一种高安全性能锂离子动力电池制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高安全性能锂离子动力电池。所述锂离子动力电池包括正极极片、隔膜、负极极片、电解液、外接端子和外壳，所述正极极片包括双面涂覆有PTC涂层的PTC涂覆铝箔集流体和涂覆在该集流体表面的高镍正极材料，所述正极极片的制作方法包括以下步骤：首先将PTC图层原料的各组分PTC材料、导电剂、粘结剂和溶剂混合后制作成浆料，然后将浆料在铝箔双面上进行涂覆并烘干，得到PTC涂覆铝箔集流体；将高镍正极材料浆料均匀涂覆在PTC涂覆铝箔集流体上，然后经过烘烤、碾压、分切和烘烤，得到正极极片；所述隔膜为双面陶瓷涂层隔膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种高安全性能锂离子动力电池。
技术介绍
随着市场需求，电动汽车对单体电池的安全性能提出更高的要求。目前改善电池安全性能的方法，主要采用向电解液中添加阻燃添加剂，或者采用PP、PE、PP-PE-PP陶瓷单面涂层隔膜。电解液中添加阻燃添加剂，安全性能得到提高，但是电解液电导率下降，影响电池的放电性能。采用PP、PE、PP-PE-PP涂层隔膜，虽然有效地增加电池的安全使用性，但是常规PP、PE、PP-PE-PP隔膜的熔点为130℃~160℃左右，经过涂层处理后熔点上升至180℃左右，安全性能改善有限。PTC材料具有正温度响应特征，它在居里温度附近其电阻会急剧增大。基于以上因素，现阶段一些商业电池组一般在外部附带上PTC元件或者在电池头部附带上PTC元件，但是这些元件远离电极、电解液界面，对热失控不能起到及时的监控和抑制作用。普通电池使用的PP、PE、PP-PE-PP或聚烯烃单面涂层隔膜，当温度大于130℃时，隔膜闭孔，电池内阻增大。但是动力电池能量大，隔膜闭孔后电池温度会持续上升超过隔膜熔点，隔膜出现收缩，正极和负极极片接触短路，加剧热量产生，电池发生起火或爆炸现象。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述问题，提供了一种高安全性能锂离子动力电池。本专利技术制作的动力电池使用双面陶瓷涂层陶瓷隔膜，当电池温度过高隔膜收缩时，双面陶瓷涂层起到骨架支撑作用，防止正极和负极接触，提高电池安全性能。正极铝箔集流体进行PTC双面涂层处理，电池正常使用时，PTC涂层中的导电炭黑提高电池电化学性能；当电池发生异常温度大于100℃时，PTC材料发生膨胀，极片内阻上升，电池内阻急剧增大，降低电池发热量，提高电池安全性能。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高安全性能锂离子动力电池，所述锂离子动力电池包括正极极片、隔膜、负极极片、电解液、外接端子和外壳，所述正极极片包括双面涂覆有PTC涂层的PTC涂覆铝箔集流体和涂覆在该集流体表面的高镍正极材料，所述正极极片的制作方法包括以下步骤：首先将PTC图层原料的各组分PTC材料、导电剂、粘结剂和溶剂混合后制作成浆料，然后将浆料在铝箔双面上进行涂覆并烘干，得到PTC涂覆铝箔集流体；将高镍正极材料浆料均匀涂覆在PTC涂覆铝箔集流体上，然后经过烘烤、碾压、分切和烘烤，得到正极极片；所述隔膜为双面陶瓷涂层隔膜。作为优选，所述PTC涂层由以下质量百分比的组分组成：65-92%的PTC材料、3-20%的导电炭黑和5-15%的聚偏氟乙烯粘结剂。作为优选，铝箔厚度为10-20微米；PTC图层的厚度为0.5-2微米。作为优选，所述隔膜的基体为聚乙烯或聚丙烯，厚度为9-25μm，孔隙率为40-50%，透气率为150-310cm3/sec。作为优选，所述陶瓷为三氧化二铝或氧化硅，单面涂层厚度为2.5-5微米。所述双面陶瓷涂层隔膜：采用具有微孔结构的16-35微米厚度的氧化铝或二氧化硅陶瓷涂层隔膜，隔膜孔隙率为40-50%。作为优选，所述高镍正极材料为Ni0.5Co0.2Mn0.3O2、Ni0.6Co0.2Mn0.2O2、Ni0.7Co0.15Mn0.15O2、Ni0.8Co0.1Mn0.1O2、Ni0.8Co0.05Mn0.15O2或Ni0.8Co0.15Al0.05O2。所述负极极片通过将负极材料例如天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、碳硅复合材料，溶剂例如N-N-二甲基吡咯烷酮或去离子水，导电炭黑例如SP或ECP、碳纳米管（CNT或WCNT）、鳞状石墨、气相生长碳纤维（VGCF）等至少一种材料，粘结剂例如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚酰胺（PI）、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠（CMC）、丁乳橡胶（SBR），均匀混合后涂覆在负极集流体上烘干，碾压，制片。所述电解液主要锂盐和溶剂包含例如六氟磷酸锂、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯等有机溶剂混合物，添加剂包括碳酸亚乙烯酯（VC）、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯（FEC）、碳酸乙烯亚乙酯（VEC）、邻苯二酚碳酸酯（CC）等物质。