CN111384430B - 一种高安全聚合物三元锂动力电池的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高安全聚合物三元锂动力电池的制备方法，属于锂离子电池技术领域。本发明通过在正极集流体留白处涂AT9，防止电池在充放电过程中及针刺、挤压等极限条件下尖端放电造成的内部短路而提高电池的安全性。本发明进一步通过在负极石墨中添加5％的钛酸锂材料，充分利用钛酸锂电池在低电压平台及高安全系数的特性，特别是电池在过充电的过程中，随着电压的升高，钛酸锂材料开始不断的产生气体，保证电池在相对安全的电压下内部气体即可将防爆装置打开，进而达到安全防护作用，实现了镍钴锰酸锂聚合物动力电池的高安全性能。

Description

一种高安全聚合物三元锂动力电池的制备方法

本申请要求于2019年03月21日提交中国专利局、申请号为CN201910215579.6、发明名称为“一种高安全聚合物三元锂动力电池的制备方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是一种可以通过过充、针刺等安全测试的圆柱镍钴锰酸锂动力电池制备方法。

背景技术

镍钴锰酸锂锂离子动力电池，具有低成本、高能量密度、长循环寿命等优异性能，被广泛推广并运用于新能源汽车领域，但是三元材料锂离子动力电池安全性能较其他材料体系的差，特别是过充及针刺性能需要进一步改进才能满足安全性能要求。常见的安全性能改进方法包括电芯极片结构改进、活性材料改进和采用高安全性材料。比如在极片表面涂覆氧化铝类电子隔离、离子导通的陶瓷涂层，在三元锂离子电池制作时采用包覆工艺，或者使用具有防过充类和阻燃类添加剂的电解液等。目前，动力电池对能量密度和安全性的要求非常严格，上述常见的方法会很大程度上牺牲电池的能量密度，另外各种改善安全性材料相互搭配，如果不当，不但不能达到改善电芯安全性能的作用，而且会导致电池性能劣化。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种高安全聚合物三元锂动力电池的制备方法，通过在正极集流体留白处涂AT9，防止电池在充放电过程中及针刺、挤压等极限条件下尖端放电造成的内部短路而提高电池的安全性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高安全聚合物三元锂动力电池的制备方法，步骤如下：

a)将三元正极活性物质、导电剂和PVDF在搅拌罐中干混，然后加入NMP溶剂，用真空高速搅拌机均匀混合配制成正极浆料；

b)使用挤压、喷涂或转移涂布机将所述正极浆料均匀的涂覆在正极集流体上，在极耳留白处涂宽度为0.5～1mm的AT9，经干燥、辊压、分切、焊极耳后，形成正极极片；

c)将负极活性物质和导电剂干混，然后加入以去离子水为溶剂搅拌好的粘结剂，用真空高速搅拌机均匀混合配制成负极浆料；

d)使用挤压、喷涂或转移涂布机将所述负极浆料均匀的涂覆在负极集流体上，经干燥、辊压、分切、焊极耳后，形成负极极片；

e)制备的正、负极极片与湿法陶瓷隔膜经卷绕、入壳、底焊、滚槽、烘烤、注液、焊盖帽、封口、化成、分容，即得到聚合物镍三元锂动力电池。

优选地，所述的三元正极活性物质为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，所述AT9为粉状或液态状α-三氧化二铝，按质量比计，α-三氧化二铝：PVDF＝9：1；所述负极活性物质为人造石墨及钛酸锂的混合体，按质量比计，人造石墨：钛酸锂＝9.5：0.5。

优选地，所述的正极浆料的制备是按质量比例正极活性物质：导电剂：PVDF＝96.5：2：1.5，浆料固含量为60％，用高速真空搅拌机混合均匀，混合后浆料粘度为8000±2000mpa·s。

优选地，所述的负极浆料的制备是按质量比例负极活性物质：导电剂：粘结剂＝96：2：2，浆料固含量为40％，用高速真空搅拌机混合均匀，混合后浆料粘度为4000±2000mpa·s。

本发明与现有技术相比，所制作的锂离子电池具有优异的电化学性能和高安全性能，通过在正极集流体留白处涂AT9，防止电池在充放电过程中及针刺、挤压等极限条件下尖端放电造成的内部短路而提高电池的安全性。

进一步优选地，本发明通过在负极活性物中添加钛酸锂材料，充分利用钛酸锂材料低电压平台及高安全系数的特性，特别是电池在过充电的过程中，随着电压的升高，钛酸锂材料开始不断的产生气体，保证电池在相对安全的电压下内部气体即可将防爆装置打开，进而达到安全防护作用，能够提高电池的循环寿命；此外，钛酸锂材料具有制备简单，加工性能好，性价比高等优点。

