CN112332030A - 一种提升锂离子电池安全性的方法 - Google Patents
一种提升锂离子电池安全性的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112332030A CN112332030A CN202011210595.5A CN202011210595A CN112332030A CN 112332030 A CN112332030 A CN 112332030A CN 202011210595 A CN202011210595 A CN 202011210595A CN 112332030 A CN112332030 A CN 112332030A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- acid
- lithium ion
- ion battery
- vermiculite powder
- raw vermiculite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 62
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 claims description 119
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 claims description 119
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 claims description 119
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 78
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 33
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 28
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 28
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 26
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 20
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 16
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 15
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 15
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000011268 mixed slurry Substances 0.000 claims description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 11
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 10
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 9
- MZRVEZGGRBJDDB-UHFFFAOYSA-N N-Butyllithium Chemical compound [Li]CCCC MZRVEZGGRBJDDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 7
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 7
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims description 7
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 7
- 238000007580 dry-mixing Methods 0.000 claims description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 7
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 claims description 6
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 6
- 238000004898 kneading Methods 0.000 claims description 6
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CDAWCLOXVUBKRW-UHFFFAOYSA-N 2-aminophenol Chemical compound NC1=CC=CC=C1O CDAWCLOXVUBKRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KDSNLYIMUZNERS-UHFFFAOYSA-N 2-methylpropanamine Chemical compound CC(C)CN KDSNLYIMUZNERS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CWLKGDAVCFYWJK-UHFFFAOYSA-N 3-aminophenol Chemical compound NC1=CC=CC(O)=C1 CWLKGDAVCFYWJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JJYPMNFTHPTTDI-UHFFFAOYSA-N 3-methylaniline Chemical compound CC1=CC=CC(N)=C1 JJYPMNFTHPTTDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PLIKAWJENQZMHA-UHFFFAOYSA-N 4-aminophenol Chemical compound NC1=CC=C(O)C=C1 PLIKAWJENQZMHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N D-gluconic acid Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N 0.000 claims description 4
- ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N Dimethylamine Chemical compound CNC ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-N Ethylamine Chemical compound CCN QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N Methylamine Chemical compound NC BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-N Pyruvic acid Chemical compound CC(=O)C(O)=O LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- WQDUMFSSJAZKTM-UHFFFAOYSA-N Sodium methoxide Chemical compound [Na+].[O-]C WQDUMFSSJAZKTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 4
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WGQKYBSKWIADBV-UHFFFAOYSA-N benzylamine Chemical compound NCC1=CC=CC=C1 WGQKYBSKWIADBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HQABUPZFAYXKJW-UHFFFAOYSA-N butan-1-amine Chemical compound CCCCN HQABUPZFAYXKJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PAFZNILMFXTMIY-UHFFFAOYSA-N cyclohexylamine Chemical compound NC1CCCCC1 PAFZNILMFXTMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- DMBHHRLKUKUOEG-UHFFFAOYSA-N diphenylamine Chemical compound C=1C=CC=CC=1NC1=CC=CC=C1 DMBHHRLKUKUOEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N hexamethylenetetramine Chemical compound C1N(C2)CN3CN1CN2C3 VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZCSHNCUQKCANBX-UHFFFAOYSA-N lithium diisopropylamide Chemical compound [Li+].CC(C)[N-]C(C)C ZCSHNCUQKCANBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RNVCVTLRINQCPJ-UHFFFAOYSA-N o-toluidine Chemical compound CC1=CC=CC=C1N RNVCVTLRINQCPJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RZXMPPFPUUCRFN-UHFFFAOYSA-N p-toluidine Chemical compound CC1=CC=C(N)C=C1 RZXMPPFPUUCRFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LPNYRYFBWFDTMA-UHFFFAOYSA-N potassium tert-butoxide Chemical compound [K+].CC(C)(C)[O-] LPNYRYFBWFDTMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WGYKZJWCGVVSQN-UHFFFAOYSA-N propylamine Chemical compound CCCN WGYKZJWCGVVSQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MFRIHAYPQRLWNB-UHFFFAOYSA-N sodium tert-butoxide Chemical compound [Na+].CC(C)(C)[O-] MFRIHAYPQRLWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 4
- GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N trimethylamine Chemical compound CN(C)C GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XFNJVJPLKCPIBV-UHFFFAOYSA-N trimethylenediamine Chemical compound NCCCN XFNJVJPLKCPIBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BJEPYKJPYRNKOW-REOHCLBHSA-N (S)-malic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O BJEPYKJPYRNKOW-REOHCLBHSA-N 0.000 claims description 2
- BMVXCPBXGZKUPN-UHFFFAOYSA-N 1-hexanamine Chemical compound CCCCCCN BMVXCPBXGZKUPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ISPYQTSUDJAMAB-UHFFFAOYSA-N 2-chlorophenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1Cl ISPYQTSUDJAMAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940018563 3-aminophenol Drugs 0.000 claims description 2
- BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 3-azaniumyl-2-hydroxypropanoate Chemical compound NCC(O)C(O)=O BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HORNXRXVQWOLPJ-UHFFFAOYSA-N 3-chlorophenol Chemical compound OC1=CC=CC(Cl)=C1 HORNXRXVQWOLPJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- WXNZTHHGJRFXKQ-UHFFFAOYSA-N 4-chlorophenol Chemical compound OC1=CC=C(Cl)C=C1 WXNZTHHGJRFXKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000005725 8-Hydroxyquinoline Substances 0.000 claims description 2
