一种阻燃涂层及其应用该阻燃涂层的锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种阻燃涂层，属于锂离子电池技术领域，包含如下质量百分比的原料：阻燃添加剂15～50％、溶剂45～80％、粘结剂0.5～12％。本发明专利技术还提供了应用上述阻燃涂层的锂离子电池及其制备方法。本发明专利技术具有阻燃、隔热和绝缘作用，能够通过化学和物理的双重方式有效预防和抑制锂离子电池大规模热失控，提高锂离子电池安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，具体是一种阻燃涂层及其应用该阻燃涂层的锂离子电池。
技术介绍
由于锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、适用温度范围宽、循环寿命长、无记忆效应的优点，在军事、医疗、电动工作、3C、储能，以及电动交通工具等领域都得到了广泛的应用。然而，随着锂离子电池在这些领域应用过程中出现的着火、爆炸等安全事故的发生，锂离子电池在极端使用情况下的热失控问题日益凸显，成为该领域亟待解决的重要问题。在锂离子电池中加入安全涂层或者有机阻燃添加剂，是提高锂离子电池安全性能的方法之一。现有安全涂层的成分主要是以氧化铝为代表的金属氧化物。金属氧化物类涂层具有隔热、绝缘的作用，能够一定程度上减少电芯的内部短路，减少热失控反应点的形成。但是热失控反应点一旦形成，热失控反应被触发后，该安全涂层只起到物理手段阻隔正负极极片，减缓热失控反应热量扩散的作用，不能在热失控反应温度较低的初期阶段，起到疏散热量和减少热失控面积、减缓热失控剧烈程度的作用。以磷酸酯类、亚磷酸酯类、有机卤代物类和磷腈类为主的电解液有机阻燃添加剂对抑制锂离子电池的热失控反应具有一定的作用，但是该有机阻燃添加剂成本高，对锂离子电池的性能有一定的影响，例如倍率性能变差，循环寿命减少等。该类有机阻燃添加剂与一般配方的电解液兼容性差，需匹配特定配方(溶剂、溶质、添加剂比例)的电解液，才能不会降低电解液的化学、电化学稳定性。同时，其阻燃效果与匹配电解液的配方密切相关，只有匹配合适的电解液配方，该类有机阻燃添加剂才能发挥出阻燃效果。再者，在锂离子电池的正常充放电使用过程中，有机类阻燃添加剂处于静默状态，不发挥阻燃作用。其阻燃作用的发挥有赖于热失控反应发生后，阻燃添加剂被触发，通过发生有机反应形成阻燃物质，从而起到阻燃效果。然而，在实际的热失控反应过程中，由于有机反应速率较低，在阻燃添加剂反应形成具有阻燃效果的物质之前，热失控反应就已经大规模扩散，进入不可控状态。综上，应用于电解液的有机阻燃添加剂阻燃效果较差，适用范围窄，难以大规模推广。本专利技术提供一种阻燃涂层及其应用该阻燃涂层的锂离子电池。阻燃涂层具有阻燃、隔热和绝缘作用，能够通过化学和物理的双重方式有效预防和抑制锂离子电池大规模热失控，提高锂离子电池安全性。同时，该阻燃涂层及其电池还具有易加工、成本低的特点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提供一种阻燃涂层，具有阻燃、隔热和绝缘作用，能够通过化学和物理的双重方式有效预防和抑制锂离子电池大规模热失控，提高锂离子电池安全性。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种阻燃涂层，包含如下质量百分比的原料：阻燃添加剂15～50％溶剂45～80％粘结剂0.5～12％。进一步地，包含如下质量百分比的原料：阻燃添加剂35～50％溶剂55～65％粘结剂2～10％。进一步地，所述阻燃添加剂为碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐中的一种或几种以任意比例混合使用。进一步地，所述阻燃添加剂为氢氧化铝、拟薄水铝石、薄水铝石、氢氧化锆、碳酸镁、碱式碳酸镁、碳酸钙中的一种或几种以任意比例混合使用。进一步地，所述粘结剂为丙烯酸酯、环氧树脂、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚氨酯、聚偏氟乙烯、聚乙烯比咯烷酮中的一种或几种以任意比例混合使用。进一步地，所述溶剂为水、NMP、丙酮、乙醇中的一种或几种以任意比例混合使用。本专利技术还提供了应用上述阻燃涂层的锂离子电池。一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，锂离子电池的正极片、负极片或隔膜的至少一面上涂覆有阻燃涂层。本专利技术还提供了上述锂离子电池的制备方法。