一种高安全型三元电池负极片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高安全型三元电池负极片及其制备方法。所述制备方法包括步骤：S1：按重量份计，将碳素负极粉40‑45份与粘结剂0.2‑1份、导电剂1‑5份、有机酸2‑8份和有机溶剂45‑55份混合打浆，制成稳定的浆料；S2：向S1所得浆料中加入纳米级聚丙烯和/或聚乙烯，以及纳米硅；所述纳米硅相对于S1所得浆料的添加量为0.1％‑2.5％；和/或，所述纳米硅相对于纳米级聚丙烯和/或聚乙烯的用量为4％‑100％；S3：将S2所得浆料涂布在铜箔带上，经烘干、辊压和切片，制成所述负极片。本发明专利技术制备的负极片，可以有效的防止因电池内短路导致热失控的发生，从而在设计源头最大化解决三元电池的安全隐患问题。

A high safety three cell negative electrode and its preparation method

The invention relates to a high safety three element battery negative electrode and a preparation method thereof. The preparation method comprises the steps of: S1: according to the weight ratio, a stable slurry is made by mixing carbon negative powder 40, 45 parts with binder 0.2, 5 parts of conductive agent 1, 8 organic acids, 8 organic acids, and 55 organic solvent 45, as a stable slurry; S2: nano grade polypropylene and / or polyethylene, and nanoscale silicon are added to the size of S1. The addition of nanososils to the S1 size is 0.1% and 2.5%; and / or, the amount of nanososils relative to nanoscale polypropylene and / or polyethylene is 4%, 100%; S3: coating S2 slurry on copper foil, dried, rolled and sliced to make the negative electrode. The negative electrode prepared by the invention can effectively prevent the heat out of control caused by the short circuit of the battery, thus maximizing the safety hidden trouble of the three yuan battery at the source of the design.

【技术实现步骤摘要】
一种高安全型三元电池负极片及其制备方法
本专利技术涉及电池极片制造
，特别涉及一种高安全型三元电池负极片的制备方法。
技术介绍
三元电池因其具有高能量密度、高工作电压、使用寿命长、无记忆效应、续航里程长等优点，近年来成为人们关注的焦点，在动力电池领域，三元材料正强势崛起，三元材料可以同时有效克服钴酸锂材料成本过高、锰酸锂材料稳定性不高、磷酸铁锂容量低等问题，具有价格优势。负极片可以用PVDF(聚偏氟乙烯)或水溶性粘接剂作为粘接剂，加入导电剂、化学试剂和碳素负极粉后，制成浆料，涂布在铜箔上制成。负极片传统的操作工艺是：先制作三元电池的负极浆料，再进行烘干、配料、制浆、涂布，再经过烘干、压实、裁片等一系列加工制成极片。尽管三元电池有如此多的优势，但安全性是其发展的最大短板，其高温稳定性差，导致三元电池还不能大规模进入动力电池领域，目前三元材料的安全性是一个行业难题。如何有效解决三元电池的安全隐患，避免电池在内短路时发生热失控现象，已成为国内外各个企业亟需解决的问题。
技术实现思路