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 claims description 2
- RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N D-gluconic acid Natural products OCC(O)C(O)C(O)C(O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- AFBPFSWMIHJQDM-UHFFFAOYSA-N N-methyl-N-phenylamine Natural products CNC1=CC=CC=C1 AFBPFSWMIHJQDM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N Nitrous acid Chemical compound ON=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 claims description 2
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical compound OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims description 2
- BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N alpha-hydroxysuccinic acid Natural products OC(=O)C(O)CC(O)=O BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004982 aromatic amines Chemical class 0.000 claims description 2
- RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L barium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ba+2] RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910001863 barium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- HFACYLZERDEVSX-UHFFFAOYSA-N benzidine Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1C1=CC=C(N)C=C1 HFACYLZERDEVSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims description 2
- NKWPZUCBCARRDP-UHFFFAOYSA-L calcium bicarbonate Chemical compound [Ca+2].OC([O-])=O.OC([O-])=O NKWPZUCBCARRDP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910000020 calcium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 claims description 2
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 claims description 2
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000000174 gluconic acid Substances 0.000 claims description 2
- 235000012208 gluconic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- QFWPJPIVLCBXFJ-UHFFFAOYSA-N glymidine Chemical compound N1=CC(OCCOC)=CN=C1NS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 QFWPJPIVLCBXFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004312 hexamethylene tetramine Substances 0.000 claims description 2
- 235000010299 hexamethylene tetramine Nutrition 0.000 claims description 2
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940071870 hydroiodic acid Drugs 0.000 claims description 2
- QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N hypochlorous acid Chemical compound ClO QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- JJWLVOIRVHMVIS-UHFFFAOYSA-N isopropylamine Chemical compound CC(C)N JJWLVOIRVHMVIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 claims description 2
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- YNESATAKKCNGOF-UHFFFAOYSA-N lithium bis(trimethylsilyl)amide Chemical compound [Li+].C[Si](C)(C)[N-][Si](C)(C)C YNESATAKKCNGOF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001630 malic acid Substances 0.000 claims description 2
- 235000011090 malic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 2
