锂离子电池及其正极片制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池正极片，其包括正极集流体和分布在正极集流体上的正极活性物质层，正极活性物质层上分布有隔热层，隔离层含有隔热空心小颗粒和粘结剂，隔热空心小颗粒的空心体积与隔热空心小颗粒的体积比为0.3～0.7。此外，本发明专利技术还公开了一种采用本发明专利技术锂离子电池正极片的锂离子电池。本发明专利技术锂离子电池具有理想的安全性，当锂离子电池出现内短路或过充时，正极片的隔热层中的隔热空心小颗粒可以有效阻止热量传递到正极片并引发正极片的热失控，防止锂离子电池燃烧或爆炸。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种锂离子电池正极片，其包括正极集流体和分布在正极集流体上的正极活性物质层，正极活性物质层上分布有隔热层，隔离层含有隔热空心小颗粒和粘结剂，隔热空心小颗粒的空心体积与隔热空心小颗粒的体积比为0.3～0.7。此外，本专利技术还公开了一种采用本专利技术锂离子电池正极片的锂离子电池。本专利技术锂离子电池具有理想的安全性，当锂离子电池出现内短路或过充时，正极片的隔热层中的隔热空心小颗粒可以有效阻止热量传递到正极片并引发正极片的热失控，防止锂离子电池燃烧或爆炸。【专利说明】锂离子电池及其正极片
本专利技术属于锂离子电池领域，更具体地说，本专利技术涉及一种具有理想安全性的锂离子电池及其正极片。
技术介绍
锂离子电池具有体积小、能量高和无污染等优点，因此已经广泛应用于移动设备、大功率动力设备(电动汽车)和储能电站。随着锂离子电池的广泛应用，其安全性的重要性日益凸显，如何保证锂离子电池的安全性已成为各大锂电厂商的重要研究课题。锂离子电池可能发生的安全问题主要有:由于电池使用不当或其他原因，造成电池过度充电；电池在恶劣环境下使用(比如发生撞击、高温下长时间使用)，导致电池内部发生严重的内短路或电极材料发生反应，放出大量热并将电解液点燃，导致电池燃烧或爆炸，其中，挤压和穿钉属于内短路测试。无论是内短路还是过充，都会放出大量的热，进而引发负极的热扩散和正极的释氧燃烧。理论认为，当锂离子电池内部出现短路时，内短路放出的热是否足以引起锂离子电池正极的热失控是决定电芯是否安全的重要因素。目前，防止锂离子电池热失控的方法主要集中在:通过更改电池的机械结构来防止电池热失控的发生。这些方法虽然可以在一定程度上改善电池的安全性，但也会带来一些负面影响，例如影响电池的电化学性能，降低电池的能量密度，或者新增其他一些安全风险。正极保护是提高锂离子电池安全性的重要手段之一，目前正极保护的技术手段主要有:(I)在现有的正极片表面涂覆一层高安全的涂层，高安全的涂层可以是锰酸锂或其改性化合物，如此可以降低正极对电解液的氧化能力，并在一定程度上隔离内部化学反应产热；但是，在正常使用过程中，高安全的涂层会钝化正极，增加电池的阻抗；此外，一旦电池发生短路，高安全的涂层并不能阻止电池的进一步失控。(2)在正极片表面涂覆一层纳米级无机物涂层，隔绝极片表面热量的积累，防止极片的进一步热失控。(3)在正极片表面涂覆一层高分子涂层，如聚乙烯涂层，高分子涂层不仅可以防止正、负极片之间因为毛刺或小金属颗粒短路，而且可以在发生短路时熔化成一层绝缘膜，切断离子通路，保护电池。在正极片表面涂覆一层纳米级无机物涂层或者高分子涂层虽然可以在一定程度上阻止热量的传递，但是限于其热导率的大小，并不能起到很好的隔热效果。 有鉴于此，确有必要提供一种具有理想安全性的锂离子电池及其正极片。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:提供一种具有理想安全性的锂离子电池及其正极片。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种锂离子电池正极片，其包括正极集流体和分布在正极集流体上的正极活性物质层，其中，正极活性物质层上分布有隔热层，隔离层含有隔热空心小颗粒和粘结剂，隔热空心小颗粒的空心体积与隔热空心小颗粒的体积比为 0.3 ~0.7。电芯发生内短路时，短路点会瞬间产生大量的热，导致电芯局部温度过高。短路点的高温会引发电芯内材料的化学反应，例如，负极膜片与电解液反应发生热扩散、正极膜片与电解液反应释氧相变放热。锂离子电池发生内短路时，只要温度达到了负极膜片发生化学反应的温度点，就会引起负极膜片反应放热。如果只是负极膜片热失控，不会造成锂离子电池燃烧或爆炸。只有产生的高温足以引发正极的热失控才会造成锂离子电池内部有氧气释放，将高温的电解液点燃，引起电池的热失控。