具体实施方式

本发明提供了一种高安全聚合物三元锂动力电池的制备方法，步骤如下：

a)将三元正极活性物质、导电剂和PVDF在搅拌罐中干混，然后加入NMP溶剂，用真空高速搅拌机均匀混合配制成正极浆料；

b)使用挤压、喷涂或转移涂布机将所述正极浆料均匀的涂覆在正极集流体上，在极耳留白处涂宽度为0.5～1mm的AT9，经干燥、辊压、分切、焊极耳后，形成正极极片；

c)将负极活性物质和导电剂干混，然后加入以去离子水为溶剂搅拌好的粘结剂，用真空高速搅拌机均匀混合配制成负极浆料；

d)使用挤压、喷涂或转移涂布机将所述负极浆料均匀的涂覆在负极集流体上，经干燥、辊压、分切、焊极耳后，形成负极极片；

e)制备的正、负极极片与湿法陶瓷隔膜经卷绕、入壳、底焊、滚槽、烘烤、注液、焊盖帽、封口、化成、分容，即得到聚合物镍三元锂动力电池。

本发明将三元正极活性物质、导电剂和PVDF在搅拌罐中干混，然后加入NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶剂，用真空高速搅拌机均匀混合配制成正极浆料。

在本发明中，所述三元正极活性物质优选为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，本发明对所述导电剂没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的导电剂即可，具体如碳纳米管(CNT)。在本发明中，所述正极浆料的制备优选是按质量比例正极活性物质：导电剂：PVDF＝96.5：2：1.5，浆料固含量为60％(溶剂为NMP)，用高速真空搅拌机混合均匀，混合后浆料粘度为8000±2000mpa·s。本发明对于制备正极浆料过程中具体操作条件不作特殊限定，能够实现各组分均匀混合即可。

得到正极浆料后，本发明使用挤压、喷涂或转移涂布机将所述正极浆料均匀的涂覆在正极集流体上，在极耳留白处涂宽度为0.5～1mm的AT9，经干燥、辊压、分切、焊极耳后，形成正极极片。

在本发明中，所述AT9优选为粉状或液态状α-三氧化二铝，按质量比计，α-三氧化二铝：PVDF＝9：1。本发明优选将AT9浆料涂覆在极耳留白处，形成宽度为0.5～1mm的AT9涂层。在本发明中，所述AT9浆料的制备方法优选包括：采用NMP为溶剂，按质量比计，α-三氧化二铝：PVDF＝9：1，浆料固含量为50％，用高速真空搅拌机混合均匀，混合后浆料粘度为4000±1000mpa·s。本发明对于制备AT9浆料过程中具体操作条件不作特殊限定，能够实现各组分均匀混合即可。本发明对于所述AT9浆料的具体涂覆方式以及AT9涂层厚度不作特殊限定，根据实际需要选择即可。本发明对于所述干燥、辊压、分切、焊极耳的具体操作不作特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。

本发明将负极活性物质和导电剂干混，然后加入以去离子水为溶剂搅拌好的粘结剂，用真空高速搅拌机均匀混合配制成负极浆料。

在本发明中，所述负极活性物质优选为人造石墨及钛酸锂的混合体，按质量比计，人造石墨：钛酸锂＝9.5：0.5。本发明对所示粘结剂的种类没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的粘结剂即可。在本发明中，所述负极浆料的制备优选是以去离子水为溶剂，按质量比例负极活性物质：导电剂：粘结剂＝96：2：2，浆料固含量为40％，用高速真空搅拌机混合均匀，混合后浆料粘度为4000±2000mpa·s。本发明对于制备负极浆料过程中具体操作条件不作特殊限定，能够实现各组分均匀混合即可。

得到负极浆料后，本发明使用挤压、喷涂或转移涂布机将所述负极浆料均匀的涂覆在负极集流体上，经干燥、辊压、分切、焊极耳后，形成负极极片。本发明对于所述涂覆、干燥、辊压、分切、焊极耳的具体操作不作特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。

本发明对正极极片和负极极片的制备顺序没有特殊限定。

在本发明中，得到正极极片和负极极片后，所述正极极片和负极极片与湿法陶瓷隔膜经卷绕、入壳、底焊、滚槽、烘烤、注液、焊盖帽、封口、化成、分容，即得到聚合物镍三元锂动力电池。本发明对所述卷绕、入壳、底焊、滚槽、烘烤、注液、焊盖帽、封口、化成、分容的具体操作不作特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实例制备规格为9.4*155.5*208-22Ah(容量)的镍钴锰酸锂动力电池，步骤如下：

采用NMP为溶剂，按质量比例，镍钴锰酸锂：CNT(碳纳米管)：PVDF＝96.5：2：1.5，浆料固含量为60％，用高速真空搅拌机混合均匀，混合后浆料粘度为8000±1000mpa·s，即为正极浆料；