- IOQPZZOEVPZRBK-UHFFFAOYSA-N octan-1-amine Chemical compound CCCCCCCCN IOQPZZOEVPZRBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 229960003540 oxyquinoline Drugs 0.000 claims description 2
- NHKJPPKXDNZFBJ-UHFFFAOYSA-N phenyllithium Chemical compound [Li]C1=CC=CC=C1 NHKJPPKXDNZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RPDAUEIUDPHABB-UHFFFAOYSA-N potassium ethoxide Chemical compound [K+].CC[O-] RPDAUEIUDPHABB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- AOHJOMMDDJHIJH-UHFFFAOYSA-N propylenediamine Chemical compound CC(N)CN AOHJOMMDDJHIJH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940107700 pyruvic acid Drugs 0.000 claims description 2
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 claims description 2
- MCJGNVYPOGVAJF-UHFFFAOYSA-N quinolin-8-ol Chemical compound C1=CN=C2C(O)=CC=CC2=C1 MCJGNVYPOGVAJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- YBRBMKDOPFTVDT-UHFFFAOYSA-N tert-butylamine Chemical compound CC(C)(C)N YBRBMKDOPFTVDT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- YFTHZRPMJXBUME-UHFFFAOYSA-N tripropylamine Chemical compound CCCN(CCC)CCC YFTHZRPMJXBUME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 2
- 150000007529 inorganic bases Chemical class 0.000 claims 1
- 150000007530 organic bases Chemical class 0.000 claims 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 9
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 9
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 8
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 6
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 6
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 4
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 4
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 4
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 4
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 description 4
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 3
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 229910052493 LiFePO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 229920003123 carboxymethyl cellulose sodium Polymers 0.000 description 2
- 229940063834 carboxymethylcellulose sodium Drugs 0.000 description 2
- 229920006184 cellulose methylcellulose Polymers 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QLZJUIZVJLSNDD-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methylidenebutanoyloxy)ethyl 2-methylidenebutanoate Chemical compound CCC(=C)C(=O)OCCOC(=O)C(=C)CC QLZJUIZVJLSNDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000181 Ethylene propylene rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 229910052626 biotite Inorganic materials 0.000 description 1
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 229920006244 ethylene-ethyl acrylate Polymers 0.000 description 1
- 239000005042 ethylene-ethyl acrylate Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoferriooxy)iron hydrate Chemical compound O.O=[Fe]O[Fe]=O NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910052628 phlogopite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 description 1