为解决三元电池的安全隐患，本专利技术提供一种高安全型三元电池负极片及其制备方法，在设计源头最大化解决三元电池的安全隐患问题。所述制备方法，包括以下步骤(仅包括以下步骤)：S1：按照重量份计，将碳素负极粉40-45份与粘结剂0.2-1份、导电剂1-5份、有机酸2-8份和有机溶剂45-55份进行混合打浆，制成稳定的浆料；S2：向S1所得浆料中加入纳米级聚丙烯和/或聚乙烯，以及纳米硅；所述纳米硅相对于S1所得浆料的添加量为0.1％-2.5％；和/或，所述纳米硅相对于纳米级聚丙烯和/或聚乙烯的用量为4％-100％；S3：将S2所得浆料涂布在铜箔带上，经烘干、辊压和切片，制成所述负极片。本专利技术意外地发现，在上述负极浆料配方中，添加纳米硅，能够极大地改善电池热失控的情况，还能够提升电池的容量。优选地，所述纳米级聚丙烯和纳米级聚乙烯的比例为0.5-0.8∶1。在上述的用量控制下，能够进一步防止锂析出产生枝晶。当采用上述配方进行制备时，不仅防止锂析出，配方更稳定，同时可提升电池容量。作为本专利技术的优选方案，所述纳米硅与S1所得浆料的比例为(0.8-1.5)：(88-101)。所述纳米硅与所述纳米级聚丙烯和/或聚乙烯的比例为(0.8-1.5)：(1.8-4)，其中所述纳米级聚丙烯的添加量小于纳米级聚乙烯的添加量。关于本专利技术所述的制备方法，S1中，优选地，所述碳素负极粉选自人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳中的一种。所述粘结剂为聚偏氟乙烯。所述导电剂选自超级碳黑、导电碳黑、碳纤维或碳纳米管中的一种或多种。(本专利技术所述的碳纳米管均为导电性碳纳米管)所述有机酸为草酸；优选质量浓度为99.6％的草酸。所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。关于本专利技术所述的制备方法，在S2中，所述纳米级的聚丙烯、纳米级的聚乙烯和纳米硅，均为颗粒粒径三个维度均在100nm内。所述纳米级聚丙烯、聚乙烯制备方法如下：按高密度聚丙烯或聚乙烯质量计，将1％-8％活化后的有机蒙脱土和相容剂，1％-8％的羧酸，同高密度聚丙烯或聚乙烯在150-200℃温度下熔融共混，再经挤出造粒，即可得纳米级的聚丙烯或聚乙烯。其中，所述相容剂为环状酸酐，选自马来酸酐或邻苯二甲酸酐，所述有机蒙脱土为酸活化的有机蒙脱土。有机蒙脱土的活化可采用已有的酸活化方法，在此不做特殊限制，仅提供一种较为优选的方法：先将蒙脱石矿土用20倍质量的净化水搅拌充分浸泡10小时，待其充分膨胀后，边搅拌边使溶液经200目振动筛进行筛分，从而分离出大颗粒杂质矿土，常温下加入0.8％碳酸钠溶液及用浓硫酸调节pH＝6.5，在分散机中搅拌3h。所述纳米硅的制备方法为：将正硅酸四乙酯(TEOS)，加入混合5min以上的无水乙醇、氨水中，在水解温度29℃下水浴反应4h。经高速离心分离出SiO2小球，然后用无水乙醇反复离心洗涤，直至溶液为中性，干燥得到SiO2粉末。其中正硅酸四乙酯(TEOS)中SiO2含量不低于28％，氨水(NH3H2O)含量为25％-28％。然后将所得SiO2在200℃熔盐体系中，采用金属Al还原，制备得到纳米硅。其中，在S2中，所述聚丙烯、聚乙烯、纳米硅可在S1中任一工序内加入。作为本专利技术的优选方案，提供一种电池负极片的制备方法，包括：石墨负极粉40-42份，聚偏氟乙烯0.2-0.8份，导电炭黑2-3份，草酸2-5份，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮45-50份；纳米级聚丙烯0.8-1.5份，纳米级聚乙烯1-2.5份，纳米硅0.8-1.5份；其中，在上述取值范围内，纳米级聚丙烯的添加量小于纳米级聚乙烯的添加量。采用上述特定的组分及重量配比，能够从整体协同，以更好的防止电池内短路的发生，且还有提升电池容量的效果。本专利技术制备的负极片，可以有效的防止因电池内短路导致热失控的发生，从而在设计源头最大化解决三元电池的安全隐患问题。本专利技术制备的负极片通过加入纳米级聚丙烯、聚乙烯、纳米硅，在电池发生内短路温度升高时，聚丙烯、聚乙烯粉末熔化，使得电池负极形成强韧的纳米界面。能够有效阻断锂离子迁移通道，同时即使有少量的锂离子发生反应迁移到负极，纳米硅也可以增加负极与锂离子反应，防止出现析锂现象，抑制树状结晶生长刺破隔膜，避免正负极进一步接触造成电池热失控的发生，从而解决一直以来困扰行业的安全性问题。本专利技术一并提供一种包含上述负极片的电池，作为优选，所述电池的正极片采用镍钴锰酸锂(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)。当正极片采用镍钴锰酸锂时，更能体现防止热失控的优点。更进一步地，上述正极片以中国专利公开号CN106848194A所提供的方法制备。