有無機粉體材料複合物的塗層。優選實施例中，鋰離子電池不含有隔膜。優選實施例中，鋰離子電池正極片的活性物質為磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料、鈷酸鋰中的一種或幾種，集流體為鋁箔。
鋰離子電池負極片的活性物質為人造石墨、天然石墨或碳微球，集流體為銅箔。優選實施例中，塗布方法包括噴塗、印刷、擠壓式或轉移式等本領域內常用的方法。該鋰離子電池中的電極極片上的塗層替代通常意義上的電池隔膜，具備無機粉體材料複合物的塗層的電極極片可以無需隔膜紙的存在下直接組合成電池，防止電池在短路、熱失效等條件下隔膜的融化導致正負極直接短路而造成更嚴重的安全隱患，增加電池的安全性能下面為具體實施例。實施例1步驟S11、製備混合溶液。用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為溶劑將固體質量百分比為12%的PVDF溶解攪拌分散後繼續添加88%的氣相法SiO2粉體。步驟S12、製備漿液。將SI I中的混合溶液經過2800rpm的高速剪切分散製成粘度約1400cp的漿液。步驟S13、製備塗層。將漿液通過轉移式塗布方式複合在以銅箔為集流體，以球形石墨為活性物質的負極片表面，得到塗覆層，塗覆層厚度為24pm，經過烘乾得到具備塗層的負極片。通過重量法測定該電極片孔隙率為52%，孔徑測試儀測得孔徑為140nm。步驟S14、組裝電池。將上述製作的帶有塗層的負極片與以磷酸鐵鋰作為活性物質的正極片通過疊片的方式組裝成電池，注入1. 2mol/L的LiPF6作為鋰鹽，以碳酸甲乙酯碳酸乙烯酯碳酸二乙酯=1 5 4的比例混合成為溶劑的電解液。經過封裝、預充形成電池。實施例2步驟S21、製備混合溶液。用純淨水作為溶劑將固體質量百分比為3%的粘結劑CMC羧甲基纖維素鈉、5%丁苯橡膠SBR溶解攪拌分散後繼續添加92%的AI2O3粉體。步驟S22、製備漿液。將S21中的混合溶液，經過沙磨分散製成粘度約800cp的漿液。步驟S23、製備塗層。將漿液通過凹版印刷塗布方式複合在以鋁箔為集流體，以磷酸鐵鋰為活性物質的正極片表面，得到塗覆層，塗覆層厚度為15 ym，經過烘乾得到具備塗層的負極片。通過重量法測定該電極片孔隙率為44%，孔徑測試儀測得孔徑為85nm。步驟S24、組裝電池。將上述製作的帶有塗層的正極片與以石墨作為活性物質的負極片通過疊片的方式組裝成電池，注入1. 2mol/L的LiPFJt為鋰鹽，以碳酸甲乙酯碳酸乙烯酯碳酸二乙酯=1 : 5 : 4的比例混合成為溶劑的電解液。經過封裝、預充形成電池。實施例3步驟S31、製備混合溶液。用NMP作為溶劑將固體質量百分比為6%的PVDF溶解攪拌分散後繼續添加94%的多孔納米沸石。步驟S32、製備漿液。將S31中的混合溶液經過2800rpm的高速剪切分散製成粘度約lOOOcp的漿液。步驟S33、製備塗層。將漿液通過轉移式塗布方式複合在以鋁箔為集流體，以石墨CMB為活性物質的負極片表面，得到塗覆層，塗覆層厚度為30 ym，經過烘乾得到具備塗層的負極片。通過重量法測定該電極片孔隙率為60%，孔徑測試儀測得孔徑為125nm。步驟S34、組 裝電池。將上述製作的帶有塗層的負極片與以磷酸鐵鋰作為活性物質的正極片通過疊片的方式組裝成電池，注入1. 2mol/L的LiPF6作為鋰鹽，以碳酸甲乙酯碳酸乙烯酯碳酸二乙酯=1 5 4的比例混合成為溶劑的電解液。經過封裝、預充形成電池。表2實施所制極片與相應的無隔膜層極片組合成電池測試電池電性能，其相對於理論容量的放電比例如下
權利要求
1.ー種鋰離子電池，包括正極片、負極片及電解液，其特徵在於所述正極片或負極片上具有無機粉體材料複合物的塗層。
2.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特徵在於所述無機粉體材料複合物各組份按質量百分比包括，88% 95%的無機粉體材料，5% 12%的粘結劑及分散劑。
3.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特徵在於所述塗層的孔隙率大於40%。
4.如權利要求2所述的鋰離子電池，其特徵在於所述無機粉體材料為粒徑在500nm 8 y m的納米級無機金屬氧化物或多孔結構粉體材料。
5.如權利要求4所述的鋰離子電池，其特徵在於所述無機粉體材料包括三氧化ニ鋁、沸石、氧化鋰、氧化鈦或ニ氧化矽中的ー種及幾種混合物。
6.一種鋰離子電池的製備方法，包括以下步驟， 製備混合溶液，通過有機溶劑及純浄水溶解無機粉體材料、粘結劑及分散劑，得到混合溶液；其中，所述無機粉體材料複合物各組份按質量百分比包括，88 % 95 %的無機粉體材料，5% 12%的粘結劑及分散劑； 製備漿液，將所述混合溶液通過轉速為2800RPM的高速剪切分散機或沙磨分散機製成粘度為200cp 1600cp的漿液； 製備塗層，將上述漿料通過塗布方法複合在正極片或負極片上表面形成塗覆層，將所述塗覆層烘乾得到塗層； 電池的組裝，將正極片與負極片，電解液組裝成電池，其中所述正極片或負極片中至少一個極片上具有無機粉體材料複合物的塗層。
7.如權利要求6所述的鋰離子電池的製備方法，其特徵在於所述無機粉體材料為粒徑在500nm 8 y m的納米級無機金屬氧化物或多孔結構粉體材料。
8.如權利要求7所述的鋰離子電池的製備方法，其特徵在於所述無機粉體材料包括三氧化ニ鋁、沸石、氧化鋰、氧化鈦或ニ氧化矽中的ー種及幾種混合物。
9.如權利要求6所述的鋰離子電池的製備方法，其特徵在幹所述塗覆層的厚度為10μm 40μm。
10.如權利要求6所述的鋰離子電池的製備方法，其特徵在於所述塗層的孔隙率大於40%。
全文摘要
一種鋰離子電池，包括正極片、負極片及電解液，正極片或負極片上具有無機粉體材料複合物的塗層。該鋰離子電池中的電極極片上的塗層替代通常意義上的電池隔膜，帶無機粉體材料複合物的塗層的電極極片可以無需隔膜的存在下直接組合成電池，防止電池在短路、熱失效等條件下，因隔膜的融化導致正負極直接短路而造成更嚴重的安全隱患，以此增加電池的安全性能。本發明還提供一種上述鋰離子電池的製備方法。
文檔編號H01M4/139GK103035940SQ201110299690
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者白新剛, 田啟友 申請人:深圳市比克電池有限公司, 比克國際(天津)有限公司, 比克電子(深圳)有限公司