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 description 1
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0402—Methods of deposition of the material
- H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域,具体涉及一种提升锂离子电池安全性能的方法,是利用经表面活化的生蛭石粉或热膨胀微球中任一种掺杂于正极片、负极片、隔膜中任意一种或多种,采用本发明方法能够显著提升电池安全性,提升电池的循环稳定性和使用寿命,且本发明方法简单,便于工业化应用,原料便宜,成本低。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,具体涉及一种提升锂离子电池安全性能的方法。
背景技术
锂离子电池作为一种新型能源,具有能量密度高、容量大、循环寿命长、无记忆效应等优点,已广泛应用于电子产品(如手机、计算机)、机电设备(如电动汽车)。锂离子电池作为各类设备及装置的重要动力来源,但以热失控为特征的锂离子电池***安全事故时有发生。
“热失控”是指电池内部出现放热连锁反应引起电池温升速率急剧变化的过热现象。当锂离子动力电池发生热失控时,其最直接的表现是温度的急剧上升,同时伴随有起火、***等极端情况。因此,由短路引起的锂离子电池热失控成为电池安全设计的主要课题。
专利申请号CN201610980700.0公开了“一种锂离子电池极片、制备方法及锂离子电池”,具体是在电极物料中添加了热膨胀系数大于30×10-6m/mk的热膨胀高分子聚合物,使热膨胀高分子聚合物与导电剂混合形成热膨胀导电胶,既可保证常温下的电子电导率,又可为活性物质提供必要的粘结力,将热膨胀导电胶添加在锂离子电池正或负极浆料内,当电池发生过充、过放、短路、破损、挤压等情况时,热膨胀高分子聚合物会迅速膨胀,断绝活性物质之间、活性物质与导电剂、活性物质与基材之间的导电体系,使导电网络断裂,导致锂离子电池电阻急剧增加,从而达到提高锂离子电池以及电池组的安全性能的目的。但其热膨胀高分子聚合物为环氧树脂、聚烯烃、聚乙烯、丙烯酸酯、聚酰亚胺、醋酸乙烯脂、乙丙橡胶、ABS树脂、乙烯-醋酸乙烯脂、乙烯-丙烯酸乙酯中的一种或多种混合,这使得成本较高,同时要求所述高分子聚合物的热膨胀系数大于30×10-6m/mk,这增加了材料的制作难度,进而阻碍了产业化发展。同时,该专利材料在所有温度区间内均具有受热膨胀性质,不具有温度选择性,由于热膨胀系数大,即使在电池正常工作的温度下的-20℃-60℃温度区间内当电池温度发生变化时热膨胀高分子聚合物材料都会发生大幅膨胀,从而使得电极和电池体积大幅变化,严重影响电池内部电荷传导路径和电池的性能。同时热膨胀高分子聚合物属于有机物,当电池温度过高时材料易燃,进而会增加电池的安全隐患。另外,由于锂离子电池电解液为有机溶液,高分子聚合物在有机溶液中易发生溶解,从而在电解液中引入杂质,影响电池性能。
虽然通过膨胀材料来解决热失控问题已有少量报道,但还存在着热膨胀材料膨胀促使电极或电池体积膨大,影响电荷传导等缺陷,所以找寻一种有效提升锂离子电池安全性的方法亟待解决。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提出了一种提升锂离子电池安全性能的方法。
具体是通过以下技术方案来实现的:
一种提升锂离子电池安全性能的方法,是利用经表面活化的生蛭石粉或热膨胀微球中任一种掺杂于正极片、负极片、隔膜中任意一种或多种。
所述生蛭石粉,其粒径为0.001-1μm。
所述表面活化是将生蛭石粉清洗后,与酸性溶液或碱性溶液混合并搅拌浸泡1-20h,搅拌温度≤90℃,然后经固液分离后烘干。
所述酸性溶液的浓度为0.01mol/L-5mol/L。
所述酸性溶液为无机酸、有机酸中任一种;具体为高氯酸、氢碘酸、硫酸、氢溴酸、盐酸、硝酸、碘酸、草酸、亚硫酸、磷酸、丙酮酸、亚硝酸、柠檬酸、氢氟酸、苹果酸、葡萄糖酸、甲酸、乳酸、苯甲酸、丙烯酸、乙酸、丙酸、氢硫酸、次氯酸、硼酸中任一种。
所述碱性溶液的浓度为0.01mol/L-5mol/L。
所述碱性溶液为无机碱、有机碱中任一种;具体为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钙、氨水、碳酸氢钙、甲胺、尿素(脲)、乙胺、乙醇胺、乙二胺、二甲胺、三甲胺、三乙胺、丙胺、异丙胺、1,3-丙二胺、1,2-丙二胺、三丙胺、三乙醇胺、丁胺、异丁胺、叔丁胺、己胺、辛胺、苯胺、苄胺、环己胺、吡啶、六亚甲基四胺、2-氯酚、3-氯酚、4-氯酚、邻氨基苯酚、间氨基苯酚、对氨基苯酚、邻甲苯胺、间甲苯胺、对甲苯胺、8-羟基喹啉、二苯胺、联苯胺、正丁基锂、叔丁醇钾、叔丁醇钠、吡啶、芳香胺、甲醇钠、乙醇钾、叔丁醇钾、丁基锂、苯基锂、二异丙基胺基锂、六甲基二硅胺基锂中任一种。
本发明的技术方案之一,提供了一种利用表面活化的生蛭石粉掺杂极片的方法,包括如下步骤:
A1分散液配制:将溶剂、表面活性剂、分散剂充分混匀后,加入表面活化的生蛭石粉或热膨胀微球搅匀,其中生蛭石粉或热膨胀微球在分散液中的固含量为40-90%;
A2混合浆料配制:将活性材料、导电剂、粘结剂干混至均匀,然后加入溶剂至总量的20-70%进行捏合,再加入分散液搅拌均匀,然后通过添加溶剂调节浆料粘度为1000-15000mPa·S;其中热膨胀微球或是生蛭石粉与活性材料的质量比为(0.1-20):100;
A3涂覆:将混合浆料采用转移式、挤压式或喷涂式设备中任一方式涂布于集流体表面,涂布厚度5-500μm,涂布速率1-80m/min,经烘烤,得掺杂蛭石粉的极片。
所述干混,其公转转速20-100转/min,自转转速500-5000转/min。
所述溶剂为锂离子电池生产中的常见溶剂;包括但不限于:N-甲基吡咯烷酮、水、醇类、酯类、醚类。
所述溶剂的选择根据极片的类型,若掺杂对象为正极片时,选择非水性溶剂;若掺杂对象为负极片时,选择水性溶剂。
所述表面活性剂为CMC、聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵中任意一种。
所述分散剂为尿素、聚乙烯吡咯烷酮中任意一种。
所述粘结剂为PVDF、丁苯橡胶、CMC、海藻酸钠、聚丙烯、聚氨酯中任意一种。
本发明的技术方案之一,提供了一种利用表面活化的生蛭石粉掺杂隔膜的方法,包括如下步骤:在隔膜制造过程中,将熔融的隔膜材料与生蛭石粉均匀混合,然后进行成膜过程,或者将生蛭石粉末通过热压的形式掺入成型隔膜内部。
本发明中生蛭石指未膨胀的蛭石,其优势有:(1)生蛭石重量轻、结构密实,蛭石的使用不会对锂离子电池的重量能量密度和体积能量密度产生明显影响;(2)生蛭石的膨胀具有温度选择性,只有在温度超过150℃时体积才会发生明显膨胀,150℃以下时体积基本不变,因此在电池正常使用的过程中生蛭石不对电池的性能产生影响,只有当电池产生安全隐患导致温度超过150℃时生蛭石才会急剧膨胀起到提升电池安全性的作用;(3)生蛭石属于无机物不会在锂离子电池的有机电解液中发生溶解而引入杂质影响电池性能。另一方面,当电池产生安全隐患导致温度超过150℃时生蛭石会变成膨胀蛭石,膨胀后的蛭石具有如下优势:(1)膨胀后的蛭石具有良好的电绝缘性,能够阻止电极内部电子的传导,隔断电池内部和外部短路,防止电池进一步发热和由此引发的一系列安全问题。(2)膨胀后的蛭石具有良好的耐热和绝热性,因此能够防止电池在发生安全问题时起火和由此引发的***。