附图说明图1为本专利技术电池负极片制备方法步骤图图2为本专利技术电池发生内短路保护原理图具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。以下各实施例中，所涉及聚丙烯、聚乙烯、纳米硅均经超细粉磨纳米化至三个维度均在100nm以下。以下各实施例中，所采用的纳米级聚丙烯、聚乙烯均由以下方法制备得到：按高密度聚丙烯或聚乙烯质量计，将1％-8％活化后的有机蒙脱土和相容剂，1％-8％的羧酸，同高密度聚丙烯或聚乙烯在150-200℃温度下熔融共混，再经挤出造粒，即可得纳米级的聚丙烯或聚乙烯；其中，所述相容剂为环状酸酐，选自马来酸酐或邻苯二甲酸酐，所述有机蒙脱土为酸活化的有机蒙脱土。以下各实施例中，所采用的纳米硅均由以下方法制备得到：将正硅酸四乙酯，加入混合5min以上的无水乙醇、氨水中，在水解温度25-30℃下水浴反应4-5h。经高速离心分离出SiO2小球，然后用无水乙醇反复离心洗涤，直至溶液为中性，干燥得到SiO2粉末；其中正硅酸四乙酯中SiO2含量不低于28％，氨水含量为25％-28％；然后将所得SiO2在200℃熔盐体系中，采用金属Al还原，制备得到纳米硅。实施例1在本实施例中，首先将石墨负极粉84Kg、聚偏氟乙1Kg，导电炭黑4Kg，草酸6Kg(质量浓度为99.6％)，N-甲基吡咯烷酮98Kg，聚丙烯2Kg、聚乙烯3Kg，纳米硅2Kg混合成均匀的浆料。将浆料搅拌6小时。将浆料用涂布机在集流体铜箔带上涂布。将涂布好的负极片烘干，进行辊压和切片即得到所需负极片。所述聚丙烯、聚乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高安全型三元电池负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：按照重量份计，将碳素负极粉40‑45份与粘结剂0.2‑1份、导电剂1‑5份、有机酸2‑8份和有机溶剂45‑55份进行混合打浆，制成稳定的浆料；S2：向S1所得浆料中加入纳米级聚丙烯和/或聚乙烯，以及纳米硅；所述纳米硅相对于S1所得浆料的添加量为0.1％‑2.5％；和/或，所述纳米硅相对于纳米级聚丙烯和/或聚乙烯的用量为4％‑100％；S3：将S2所得浆料涂布在铜箔带上，经烘干、辊压和切片，制成所述负极片。

【技术特征摘要】
1.一种高安全型三元电池负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：按照重量份计，将碳素负极粉40-45份与粘结剂0.2-1份、导电剂1-5份、有机酸2-8份和有机溶剂45-55份进行混合打浆，制成稳定的浆料；S2：向S1所得浆料中加入纳米级聚丙烯和/或聚乙烯，以及纳米硅；所述纳米硅相对于S1所得浆料的添加量为0.1％-2.5％；和/或，所述纳米硅相对于纳米级聚丙烯和/或聚乙烯的用量为4％-100％；S3：将S2所得浆料涂布在铜箔带上，经烘干、辊压和切片，制成所述负极片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米硅与S1所得浆料的比例为(0.8-1.5)：(88-101)；和/或，所述纳米级的聚丙烯和所述纳米级的聚乙烯的重量比例为(0.5-0.8)∶1。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述碳素负极粉选自人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳中的一种；和/或，所述粘结剂为聚偏氟乙烯；和/或，所述导电剂选自超级碳黑、导电碳黑、碳纤维或碳纳米管中的一种或多种。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述有机酸为草酸；和/或，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述纳米级聚丙烯、聚乙烯和纳米硅，均为颗粒粒径三个维度均在100nm内。6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述纳米级聚丙烯、聚乙烯的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：何培爽，杨慧敏，郑淑芬，贾跃祥，赵张宝，
申请(专利权)人：北京鼎能开源电池科技股份有限公司，固安锋行科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11