采用NMP为溶剂，AT9采用粉状α-三氧化二铝，按质量比例，粉状α-三氧化二铝：PVDF＝9：1，浆料固含量为50％，用高速真空搅拌机混合均匀，混合后浆料粘度为4000±1000mpa·s，配制成AT9浆料；

使用挤压或转移涂布机将所述正极浆料均匀的涂覆在正极集流体上，同时在极耳留白处涂覆宽度为0.5～1mm的AT9浆料，经干燥、辊压、分切、焊极耳后，形成正极极片；

采用去离子水作为溶剂，按质量比例负极活性物质：导电剂：粘结剂＝96：2：2，浆料固含量为40％，用高速真空搅拌机混合均匀，混合后浆料粘度为4000±1000mpa.s，即为负极浆料，其中负极活性物质为人造石墨及钛酸锂的混合体，其质量比例为人造石墨：钛酸锂＝9.5：0.5；

使用挤压或转移涂布机将所述负极浆料均匀的涂覆在负极集流体上，经干燥、辊压、分切、焊极耳后，形成负极极片；

制备的正、负极极片与湿法陶瓷隔膜经卷绕、入壳、底焊、滚槽、烘烤、注液、焊盖帽、封口、化成、分容，即得到圆柱型锂离子电池。

以实施例1得到的圆柱型锂离子电池作为样品，按照GBT 31485-2015要求试验其安全性，每个测试项目平行测试2个样品，共10个样品，分别编号1#～10#，测试结果如表1所示。由表1可知，经过短路、过充、热冲击、针刺、重物冲击这些破坏性试验后，电池无***、无起火，说明本发明提供的方法能够提高电池的安全性。

表1实施例1制备的圆柱型锂离子电池的安全性测试结果

对比例1

参照实施例1的方法制备圆柱型锂离子电池，不同之处在于，省略掉制备AT9浆料以及在极耳留白处涂覆AT9浆料的步骤。

以对比例1得到的圆柱型锂离子电池作为样品，按照GBT 31485-2015要求试验其安全性，每个测试项目平行测试2个样品，共10个样品，分别编号1#～10#，测试结果如表2所示。由表2可知，经过短路、热冲击、重物冲击这些破坏性试验后，电池无***、无起火，但经过过充和针刺试验后电池发生起火及***现象，说明对比例1制备的锂离子电池的安全性存在一定的隐患。

表2对比例1制备的圆柱型锂离子电池的安全性测试结果

对比例2

参照实施例1的方法制备圆柱型锂离子电池，不同之处在于，负极活性物质的组成仅为人造石墨。

以对比例2得到的圆柱型锂离子电池作为样品，按照GBT 31485-2015要求试验其安全性，每个测试项目平行测试2个样品，共10个样品，分别编号1#～10#，测试结果如表3所示。由表3可知，经过短路、热冲击及重物冲击这些破坏性试验后，电池无***、无起火，但是经过过充及针刺试验后，电池发生***的安全性事故，说明对比例2制备的锂离子电池的安全性存在一定的隐患。

表3对比例2制备的圆柱型锂离子电池的安全性测试结果

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

Claims (1)

1.一种高安全聚合物三元锂动力电池的制备方法，其特征在于步骤如下：

a)将三元正极活性物质、导电剂和PVDF在搅拌罐中干混，然后加入NMP溶剂，用真空高速搅拌机均匀混合配制成正极浆料；

b)使用挤压、喷涂或转移涂布机将所述正极浆料均匀的涂覆在正极集流体上，在极耳留白处涂宽度为0.5～1mm的AT9，经干燥、辊压、分切、焊极耳后，形成正极极片；

c)将负极活性物质和导电剂干混，然后加入以去离子水为溶剂搅拌好的粘结剂，用真空高速搅拌机均匀混合配制成负极浆料；

d)使用挤压、喷涂或转移涂布机将所述负极浆料均匀的涂覆在负极集流体上，经干燥、辊压、分切、焊极耳后，形成负极极片；

e)制备的正、负极极片与湿法陶瓷隔膜经卷绕、入壳、底焊、滚槽、烘烤、注液、焊盖帽、封口、化成、分容，即得到聚合物镍三元锂动力电池；

所述的三元正极活性物质为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，所述AT9为粉状或液态状α-三氧化二铝，按质量比计，α-三氧化二铝：PVDF＝9：1；所述负极活性物质为人造石墨及钛酸锂的混合体，按质量比计，人造石墨：钛酸锂＝9.5：0.5；

所述的正极浆料的制备是按质量比例正极活性物质：导电剂：PVDF＝96.5：2：1.5，浆料固含量为60％，用高速真空搅拌机混合均匀，混合后浆料粘度为8000±2000mpa·s；

所述的负极浆料的制备是按质量比例负极活性物质：导电剂：粘结剂＝96：2：2，浆料固含量为40％，用高速真空搅拌机混合均匀，混合后浆料粘度为4000±2000mpa·s。