表面活性剂和分散剂的作用主要是为了防止纳米级及微米级蛭石颗粒团聚,提升分散均一性。
生蛭石是一种次生矿物,由黑云母或金云母经热液蚀变或风化而成的,或由基性岩受酸性岩浆的侵蚀变质而成。天然矿石呈片状或鱼鳞状,不同产地的生蛭石具有相似的层状结构,但由于不同的自然作用导致生蛭石的化学组成、层间离子、含水量以及表面活性有所不同,这直接影响了生蛭石膨胀性能;因此,本发明先对生蛭石粉进行清洗,能够去除生蛭石粉表面杂质,防止杂质的引入对锂离子电池性能产生影响;同时,本发明对生蛭石粉的粒径进行控制,进而控制了锂离子电池电极的孔隙率和孔径分布,改善了电极压实密度和电极内部锂离子传输路径;本发明再利用酸性溶液浸泡生蛭石粉,调节生蛭石粉中三氧化二铁含量,进而改善生蛭石粉的膨胀温度和膨胀倍数,使得生蛭石粉的膨胀温度与锂离子电池发生热失控的温度相近,这样可以使得锂离子电池发生热失控的短时间内生蛭石粉发生快速膨胀,同时改善了储锂能力。
但由于生蛭石带负电荷以及多孔体系,进而使得生蛭石会对锂离子进行吸附,进而影响整个体系的导电性能,所以本发明利用酸性溶液或碱性溶液对生蛭石进行浸泡,确保了锂离子的传输能力,避免了锂离子被生蛭石吸附固化,同时通过官能团修饰,与溶剂形成了良好的浸润。
本发明将生蛭石在锂离子电池正负极浆料制备过程中加入,使得生蛭石粉料与正负极活性材料、导电剂和粘结剂等均匀混合形成浆料,然后涂覆于集流体(铝箔或者铜箔)表面并烘干制得正负极片。因此生蛭石起作用的位置位于正负极片内部,当电池发生安全问题导致温度急剧上升时,生蛭石迅速膨胀使得正负极集流体表面的活性材料层迅速膨胀,从而断开正负极材料与集流体、正负极材料与导电剂之间的接触,电极内部的导电网络迅速被大幅膨胀的生蛭石破坏,因此正负极材料与外电路的电子传导被阻断,电池内部电化学反应被阻止,防止电池内部进一步发生反应产热而产生安全隐患。同时膨胀后的生蛭石内部产生大量孔隙,从而吸附电池电解液并阻断电池内部锂离子的传输,进一步切断电池内部反应的进行。
有益效果:
1.采用本发明方法能够显著提升电池安全性;
本发明将生蛭石粉掺杂于正负极材料、正负极片和隔膜中,由于蛭石在受热(150℃-600℃)后会发生10-20倍膨胀并产生大量孔隙,从而断开正负极材料与集流体和正负极材料与导电剂的接触,电极内部的导电网络迅速被大幅膨胀的生蛭石破坏,因此正负极材料与外电路的电子传导被阻断,电池内部电化学反应被阻止,防止电池内部进一步发生反应产热而产生安全隐患。同时膨胀后的生蛭石内部产生大量孔隙,从而吸附电池电解液并阻断电池内部锂离子的传输,进一步切断电池内部反应的进行。
2.本发明使用的生蛭石粉具有优异的温度选择性,在电池的正常使用温度范围内生蛭石体积几乎不会随电池的温度变化而发生变化,只有当电池温度超过其正常工作温度极限在发生热失控等安全隐患的初期,150℃以上时生蛭石的体积才会急剧膨胀,进而发挥作用。
3.由于受热膨胀前的蛭石体积小、重量的轻,因此有效控制掺杂量,能够避免对锂离子电池的能量密度产生不良影响。
4.本发明方法简单,便于工业化应用,原料便宜,成本低,其使用的溶剂、表面活性剂、分散剂、粘结剂均为本领域常用试剂,可市售,无须对其进行特殊配制。
5.本发明方法可解决锂离子电池由于过充电、受热、碰撞、锂枝晶刺穿隔膜以及短路等原因导致的温度迅速升高和热失控时造成的不安全问题,测试发现,即使在针刺挤压等极端情况下,该方法同样可以避免电池发生热失控和***现象。
附图说明
图1:实施例1中锂离子电池的充放电曲线;
图2:生蛭石的电子显微镜照片;
图3:膨胀蛭石的电子显微镜照片;
图4:实施例1中锂离子电池经短路测试后的照片;
图5:实施例1中生蛭石在锂离子电池中的作用机理示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明,但本发明并不局限于这些实施方式,任何在本实施例基本精神上的改进或代替,仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种生蛭石粉表面活化的方法,是将粒径0.08μm的生蛭石粉清洗后,置于0.3mol/L的高氯酸溶液中进行混合并搅拌浸泡15h,搅拌温度≤90℃,然后经固液分离后烘干;
同时提供了利用表面活化的生蛭石粉提升锂离子电池安全性能的方法,具体是将表面活化的生蛭石粉掺杂正极片,包括如下步骤:
A1分散液配制:以N-甲基吡咯烷酮为溶剂、以聚乙二醇为表面活性剂,以聚乙烯吡咯烷酮为分散剂,将溶剂、表面活性剂、分散剂充分混匀后,加入表面活化的生蛭石粉搅匀,其中生蛭石粉在分散液中的固含量为40%;
A2混合浆料配制:将正极材料LiFePO4、导电剂碳纳米管、粘结剂羧甲基纤维素钠干混至均匀,公转转速20转/min,自转转速500转/min,然后加入溶剂至总量的20%进行捏合,再加入分散液搅拌均匀,然后通过添加溶剂调节浆料粘度为1000mPa·S;其中生蛭石粉与正极材料的质量比为0.1:100;
A3正极涂覆:将混合浆料采用转移式设备涂布于正极集流体表面,涂布厚度5μm,涂布速率10m/min,经烘烤,得掺杂生蛭石粉的正极片;
将该实施例所得正极片、金属锂负极片、HNT/PVDF复合物隔膜组装成锂离子电池,其并在3.0-4.2V、0.1C条件下进行充放电试验,结果如图1所示,由图可知:该锂离子电池具有较好的比容量,正常使用条件下不会对电池性能产生负面影响;
图2为生蛭石的电子显微镜照片,说明生蛭石颗粒致密,颗粒内部孔隙较少;图3为膨胀蛭石的电子显微镜照片,说明生蛭石经过受热后发生明显膨胀,层间距离增大,孔隙率大幅升高;
图4为经短路测试的锂离子电池照片,说明电极片中掺有生蛭石粉的锂离子电池安全性能大幅提升,即使在短路情况下仍然怒会发生***、起火等安全。
实施例2
本实施例提供了一种生蛭石粉表面活化的方法,是将粒径0.009μm的生蛭石粉清洗后,置于0.15mol/L的乙二胺溶液中进行混合并搅拌浸泡10h,搅拌温度≤90℃,然后经固液分离后烘干;
同时提供了利用表面活化的生蛭石粉提升锂离子电池安全性能的方法,具体是将表面活化的生蛭石粉掺杂负极片,包括如下步骤:
A1分散液配制:以水为溶剂、以十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂,以尿素为分散剂,将溶剂、表面活性剂、分散剂充分混匀后,加入表面活化的生蛭石粉搅匀,其中生蛭石粉在分散液中的固含量为90%;
A2混合浆料配制:将负极材料金属锂、导电剂科琴黑、粘结剂PVDF树脂干混至均匀,公转转速100转/min,自转转速5000转/min,然后加入溶剂至总量的70%进行捏合,再加入分散液搅拌均匀,然后通过添加溶剂调节浆料粘度为15000mPa·S;其中生蛭石粉与负极材料的质量比为20:100;
A3负极涂覆:将混合浆料采用挤压式设备涂布于负极集流体表面,涂布厚度500μm,涂布速率80m/min,经烘烤,得掺杂生蛭石粉的负极片。
将磷酸铁锂正极片、该实施例所得的负极片、HNT/PVDF复合物隔膜组装成锂离子电池,其充放电试验、短路测试结果与实施例1基本一致。
实施例3
本实施例提供了一种生蛭石粉表面活化的方法,是将粒径0.1μm的生蛭石粉清洗后,置于4.5mol/L的氨水中进行混合并搅拌浸泡5h,搅拌温度≤90℃,然后经固液分离后烘干;
