CN104538668A - 一种具有较高安全性锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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魏俊华
陈铤
石斌
赵洪楷
万伟华
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Abstract

本发明公开了一种具有较高安全性锂离子电池，其特征在于：正极浆料的重量百分比范围：正极材料：85%～95%，正极导电剂：5%～10%，正极粘结剂：3%～8%；负极浆料的重量百分比范围：负极材料：88%～95%，负极导电剂：6%～10%，负极粘结剂：4%～8%；隔膜为聚酰亚胺隔膜。聚酰亚胺隔膜具有较高的耐温性能，能在－269℃～280℃的温度范围内长期使用，短时可达到400℃的高温。使用聚酰亚胺作为锂离子电池的隔膜，不仅使电池具有较好的倍率性能，循环性能，还能提高锂离子电池的安全性。

Description

一种具有较高安全性锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是一种基于聚酰胺亚胺隔膜的锂离子电池。
背景技术
化学电源在世界能源领域已具有举足轻重的地位，其中锂离子二次电池由于具有电压高、体积小、能量密度大、循环性能好、自放电效率低、无记忆效应等优点，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、便携式摄像机、电动工具、非便携式的医疗器具（如电子起搏器）中，同时也逐渐运用到军事、太空等方面。
锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜组成。隔膜作为锂离子电池的一个重要的组成部分，其主要作用是将电池的正、负极隔开，防止两极直接接触而发生短路；此外，还应具有使离子自由通过的功能。目前作为锂离子电池隔膜材料的主流产品是以美国Celgard和日本UBE为代表的经双向精密拉伸的聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)微孔薄膜和聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)三层微孔复合膜，孔隙率在40%左右，厚度25～40μm。然而，聚烯烃隔膜的安全性较差，在电池温度超过70℃，隔膜微孔就会关闭，影响电池的正常工作，当电池温度超过150℃时，隔膜会熔化，造成正负极片直接接触从而导致电池短路，可能引起起火或者***，会导致严重安全性问题。
聚酰亚胺隔膜（简称PI隔膜）由均苯四甲酸二酐(PMDA)和二胺基二苯醚(DDE)在强极性溶剂中经缩聚并流延成膜再经亚胺化而成。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种高安全性能的锂离子电池，克服现有的锂离子电池安全性差的问题。
本发明的技术方案是：一种具有较高安全性锂离子电池，正极浆料的重量百分比范围：正极材料：85%～95%，正极导电剂：5%～10%，正极粘结剂：3%～8%；负极浆料的重量百分比范围：负极材料：88%～95%，负极导电剂：6%～10%，负极粘结剂：4%～8%；隔膜为聚酰亚胺隔膜。
所述的隔膜厚度为20～40                                                。
正极材料为钴酸锂，正极导电剂为碳黑、石墨、碳纳米管、乙炔黑中的一种或几种，正极粘结剂为PVDF。
负极材料为天然石墨、中间相炭微球、聚合物炭中的一种或几种混合物，负极导电剂为碳黑、石墨、碳纳米管、乙炔黑中的一种或几种混合物；负极粘结剂为羧甲基纤维素钠、SBR橡胶中的一种或几种混合物。
一种具有较高安全性锂离子电池的制备方法，正极材料、正极粘结剂与正极导电剂混合成料浆后，在金属集流体上采用双面涂覆工艺，涂布温度为90～145℃，涂布速度：1～3m/min，极片干燥后，经辊压后形成厚度为100～150μm的极片，压实密度3.0～3.8g/cm3，上述正极片与盖板接触；负极材料、负极粘结剂与负极导电剂混合成料浆后，在金属集流体上采用双面涂覆工艺，涂布温度为90～145℃，涂布速度：1～3m/min，极片干燥后，经辊压后形成厚度为90～130μm的极片，压实密度1.2～1.7g/cm3，上述负极片与壳体接触；电池负极、隔膜和正极进行卷绕，将卷绕成长方形的电池芯用绝缘的包覆膜包覆，***电池壳体，正极铝极耳与电池铝盖板接触，负极镍极耳与电池壳体接触，向电池壳体内注入电解质溶液。
所述电解液由电解质和溶剂组成，其中电解质为六氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂、高氯酸锂中的一种或几种；溶剂是碳酸二甲脂、碳酸乙烯脂、碳酸丙烯脂中的一种或几种。
本发明的有益效果：
1. 使用的原材料和普通锂离子电池相同，不会增加额外的成本。
2.本发明工艺简单、容易控制和操作，安全性和稳定性好，易实现工业化规模生产。
3.本发明电池具有良好的电化学性能和加工性能。
4.本发明电池结构稳定，与电解液相容性较好，具有良好的循环使用性。
5.锂离子电池具有较高的安全性，适用于对电池要求性高的领域，具有广阔的应用前景。
聚酰亚胺隔膜具有优良的耐高低温性、电气绝缘性、粘结性、耐辐射性、耐介质性，能在－269～280℃的温度范围内长期使用，短时可达到400℃的高温。20℃时拉伸强度为200MPa，200℃时大于100MPa。因此，用PI隔膜做锂电池的隔膜，在电池温度较高时，不会发生隔膜的收缩损坏，从而可以提高锂离子电池的安全性。本发明所生产的锂离子电池具有较高的安全性，
可以广泛应用于对安全性要求较高的领域，包括电动汽车、电动摩托车、电动自行车、电动玩具、数码相机、摄像机、笔记本电脑、移动电话、智能芯片等在内的各种用电器。
附图说明
图1为本发明的锂离子电池的外形图；
图2为本发明的锂离子电池的倍率放电曲线；
图3为本发明的锂离子电池的循环曲线；
图4为本发明的锂离子电池的温度—电压曲线。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：
如附图1所示，本发明它包括正极片1、负极片2，隔膜3、包覆膜4、壳体5、正极铝极耳6，盖板7、负极镍极耳8。将正极片、负极片、隔膜卷绕成电芯，并用胶带粘好，将粘好胶带的电池芯沿长边装入金属电池壳5中，包覆膜将电芯进行包覆，和金属壳体5绝缘，将电芯的正极铝极耳与盖板焊接，负极镍极耳与壳体焊接，采用激光焊将金属壳体与盖板焊接，焊接完后加注电解液、化成，得到具有高安全性的锂离子电池。
实施例1
1.钴酸锂( 91.5% )、导电炭黑((3%)、碳纳米管(2%)、PVDF(3.5%)混合研磨、烘干预混、制成正极粉末。将混好的正极粉末与丙烯酸类聚合物((5%)的去离子水混合，制成浆料，粘度在7000～9000mPaS之间，将浆料涂覆于铝箔的两面，在130℃下干燥后，辊压，经辊压后形成厚度为125μm的极片，其压实密度为3.5g/cm3，得到正极极片。
2.天然石墨(93%)、导电碳黑(3%)与含有羧甲基纤维素纳(1.5%)、丁苯橡胶(2.5%)粘结剂的去离子水混合，制成浆料，粘度在3500～5000mPaS之间，将浆料均匀地涂覆于铜箔的两面，在120℃下干燥后，辊压，经辊压后形成厚度为105μm的极片，其压实密度为1.5g/cm3，得到负极片。将上述正、负极片进行裁减。
3.电池极片具体尺寸如下：
正极极片尺寸(mm)：600×55×0.125
负极极片尺寸(mm)：640×57×0.105
隔膜尺寸(mm )：1650×61×0.025
4.将负极、隔膜、正极、卷绕成长方形电芯，将该电池经过极耳焊接后在90℃真空干燥24小时，其中正极铝极耳与电池铝盖板接触，负极镍极耳与电池壳体接触。
5.在干燥房中加入电解液，注入电解液为1mol/L LiPF6/EC+DMC+EMC(体积比1:1:1)、体积为17ml。
6.电池经45℃，24h老化后，进行化成，化成后进行倍率试验，循环试验，安全性试验。
7.电池进行针刺时，电池安全阀冲开，电池温度上升，最高达到312℃，电池不燃烧，不***。
如附图2所示，实施例1制备锂离子电池的倍率放电曲线；
如附图3所示，实施例1制备锂离子电池的循环曲线；
如附图4所示，实施例1制备锂离子电池的温度—电压曲线。