上述锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：(1)称取各原料组分，分散后得到阻燃涂层的浆料；(2)将阻燃涂层的浆料涂覆在正极片、负极片或隔膜的至少一面上，在正极片、负极片或隔膜上形成阻燃涂层；(3)将涂覆有阻燃涂层的正极片、负极片或隔膜进行碾压、冲切并进行装配封装，形成锂离子电池芯包；(4)将电池芯包进行注液、陈化，对陈化后的锂离子电池进行化成，即得到正极、负极或隔膜上涂覆有阻燃涂层的锂离子电池。进一步地，所述阻燃涂层的单面涂覆厚度为0.5～10μm。进一步地，所述阻燃涂层涂覆在正极片、负极片或隔膜上的面密度为0.05～1.3mg/cm2相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：与现有直接采用绝缘、隔热的常规无机金属氧化物类安全涂层的技术相比，本专利技术所述阻燃涂层除了由于其绝缘作用、能够在锂离子电池正常充放电过程中起到减少内部短路的作用外，还具有以下优点:(1)本专利技术采用的阻燃添加剂为金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐类，在锂离子电池尚未达到大规模热失控、失控温度较低的初期阶段，能够发生吸热的分解反应，吸收部分热失控释放的热量，减缓热失控温度的快速升高；(2)该分解反应伴随有非可燃性气体的释放，释放出的气体能够带走部分热失控反应的热量，气体释放后导致正、负极片间距加大，减缓热失控反应的扩散；(3)阻燃涂层分解释放出气体后，在原阻燃涂层位置生成具有绝缘、隔热作用的无机金属氧化物，以物理的方式进一步阻隔了锂离子电池后续热失控的反应路径和热量传播；(4)本专利技术采用的金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐类材料较其相应的无机金属氧化物类材料具有价格低廉，硬度低、对设备磨损小、易加工的优点；(5)本专利技术阻燃涂层以一定的厚度和密度，均匀、连续地将锂离子电池的正、负极片或者隔膜全部覆盖，作用面积大；(6)阻燃涂层连续涂覆在正、负极片或者隔膜的表面，行业内常规公知设备即可满足加工要求，无需使用定制设备；(7)阻燃涂层均匀、连续地覆盖在正、负极片或者隔膜的表面，正、负极片间的界面一致性较非连续的涂覆方式更高，对锂离子电池的电化学性能影响小。与现有向电解液中添加有机阻燃添加剂的技术相比，在锂离子电池正常充放电使用过程中，本专利技术阻燃涂层呈化学和电化学惰性，与各种类型的电解液兼容性好，对锂离子电池的电化学性能没有影响；同时，本专利技术阻燃涂层通过无机反应的方式起到化学阻燃效果，较有机反应速率快，能够在热失控反应发生后立即发生作用，时效性高于有机阻燃添加剂。具体实施方式下面结合实施例及对比例对本专利技术进行说明。实施例1一种阻燃涂层，各原料组分质量如下：薄水铝石0.45kg、水0.45k本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻燃涂层，其特征在于：包含如下质量百分比的原料：阻燃添加剂   15～50％溶剂         45～80％粘结剂       0.5～12％。

【技术特征摘要】
1.一种阻燃涂层，其特征在于：包含如下质量百分比的原料：
阻燃添加剂15～50％
溶剂45～80％
粘结剂0.5～12％。
2.根据权利要求1所述的阻燃涂层，其特征在于：包含如下质量百分比的原料：
阻燃添加剂35～50％
溶剂55～65％
粘结剂2～10％。
3.根据权利要求1或2所述的阻燃涂层，其特征在于：所述阻燃添加剂为碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐中的一种或几种以任意比例混合使用。
4.根据权利要求3所述的阻燃涂层，其特征在于：所述阻燃添加剂为氢氧化铝、拟薄水铝石、薄水铝石、氢氧化锆、碳酸镁、碱式碳酸镁、碳酸钙中的一种或几种以任意比例混合使用。
5.根据权利要求1所述的阻燃涂层，其特征在于：所述粘结剂为丙烯酸酯、环氧树脂、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚氨酯、聚偏氟乙烯、聚乙烯比咯烷酮中的一种或几种以任意比例混合使用。
6.根据权利要求1所述的阻燃涂层，其特征在于：所述溶剂为水、NMP、丙酮、乙醇中的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静，高秀玲，王立仕，王驰伟，
申请(专利权)人：天津市捷威动力工业有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12