同时提供了利用表面活化的生蛭石粉提升锂离子电池安全性能的方法,具体是将表面活化的生蛭石粉掺杂正极片,包括如下步骤:
A1分散液配制:以N-甲基吡咯烷酮为溶剂、以聚乙二醇为表面活性剂,以聚乙烯吡咯烷酮为分散剂,将溶剂、表面活性剂、分散剂充分混匀后,加入表面活化的生蛭石粉搅匀,其中生蛭石粉在分散液中的固含量为70%;
A2混合浆料配制:将正极材料LiFePO4、导电剂碳纳米管、粘结剂羧甲基纤维素钠干混至均匀,公转转速60转/min,自转转速1000转/min,然后加入溶剂至总量的50%进行捏合,再加入分散液搅拌均匀,然后通过添加溶剂调节浆料粘度为10000mPa·S;其中生蛭石粉与正极材料的质量比为1:100;
A3正极涂覆:将混合浆料采用转移式设备涂布于正极集流体表面,涂布厚度10μm,涂布速率60m/min,经烘烤,得掺杂生蛭石粉的正极片。
将本实施例所得正极片、金属锂负极片、HNT/PVDF复合物隔膜组装成锂离子电池,其充放电试验、短路测试结果与实施例1基本一致。
实施例4
本实施例提供了一种生蛭石粉表面活化的方法,是将粒径0.1μm的生蛭石粉清洗后,置于0.8mol/L的醋酸溶液中进行混合并搅拌浸泡5h,搅拌温度≤90℃,然后经固液分离后烘干;
同时提供了利用表面活化的生蛭石粉提升锂离子电池安全性能的方法,具体是将表面活化的生蛭石粉掺杂负极片,包括如下步骤:
A1分散液配制:以水为溶剂、以十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂,以尿素为分散剂,将溶剂、表面活性剂、分散剂充分混匀后,加入表面活化的生蛭石粉搅匀,其中生蛭石粉在分散液中的固含量为50%;
A2混合浆料配制:将负极材料金属锂、导电剂科琴黑、粘结剂PVDF树脂干混至均匀,公转转速90转/min,自转转速1500转/min,然后加入溶剂至总量的40%进行捏合,再加入分散液搅拌均匀,然后通过添加溶剂调节浆料粘度为12000mPa·S;其中生蛭石粉与活性材料的质量比为10:100;
A3负极涂覆:将混合浆料采用挤压式设备涂布于负极集流体表面,涂布厚度300μm,涂布速率63m/min,经烘烤,得掺杂生蛭石粉的负极片。
将磷酸铁锂正极片、该实施例所得的负极片、HNT/PVDF复合物隔膜组装成锂离子电池,其充放电试验、短路测试结果与实施例1基本一致。
实施例5
本实施例提供了一种生蛭石粉表面活化的方法,是将粒径0.01μm的生蛭石粉清洗后,置于1.8mol/L的氨水中进行混合并搅拌浸泡1h,搅拌温度≤90℃,然后经固液分离后烘干;
同时提供了利用表面活化的生蛭石粉提升锂离子电池安全性能的方法,具体是将表面活化的生蛭石粉掺杂负极片,包括如下步骤:
A1分散液配制:以水为溶剂、以十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂,以尿素为分散剂,将溶剂、表面活性剂、分散剂充分混匀后,加入表面活化的生蛭石粉搅匀,其中生蛭石粉在分散液中的固含量为60%;
A2混合浆料配制:将负极材料金属锂、导电剂科琴黑、粘结剂PVDF树脂干混至均匀,公转转速30转/min,自转转速800转/min,然后加入溶剂至总量的60%进行捏合,再加入分散液搅拌均匀,然后通过添加溶剂调节浆料粘度为9000mPa·S;其中生蛭石粉与活性材料的质量比为5:100;
A3负极涂覆:将混合浆料采用挤压式设备涂布于负极集流体表面,涂布厚度100μm,涂布速率20m/min,经烘烤,得掺杂生蛭石粉的负极片。
将磷酸铁锂正极片、该实施例所得的负极片、HNT/PVDF复合物隔膜组装成锂离子电池,其充放电试验、短路测试结果与实施例1基本一致。
Claims (10)
1.一种提升锂离子电池安全性能的方法,其特征在于,是利用经表面活化的生蛭石粉或热膨胀微球中任一种掺杂于正极片、负极片、隔膜中任意一种或多种。
2.如权利要求1所述一种提升锂离子电池安全性能的方法,其特征在于,所述生蛭石粉,其粒径为0.001-1μm。
3.如权利要求1所述一种提升锂离子电池安全性能的方法,其特征在于,所述表面活化是将生蛭石粉清洗后,与酸性溶液或碱性溶液混合并搅拌浸泡1-20h,搅拌温度≤90℃,然后经固液分离后烘干。
4.如权利要求1所述一种提升锂离子电池安全性能的方法,其特征在于,所述酸性溶液的浓度为0.01mol/L-5mol/L。
5.如权利要求1或4所述一种提升锂离子电池安全性能的方法,其特征在于,所述酸性溶液为无机酸、有机酸中任一种;具体为高氯酸、氢碘酸、硫酸、氢溴酸、盐酸、硝酸、碘酸、草酸、亚硫酸、磷酸、丙酮酸、亚硝酸、柠檬酸、氢氟酸、苹果酸、葡萄糖酸、甲酸、乳酸、苯甲酸、丙烯酸、乙酸、丙酸、氢硫酸、次氯酸、硼酸中任一种。
6.如权利要求1所述一种提升锂离子电池安全性能的方法,其特征在于,所述碱性溶液的浓度为0.01mol/L-5mol/L。
7.如权利要求1或6所述一种提升锂离子电池安全性能的方法,其特征在于,所述碱性溶液为无机碱、有机碱中任一种;具体为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钙、氨水、碳酸氢钙、甲胺、尿素、乙胺、乙醇胺、乙二胺、二甲胺、三甲胺、三乙胺、丙胺、异丙胺、1,3-丙二胺、1,2-丙二胺、三丙胺、三乙醇胺、丁胺、异丁胺、叔丁胺、己胺、辛胺、苯胺、苄胺、环己胺、吡啶、六亚甲基四胺、2-氯酚、3-氯酚、4-氯酚、邻氨基苯酚、间氨基苯酚、对氨基苯酚、邻甲苯胺、间甲苯胺、对甲苯胺、8-羟基喹啉、二苯胺、联苯胺、正丁基锂、叔丁醇钾、叔丁醇钠、吡啶、芳香胺、甲醇钠、乙醇钾、叔丁醇钾、丁基锂、苯基锂、二异丙基胺基锂、六甲基二硅胺基锂中任一种。
8.如权利要求1所述一种提升锂离子电池安全性能的方法,其特征在于,利用表面活化的生蛭石粉掺杂极片的方法,包括如下步骤:
A1分散液配制:将溶剂、表面活性剂、分散剂充分混匀后,加入表面活化的生蛭石粉或热膨胀微球搅匀,其中生蛭石粉或热膨胀微球在分散液中的固含量为40-90%;
A2混合浆料配制:将活性材料、导电剂、粘结剂干混至均匀,然后加入溶剂至总量的20-70%进行捏合,再加入分散液搅拌均匀,然后通过添加溶剂调节浆料粘度为1000-15000mPa·S;其中热膨胀微球或是生蛭石粉与活性材料的质量比为(0.1-20):100。
A3涂覆:将混合浆料采用转移式、挤压式或喷涂式设备中任一方式涂布于集流体表面,涂布厚度5-500μm,涂布速率1-80m/min,经烘烤,得掺杂蛭石粉的极片。
9.如权利要求8所述一种提升锂离子电池安全性能的方法,其特征在于,所述干混,其公转转速20-100转/min,自转转速500-5000转/min。
10.如权利要求8所述一种提升锂离子电池安全性能的方法,其特征在于,所述溶剂为锂离子电池生产中的常见溶剂;包括但不限于:N-甲基吡咯烷酮、水、醇类、酯类、醚类。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011210595.5A CN112332030A (zh) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | 一种提升锂离子电池安全性的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011210595.5A CN112332030A (zh) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | 一种提升锂离子电池安全性的方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112332030A true CN112332030A (zh) | 2021-02-05 |