本专利技术提供的锂离子电池正极片，因为表面涂有一层含有隔热空心小颗粒和粘结剂的隔热层，可以在电芯发生短路时有效阻止热量扩散到正极，从而起到保护正极片的目的，防止电芯燃烧，提高锂离子电池的安全性。本专利技术锂离子电池正极片中，隔热空心小颗粒的空心体积占隔热空心小颗粒的体积的30%~70%。如此，可以显著降低隔热层的热导率，有效保护锂电池正极片，阻止来自于内短路和负极反应产生的热。相对于实心隔热材料，隔热空心小颗粒具有更理想的隔热效果:热量在介质中的传递方式包括热传导、热对流和热辐射，对于传热介质来说，空气的热导率要远低于固体材料，因此本专利技术采用隔热空心小颗粒是基于热传导的原理来减小隔热层的热导率，比采用实心隔热材料能更有效地阻止热量的传递，减少正极片所受的热量。此外，采用隔热空心小颗粒，可以在保证隔热效果的前提下，降低电芯的质量，提高电芯的能量密度。作为本专利技术锂离子电池正极片的一种改进，所述隔热层的热导率≤ 0.5ff/m.K。作为本专利技术锂离子电池正极片的一种改进，所属隔热空心小颗粒选自氧化铝、氧化镁、硅酸铝、二氧化硅气凝胶中的一种或多种。采用这些隔热材料的原因主要有:首先，这些隔热材料具有较低的热导率·，可以有效隔绝热量；其次，这些隔热材料不会与电极里的材料反应，不会影响电芯的电化学性能。作为本专利技术锂离子电池正极片的一种改进，所述隔热层的厚度为正极活性物质层的厚度的5~30%。如此，既可以有效地隔绝热量的传递，又可以尽可能不显著降低的能量山/又ο作为本专利技术锂离子电池正极片的一种改进，所述隔热层中隔热空心小颗粒的壳体体积占整个隔热空心小颗粒的体积比为0.3~0.7。如此，既可以显著降低热导率，又能尽量避免空心小颗粒因过薄而发生破裂。作为本专利技术锂离子电池正极片的一种改进，所述隔热空心小颗粒在室温下的热导率≤ 0.05ff/m.K。作为本专利技术锂离子电池正极片的一种改进，所述隔热空心小颗粒的中值粒径为0.02~Ιμπι。如此，可以可方便控制隔热层的涂布厚度。作为本专利技术锂离子电池正极片的一种改进，所述隔热空心小颗粒的形状为球形、椭球形或其他不规则形状。作为本专利技术锂离子电池正极片的一种改进，所述隔热层的孔隙率为30%~50%。如此，既可减小锂离子电池的极化，也不会降低隔热效果。为了实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种锂离子电池，其包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔膜，以及电解液，其中，正极片为前述锂离子电池正极片。本专利技术锂离子电池具有理想的安全性，当锂离子电池出现内短路或过充时，正极片的隔热层中的隔热空心小颗粒可以有效阻止热量传递到正极片进而引发正极片的热失控，防止锂离子电池燃烧或爆炸。【专利附图】【附图说明】以下结合附图和实施例，对本专利技术锂离子电池及其正极片进行进一步详细说明，附图中:图1为本专利技术锂离子电池正极片的结构示意图。图2为本专利技术隔热层中的空心小颗粒的示意图。【具体实施方式】为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案和技术效果更加清晰，以下结合附图和实施例，对本专利技术进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中给出的各个实施例仅仅是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术，本专利技术并不局限于说明书中给出的各个实施例。请参阅图1所示，本专利技术锂离子电池正极片包括:正极集流体10、分布在正极集流体10上的正极活性物质层12，以及分布在正极活性物质层12上的隔热层14，其中，隔离层14含有隔热空心小颗粒和粘结剂，隔热空心小颗粒选自氧化铝、氧化镁、硅酸铝、二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极片，包括正极集流体和分布在正极集流体上的正极活性物质层，其特征在于：所述正极活性物质层上分布有隔热层，隔离层含有隔热空心小颗粒和粘结剂，隔热空心小颗粒的空心体积与隔热空心小颗粒的体积比为0.3～0.7。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武卫忠，陈小波，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35