所述外接端子，正极采用纯度大于98.%铝材质，负极采用铜镀镍材质。所属外壳为塑壳、钢壳、铝壳或者铝塑膜中的一种，其中铝塑膜采用具有尼龙层、粘结层、PP层、粘结层、铝箔、粘结层、PP层层状复合结构材料。本专利技术与现有技术相比，有益效果是：（1）通过在铝箔上双面涂覆PTC材料，可以在电池发生短路、针刺等情况下，电池温度超过100℃时，极片和电池内阻迅速上升，减小电池发热量，提高电池安全性能；（2）通过使用双面陶瓷涂层隔膜，当电池温度超过隔膜熔点时，陶瓷涂层支撑隔膜骨架，防止正极和负极接触，提高电池安全性能。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步描述说明。如果无特殊说明，本专利技术的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。对比例1制备正极极片：混合93.5重量份的三元材料（Ni1/3Co1/3Mn1/3O2)，2.5重量份的导电炭黑SP，1重量份的气相生长碳纤维（VGCF），以及3重量份的聚偏氟乙烯（PVDF），并添加80重量份的N-N-二甲基吡咯烷酮搅拌形成浆液，均匀涂覆在铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极极片。制备负极极片：混合95重量份的人造石墨，1重量份的导电炭黑SP，1.5重量份的羧甲基纤维素钠(CMC)以及2.5重量份的丁苯橡胶(SBR)，并添加140重量份的去离子水搅拌形成浆液，均匀的涂覆在负极基流体铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极极片。准备隔膜：隔膜采用厚度为25微米的微孔复合膜（PP），透气度248cm3/sec，孔隙率47%。准备电解液：电解液采用1.25mol/L的六氟磷酸锂溶解到碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯、碳酸亚乙烯酯和亚硫酸丙烯酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯、碳酸亚乙烯酯和亚硫酸丙烯酯的体积比为（55:36:5:2:2）。准备外壳：外壳采用铝塑膜，铝塑膜采用厚度为152微米具有尼龙层、粘结层、PP层、粘结层、铝箔、粘结层、PP层层状复合结构材料。准备外接端子：正极端子采用0.2毫米厚铝材质极耳，负极端子采用0.2毫米铜镀镍极耳。准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，单向焊接极耳；然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成28Ah锂离子动力电池。实施例1准备PTC双面涂层铝箔（PTC涂覆铝箔集流体）：混合88重量份的PTC粉末，4重量份的炭黑ECP，8重量份的聚偏氟乙烯（PVDF），并添加200重量份的N-N-二甲基吡咯烷酮搅拌形成浆液，均匀双面涂覆在铝箔上，干燥后制成PTC涂层铝箔，其中单面涂层厚度为1微米。制备正极极片：采用高镍三元材料（Ni0.6Co0.2Mn0.2O本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高安全性能锂离子动力电池，其特征在于，所述锂离子动力电池包括正极极片、隔膜、负极极片、电解液、外接端子和外壳，所述正极极片包括双面涂覆有PTC涂层的PTC涂覆铝箔集流体和涂覆在该集流体表面的高镍正极材料，所述正极极片的制作方法包括以下步骤：首先将PTC图层原料的各组分PTC材料、导电剂、粘结剂和溶剂混合后制作成浆料，然后将浆料在铝箔双面上进行涂覆并烘干，得到PTC涂覆铝箔集流体；将高镍正极材料浆料均匀涂覆在PTC涂覆铝箔集流体上，然后经过烘烤、碾压、分切和烘烤，得到正极极片；所述隔膜为双面陶瓷涂层隔膜。

【技术特征摘要】
1.一种高安全性能锂离子动力电池，其特征在于，所述锂离子动力电池包括正极极片、隔膜、负极极片、电解液、外接端子和外壳，所述正极极片包括双面涂覆有PTC涂层的PTC涂覆铝箔集流体和涂覆在该集流体表面的高镍正极材料，所述正极极片的制作方法包括以下步骤：首先将PTC图层原料的各组分PTC材料、导电剂、粘结剂和溶剂混合后制作成浆料，然后将浆料在铝箔双面上进行涂覆并烘干，得到PTC涂覆铝箔集流体；将高镍正极材料浆料均匀涂覆在PTC涂覆铝箔集流体上，然后经过烘烤、碾压、分切和烘烤，得到正极极片；所述隔膜为双面陶瓷涂层隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种高安全性能锂离子动力电池，其特征在于，所述PTC涂层由以下质量百分比的组分组成：65-92%的PTC材料、3-20%的导电炭黑和5-15%的聚偏氟乙烯粘结剂。
3.根据权利要求1所述的一种高安...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕豪杰，金荣在，李青柱，高新宝，
申请(专利权)人：万向A一二三系统有限公司，万向电动汽车有限公司，万向集团公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33