Family
ID=74323128
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011210595.5A Pending CN112332030A (zh) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | 一种提升锂离子电池安全性的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112332030A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115088104A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-09-20 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置和电子装置 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103138016A (zh) * | 2011-12-02 | 2013-06-05 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 用于阻滞或防止电池中的热失控的材料和方法 |
CN103715403A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-04-09 | 湘潭大学 | 一种基于蛭石的锂硫电池正极材料及其制备和应用方法 |
CN105140451A (zh) * | 2015-07-06 | 2015-12-09 | 佛山荷韵特种材料有限公司 | 一种锂离子电池隔膜及其制备方法 |
-
2020
- 2020-11-03 CN CN202011210595.5A patent/CN112332030A/zh active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103138016A (zh) * | 2011-12-02 | 2013-06-05 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 用于阻滞或防止电池中的热失控的材料和方法 |
CN103715403A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-04-09 | 湘潭大学 | 一种基于蛭石的锂硫电池正极材料及其制备和应用方法 |
CN105140451A (zh) * | 2015-07-06 | 2015-12-09 | 佛山荷韵特种材料有限公司 | 一种锂离子电池隔膜及其制备方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115088104A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-09-20 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置和电子装置 |
WO2023123024A1 (zh) * | 2021-12-29 | 2023-07-06 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置和电子装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106654177B (zh) | 一种干法制备电池电容复合电极的方法 | |
JP6263823B2 (ja) | 負極スラリー、負極スラリーの製造方法及び二次電池 | |
CN109004220B (zh) | 一种硼酸化合物修饰锂离子电池硅负极及其制备方法 | |
US9590238B2 (en) | Composite for anode active material and method of preparing the same | |
CN109888170B (zh) | 用于二次电池的三维网络粘合剂及制备方法、及负极浆料和负极材料 | |
CN108539196B (zh) | 一种高性能硫基复合正极材料及其制备方法 | |
CN110233284B (zh) | 一种低温型高能量密度长循环磷酸铁锂电池 | |
CN108321438B (zh) | 全石墨锂硫电池及其制备方法 | |
CN112574659B (zh) | 一种锂二次电池电极片保护层及其制备方法 | |
CN113745454A (zh) | 一种正极片、其制备方法和在半固态电池中的应用 | |
CN112332021A (zh) | 一种避免锂离子电池热失控的方法 | |
CN113690427A (zh) | 一种锂硅合金极片的制备方法、锂硅合金极片及锂电池 | |
CN111048749B (zh) | 一种负极极片、锂离子电池及其制造方法 | |
KR101635752B1 (ko) | 건조속도제어를 위한 전극용 바인더조성물, 그 전극 및 이를 포함하는 리튬이차전지 | |
CN115295802A (zh) | 一种胶粘剂及其制备方法和在锂离子电池中的应用 | |
KR20150046861A (ko) | 리튬-황 전지용 양극 및 이를 제조하는 방법 | |
CN112332030A (zh) | 一种提升锂离子电池安全性的方法 | |
CN103311524A (zh) | 一种碳硅包覆LiAlO2复合负极材料的制备方法 | |
CN110600684A (zh) | 一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法 | |
CN101702428A (zh) | 多孔聚烯烃隔离膜 | |
EP2763215B1 (en) | Composite for anode active material and method for manufacturing same | |
CN112768626B (zh) | 正极极片及其制备方法和固态电池 | |
CN109524623B (zh) | 一种锂电池抗弯折负极片的制备方法 | |
TWI429130B (zh) | Application of graphite powder in anode material of lithium ion battery and its preparation method | |
KR101888230B1 (ko) | 규소계 음극활물질 및 이의 제조방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210205 |