一种高安全性锂离子电池负极极片、制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高安全性锂离子电池负极极片、制备方法和应用，属于锂离子动力电池技术领域。本发明专利技术中高安全性锂离子电池负极极片具有双涂层结构，在活性物质涂层表面涂覆有隔离层，隔离层的存在能有效避免负极活性材料与电解液直接接触，减少SEI膜的形成量并降低电阻，从而提高负极材料的利用率以及锂电池的首次化成效率和安全性能。隔离层中含有有机锂化合物和成膜剂，其中有机锂化合物具有离子导电性，在锂电池充放电过程中能提高锂离子的传输速率，有效降低锂析出产生枝晶刺破隔膜的几率，而成膜剂在电池温度过高时能在隔离层表面形成一层半导体薄膜，避免电池因热失控造成短路，从而提高锂电池的安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高安全性锂离子电池负极极片、制备方法和应用
本专利技术涉及一种高安全性锂离子电池负极极片，以及该负极极片的制备方法和应用，属于锂离子动力电池

技术介绍
负极材料是锂离子动力电池的主要组成部分，其性能的优劣直接影响锂电池的循环性能、倍率性能及安全性能，而安全性能是决定电池能否推广应用的关键所在。目前锂电池主要存在以下安全隐患：电池内部短路、外部短路以及过充过放引起的金属锂析出，均会导致电池燃烧。其中金属锂析出是影响锂电池安全性能的最重要因素，锂电池在大倍率充放电条件下负极材料表面易出现析锂现象，致使容纳锂离子的空间不足，锂离子在负极表面堆积形成枝晶，刺破隔膜从而造成锂电池短路，降低电池的安全性。为克服金属锂析出所采取的的措施主要包括负极材料适度过量、使用陶瓷隔膜或功能性电解液等。上述方法虽能在一定程度上提高锂电池的安全性能，但是仅对材料进行改性，没有从根本上解决负极表面金属锂堆积的问题。中国专利(申请号：201210591382.0)一种锂离子电池及其制备方法，公开了一种具有双涂层结构的负极极片，其中内涂层涂覆于负极片表面，外涂层涂覆于内涂层表面，内、外涂层均采用能可逆结合(嵌入和脱出)锂离子及锂金属的氮化物、PAS、锡基氧化物、锡合金、碳素材料、纳米负极材料等。当锂电池充电时，从正极脱出的大量Li+嵌入到内涂层内部或表面，剩余少量Li+与外涂层结合，从而防止多余Li+在负极表面沉淀形成锂枝晶。上述专利中负极材料的克容量、倍率性能及电压平台方面性能均有所提升，但是由于外涂层材料活性较大且在电池中与电解液直接接触，使得材料与电解液的相容性差，进而影响电池的循环性能。同时内、外涂层采用的锂金属氮化物等无机材料不利于电池安全性能的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高安全性锂离子电池负极极片，以解决负极表面金属锂堆积的问题，提高电池材料的克容量、倍率、循环等电化学性能，同时提高材料与电解液的相容性及安全性能。同时，本专利技术提供一种高安全性锂离子电池负极极片的制备方法。最后，本专利技术提供一种高安全性锂离子电池负极极片在制备锂离子动力电池中的应用。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种高安全性锂离子电池负极极片，包括集流体和涂覆在集流体表面的活性物质涂层，所述活性物质涂层表面涂覆有隔离层，隔离层中含有有机锂化合物。所述集流体为铜箔、铝箔等中任一种。所述有机锂化合物的化学通式为RLi(R为烃基)，选自甲基锂、丁基锂、仲丁基锂、正己基锂、苯基锂等中任一种。有机锂化合物具有离子导电性，在充放电过程中能提高锂离子的传输速率。优选的，所述隔离层中还含有成膜剂。所述隔离层包括以下质量份数的组分：粘结剂A0.02～0.2份、导电剂A0.02～0.2份、有机锂化合物0.01～0.1份、成膜剂0.01～0.1份、溶剂A1份。所述成膜剂为δ-戊内酯、γ-戊内酯、γ-己内酯、ε-己内酯等中的一种或多种。成膜剂的作用是在电池温度过高时，在隔离层表面形成一层半导体薄膜，避免电池因热失控造成短路，从而提高锂电池的安全性能。所述粘结剂A为聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸等中任一种。所述导电剂A为纳米导电碳、SupperP、KS-6等中的一种或多种，均为市售商品。纳米导电碳可购自天津星龙泰炭黑有限公司，SupperP、KS-6均可购自广东捷进化工有限公司。所述溶剂A为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。所述隔离层的涂覆面密度为0.1～10g/m2，涂覆厚度低，保证不降低锂电池能量密度。所述隔离层采用喷涂或凹版印刷技术涂覆在活性物质涂层表面。所述活性物质涂层主要由负极活性材料、导电剂和粘结剂组成，以质量比计，负极活性材料:导电剂B:粘结剂B＝(92～96):(1～2):(2～7)。所述活负极活性材料为石墨类，如人造石墨等。所述导电剂B为SP导电剂，为市售商品。SP导电剂可购自广东捷进化工有限公司。