CN103059613A - 一种锂离子电池安全涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池安全涂层。一种锂离子电池安全涂层，所述锂离子电池安全涂层使用的材料为碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐中的一种或几种的混合,化学通式为MX(OH)y，MX(CO3)y，MX(HCO3)y，M为碱金属。本发明提供的锂离子电池安全涂层具有受热分解吸热、晶体结构变化或者粉化和释放出水或者二氧化碳的功能，可以在电池过热的状态下降低电池温度，在电池过热的情况下阻止充放电的进行，减少短路或者过充状态时的电流，提高电池的安全性，具有重要的实践意义。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池，特别是涉及一种锂离子电池安全涂层及其制备方法。
背景技术
随着锂离子电池在电子消费品，电动自行车，电动汽车，储能领域的广泛应用，锂离子电池的安全性受到更多、更广泛的重视。为了提升锂离子电池的安全性，目前研究最多的就是安全涂层，即在电池的正极，负极或者隔膜表面涂覆一层绝缘物，例如氧化锆、氧化铝、氧化硅、氧化钛、氮化硅、氮化硼、氮化铝，其中氧化铝的应用最为广泛。
现有技术可以有效地减少电池的内部短路，但是无法解决电池大面积内部短路，过充引起的电池最终热量失控***、着火的情况。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中存在的问题，提供一种锂离子电池安全涂层及其制备方法，更有效地改善电池在极端情况下的安全性能。
为此，本发明提供一种锂离子电池安全涂层,所述锂离子电池安全涂层使用的材料为碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐中的一种或几种的混合，化学通式为MX(OH)y，MX(CO3)y，MX(HCO3)y， M为碱金属。
优选的，所述锂离子电池安全涂层使用的材料为氢氧化铝，氢氧化钙，氢氧化锆，氢氧化钛，羟基氧化铝，氢氧化镁，碳酸钙，碳酸镁，碳酸氢钙，碳酸氢镁中的一种或者几种的混合。
一种制备所述锂离子电池安全涂层的方法，将所述的锂离子电池安全涂层材料10%-40%（重量比）、溶剂50%-90%（重量比）、粘结剂0.01%-0.1%（重量比）混合，使用高速分散机或者球磨机混合均匀，粘度在100mPa.s-1500mPa.s 范围内；使用辊涂、凹版印刷或者喷涂的方式涂在碾压后的正极正反面、碾压后的负极正反面、隔膜单面上；然后过烘箱将溶剂烘干，将带有涂层的极片或者隔膜进行装配，制作成电池。
优选的，所述溶剂是水、NMP、丙酮中的一种。
优选的，所述粘结剂为SBR、丙烯酸酯、环氧树脂、聚氨酯、PVDF（聚偏二氟乙烯）中的一种或者几种混合。
优选的，所述溶剂的重量比为65%。
优选的，所述单面涂层的厚度为2μm-20μm。
由以上本发明提供的技术方案可见，本发明具有以下技术效果：
本发明提供的锂离子电池安全涂层采用碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐和碱金属碳酸氢盐，涂层材料除了具有耐热绝缘作用，还有受热分解吸热、晶体结构变化或者粉化和释放出水或者二氧化碳的功能。
（1）受热分解吸热的功能，可以在电池过热的状态下降低电池温度的作用。
（2）晶体结构的变化可以阻塞减少离子通道，在电池过热的情况下阻止充放电的进行，减少短路或者过充状态时的电流，提高电池的安全性。
（3）释放出水和二氧化碳可以使电池在过热状态下膨胀，内阻极化增加，减少短路或者过充状态时的电流。
（4）本发明的应用成本较现有技术低。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面对本发明作进一步的详细说明：
本发明提供一种锂离子电池安全涂层,所述锂离子电池安全涂层使用的材料为碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐中的一种或几种的混合, 化学通式为MX(OH)y，MX(CO3)y，MX(HCO3)y， M为碱金属。