Claims (6)

1.一种具有较高安全性锂离子电池，其特征在于：正极浆料的重量百分比范围：正极材料：85%～95%，正极导电剂：5%～10%，正极粘结剂：3%～8%；负极浆料的重量百分比范围：负极材料：88%～95%，负极导电剂：6%～10%，负极粘结剂：4%～8%；隔膜为聚酰亚胺隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种具有较高安全性锂离子电池，其特征在于：所述的隔膜厚度为20～40 。
3.根据权利要求1所述的一种具有较高安全性锂离子电池，其特征在于：正极材料为钴酸锂，正极导电剂为碳黑、石墨、碳纳米管、乙炔黑中的一种或几种，正极粘结剂为PVDF。
4.根据权利要求1所述的一种具有较高安全性锂离子电池，其特征在于：负极材料为天然石墨、中间相炭微球、聚合物炭中的一种或几种混合物，负极导电剂为碳黑、石墨、碳纳米管、乙炔黑中的一种或几种混合物；负极粘结剂为羧甲基纤维素钠、SBR橡胶中的一种或几种混合物。
5.如权利要求1-4之一所述的一种具有较高安全性锂离子电池的制备方法，其特征在于：正极材料、正极粘结剂与正极导电剂混合成料浆后，在金属集流体上采用双面涂覆工艺，涂布温度为90～145℃，涂布速度：1～3m/min，极片干燥后，经辊压后形成厚度为100～150μm的极片，压实密度3.0～3.8g/cm3，上述正极片与盖板接触；负极材料、负极粘结剂与负极导电剂混合成料浆后，在金属集流体上采用双面涂覆工艺，涂布温度为90～145℃，涂布速度：1～3m/min，极片干燥后，经辊压后形成厚度为90～130μm的极片，压实密度1.2～1.7g/cm3，上述负极片与壳体接触；电池负极、隔膜和正极进行卷绕，将卷绕成长方形的电池芯用绝缘的包覆膜包覆，***电池壳体，正极铝极耳与电池铝盖板接触，负极镍极耳与电池壳体接触，向电池壳体内注入电解质溶液。
6.根据权利要求5所述的一种具有较高安全性锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述电解液由电解质和溶剂组成，其中电解质为六氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂、高氯酸锂中的一种或几种；溶剂是碳酸二甲脂、碳酸乙烯脂、碳酸丙烯脂中的一种或几种。
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