所述粘结剂B为羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)、LA132等中的一种或多种，均为市售商品。羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶均可购自新乡市金邦电源科技有限公司，LA132可购自成都茵地乐电源科技有限公司。所述活性物质涂层的涂覆面密度为120～180g/m2。一种高安全性锂离子电池负极极片的制备方法，包括以下步骤：(1)活性物质涂层涂覆液的制备将负极活性材料、导电剂B和粘结剂B分散到溶剂B中，混匀备用；(2)隔离层涂覆液的制备在温度20～30℃、露点小于-50℃(常压)条件下，将粘结剂A、导电剂A、有机锂化合物和成膜剂分散到溶剂A中，混匀备用；(3)负极极片的制备在集流体上涂覆活性物质涂层涂覆液，干燥后在活性物质涂层表面涂覆隔离层涂覆液，干燥，即得。所述步骤(1)中负极活性材料、导电剂B与粘结剂B的质量比为(92～96):(1～2):(2～7)。所述步骤(1)中溶剂B为水。所述步骤(1)中负极活性材料、导电剂B、粘结剂B三者质量之和与溶剂B的质量比为(95～105):(100～130)。所述步骤(2)中在温度20～30℃、露点小于-50℃(常压)条件下，环境中水分含量极低，有机锂化合物性质稳定，不易与水发生反应。一种高安全性锂离子电池负极极片在制备锂离子电池中的应用。本专利技术的有益效果：本专利技术中高安全性锂离子电池负极极片具有双涂层结构，在活性物质涂层表面涂覆有隔离层，隔离层的存在能有效避免负极活性材料(如石墨类)与电解液直接接触(石墨负极与电解液直接接触易形成较厚的SEI膜，同时消耗部分电解液，导致不可逆容量增加，另外SEI膜对电极活性物质的表面钝化易使电池产生自放电，加之SEI膜对高温敏感，电池在高/低温时性能下降)，减少SEI膜的形成量并降低电阻，从而提高负极材料的利用率以及锂电池的首次化成效率和安全性能。本专利技术中锂电池负极极片的隔离层中含有有机锂化合物和成膜剂，其中有机锂化合物具有离子导电性，在锂电池充放电过程中能提高锂离子的传输速率，有效降低锂析出产生枝晶刺破隔膜的几率；成膜剂在电池温度过高时能在隔离层表面形成一层半导体薄膜，避免电池因热失控造成短路，从而提高锂电池的安全性能。同时隔离层中含有的导电剂还能提高电子的传输速率。附图说明图1为本专利技术实施例1中高安全性锂离子电池负极极片的扫描电镜图；图2为对比例中锂离子电池负极极片的扫描电镜图。具体实施方式下述实施例仅对本专利技术作进一步详细说明，但不构成对本专利技术的任何限制。实施例1本实施例中高安全性锂离子电池负极极片，包括集流体和涂覆在集流体表面的活性物质涂层，所述活性物质涂层表面涂覆有隔离层，隔离层中含有丁基锂和δ-戊内酯。本实施例中高安全性锂离子电池负极极片的制备方法，包括以下步骤：(1)活性物质涂层涂覆液的制备将1.5克CMC粉体加入到122克二次蒸馏水中，在搅拌速度20转/分条件下分散24小时，加入2.0克SP导电剂，并在公转速度40转/分、自转速度5000转/分条件下搅拌3小时，之后分三次(间隔1小时)加入总质量94.5克人造石墨(负极活性材料)，最后加入2.0克SBR，搅拌30分钟后再反转30分钟备用；(2)隔离层涂覆液的制备在温度25℃、露点-60℃(常压)条件下，将40克聚偏二氟乙烯(PVDF，分子量在100～120万之间)加入到700克纯度为99.99％的N-甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高安全性锂离子电池负极极片，包括集流体和涂覆在集流体表面的活性物质涂层，其特征在于：所述活性物质涂层表面涂覆有隔离层，隔离层中含有有机锂化合物。

【技术特征摘要】
1.一种高安全性锂离子电池负极极片，包括集流体和涂覆在集流体表面的活性物质涂层，其特征在于：所述活性物质涂层表面涂覆有隔离层，隔离层中含有有机锂化合物；所述有机锂化合物为甲基锂、丁基锂、仲丁基锂、正己基锂、苯基锂中任一种；所述锂离子电池负极极片由以下步骤制得：（1）活性物质涂层涂覆液的制备在温度20～30℃、露点小于-50℃条件下，将负极活性材料、导电剂B和粘结剂B分散到溶剂B中，混匀备用；（2）隔离层涂覆液的制备在温度20～30℃、露点小于-50℃条件下，将粘结剂A、导电剂A、有机锂化合物和成膜剂分散到溶剂A中，混匀备用；（3）负极极片的制备在集流体上涂覆活性物质涂层涂覆液，干燥后在活性物质涂层表面涂覆隔离层涂覆液，干燥，即得。2.根据权利要求1所述的高安全性锂离子电池负极极片，其特征在于：所述隔离层包括以下质量份数的组分：粘结剂A0.02～0.2份、导电剂A0.02～0.2份、有机锂化合物0.01～0.1份、成膜剂0.01～0.1份、溶剂A1份。3.根据权利要求2所述的高安全性锂离子电池负极极片，其特征在于：所述成膜剂为δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：何伟，刘敏，袁健，陈龙飞，邓蒙杰，
申请(专利权)人：中航锂电洛阳有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41