优选的，所述锂离子电池安全涂层使用的材料为氢氧化铝，氢氧化钙，氢氧化锆，氢氧化钛，羟基氧化铝，氢氧化镁，碳酸钙，碳酸镁，碳酸氢钙，碳酸氢镁中的一种或者几种的混合。
一种制备所述锂离子电池安全涂层的方法，将所述的锂离子电池安全涂层材料10%-40%（重量比）、溶剂50%-90%（重量比）、粘结剂0.01%-0.1%（重量比）混合，使用高速分散机或者球磨机混合均匀，粘度在100mPa.s-1500mPa.s 范围内；使用辊涂、凹版印刷或者喷涂的方式涂在碾压后的正极正反面、碾压后的负极正反面、隔膜单面上；然后过烘箱将溶剂烘干，将带有涂层的极片或者隔膜进行装配，制作成电池。
优选的，所述溶剂是水、NMP、丙酮中的一种。
优选的，所述粘结剂为SBR、丙烯酸酯、环氧树脂、聚氨酯、PVDF（聚偏二氟乙烯）中的一种或者几种混合。
优选的，所述溶剂的重量比为65%。
优选的，所述单面涂层的厚度为2μm-20μm。
下面将通过实施例来更详细地描述本发明：
实施例1
本发明使用的正极包括正极活性材料镍钴锰酸锂94%（重量比）、导电剂2%（重量比）、粘结剂4%（重量比）；负极包括负极活性材料人造石墨96%（重量比）、导电剂2%（重量比）、粘结剂2%（重量比）；隔膜使用三层PP/PE/PP隔膜，厚度为20μm。
电池容量5.2Ah，电解液锂盐是LiPF6，浓度1mol/L，电解液溶剂为碳酸乙烯酯（EC）：碳酸二乙酯（DEC）：碳酸甲乙酯（EMC）=1:1:1。
将羟基氧化铝（AlOOH）34.98%(重量比)、NMP65%（重量比）、PVDF0.02%（重量比）混合，使用高速分散机或者球磨机混合均匀，粘度在100mPa.s-1500mPa.s 范围内；使用辊涂、凹版印刷或者喷涂的方式涂在碾压后的负极正反面，单面涂敷厚度为10μm；然后过烘箱将溶剂烘干，将带有涂层的极片或者隔膜进行装配，制作成电池。
对比例1
将实施例1中的羟基氧化铝（AlOOH）改变为氧化铝，单面涂覆厚度为10μm，其余同实施例1。
将实施例1中的电池与对比例1中的电池分别做下表所示的安全测试，每种测试各测5个电池，对比两类电池的测试结果和电池的最高温度，直至测试结束没有出现冒烟，着火，***现象为通过测试。
通过比较可以看出，采用本发明提供的锂离子电池安全涂层的电池，安全测试结果的通过率高，测试的最高温度低，说明本发明技术较现有技术有明显的优越性。
Claims (7)
1.一种锂离子电池安全涂层，其特征在于：所述锂离子电池安全涂层使用的材料为碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐中的一种或几种的混合, 化学通式为MX(OH)y，MX(CO3)y，MX(HCO3)y， M为碱金属。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池安全涂层，其特征在于：所述锂离子电池安全涂层使用的材料为氢氧化铝，氢氧化钙，氢氧化锆，氢氧化钛，羟基氧化铝，氢氧化镁，碳酸钙，碳酸镁，碳酸氢钙，碳酸氢镁中的一种或者几种的混合。
3.一种制备权利要求1-2任意一项所述锂离子电池安全涂层的方法，其特征在于：将权利要求1-2任意一项所述的锂离子电池安全涂层材料10%-40%（重量比）、溶剂50%-90%（重量比）、粘结剂0.01%-0.1%（重量比）混合，使用高速分散机或者球磨机混合均匀，粘度在100mPa.s-1500mPa.s 范围内；使用辊涂、凹版印刷或者喷涂的方式涂在碾压后的正极正反面、碾压后的负极正反面、隔膜单面上；然后过烘箱将溶剂烘干，将带有涂层的极片或者隔膜进行装配，制作成电池。
4.根据权利要求3所述的制备锂离子电池安全涂层的方法，其特征在于：所述溶剂是水、NMP、丙酮中的一种。
5.根据权利要求3所述的制备锂离子电池安全涂层的方法，其特征在于：所述粘结剂为SBR、丙烯酸酯、环氧树脂、聚氨酯、PVDF（聚偏二氟乙烯）中的一种或者几种混合。
6.根据权利要求3所述的制备锂离子电池安全涂层的方法，其特征在于：所述溶剂的重量比为65%。
7.根据权利要求3所述的制备锂离子电池安全涂层的方法，其特征在于：所述单面涂层的厚度为2μm -20μm。
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