一种锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种不需采用传统隔离膜的锂离子电池，包括正极片、负极片、以及设置在正极片与负极片之间的电解质，正极片包括正极集流体及附着在正极集流体上的正极活性材料层；负极片包括负极集流体及附着在负极集流体上的负极活性材料层；还包括涂覆在正极活性材料层和/或负极活性材料层上的含锂复合涂层；含锂复合涂层包括无机锂盐颗粒和用于粘接无机锂盐颗粒的粘合聚合物。与现有技术相比，本发明专利技术将含锂复合涂层设置在正极和/或负极活性材料层表面作为传统隔离膜的替代品，而且该含锂复合涂层具有优异的离子传导性，且不会产生热收缩，因而能解决与传统隔膜有关的安全问题，并保持良好的电化学性能。

Lithium ion battery

The present invention relates to the technical field of lithium ion battery, specifically relates to a lithium ion battery using the traditional isolation membrane, including an anode plate and a cathode plate, and is arranged between the positive plate and negative electrode electrolyte, anode plate comprises an anode current collector and attached to the positive active material layer on the cathode fluid; including the current collector and attached to the negative cathode active material layer on the fluid; also includes coated on the anode active material layer and / or the negative electrode active material layer containing lithium composite coating; lithium containing composite coatings including inorganic salt particles and polymer adhesive for bonding inorganic lithium salt particles. Compared with the prior art, the invention of the lithium containing composite coating is disposed on the cathode and / or the negative electrode active material layer on the surface of the isolation membrane as the traditional alternatives, and the lithium containing composite coating has excellent ionic conductivity, and will not produce thermal shrinkage, which can solve the security problems associated with the traditional diaphragm, and keep the electrochemical good performance.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种不需采用传统隔离膜的锂离子电池。
技术介绍
传统的液态锂锂离子电池又被科学家们形象地称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极，中间用隔离膜隔开并注入电解液。而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中，便完成了电池的充放电过程。虽然目前液态锂离子电池在各行业被广泛应用，但其安全性问题一直成为困扰人们心中的难题。其中，液态锂离子电池存在的安全隐患之一在于，锂离子电池在大倍率条件下充放电造成负极材料表面析锂，致使容纳锂离子的空间不够，此时锂离子就在负极的表面堆积而形成枝晶，从而刺破隔离膜造成锂离子电池内部短路，使锂离子电池的安全性能下降；另外液态锂离子电池的安全隐患还在于，当电池突然短路时正负极活性材料突然接触造成电池内阻增大、温度升高，从而分解电解液产生电池鼓胀等。为了克服上述的安全问题，后来有人提出并研发出了固态锂离子电池，固态锂离子电池的原理与液态锂锂离子电池相同，只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，同样的电量，固态锂离子电池体积将变得更小。不仅如此，固态锂离子电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。然而，尽管具有上述的诸多优点，但固态锂离子电池的缺点也比较明显，比如固态电解质电导率总体偏低，低于液态电解液。这就导致了目前全固态电池的倍率性能整体偏低，内阻较大，高倍率放电时压降较大。有鉴于此，确有必要对现有的锂离子电池设计作进一步的改进，在改善电池的安全性能的同时，提高电池的倍率性能和循环性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种具有良好短路安全特性的锂离子电池，同时使该锂离子电池具备优良的高温循环和离子传导特性。为了实现上述目的，本专利技术采用以下解决方案：一种锂离子电池，包括正极片、负极片、以及设置在所述正极片与所述负极片之间的电解质，所述正极片包括正极集流体及附着在正极集流体上的正极活性材料层；所述负极片包括负极集流体及附着在负极集流体上的负极活性材料层；还包括涂覆在所述正极活性材料层和/或所述负极活性材料层上的含锂复合涂层；所述含锂复合涂层包括无机锂盐颗粒和用于粘接所述无机锂盐颗粒的粘合聚合物。本专利技术通过在正极和/或负极活性材料层表面涂覆含锂复合涂层，其完全能够起到传统隔离膜的功能，即既能将正负极片隔离开，使电池不发生内部短路以及减少漏电流(自放电现象)，又能为锂离子在正负极活性材料之间传输及迁移提供路径。其中该含锂复合涂层包括无机锂盐颗粒和粘合聚合物，该粘合聚合物用于使无机锂盐颗粒相互连接并粘附在集流体上，而相互层叠的无机锂盐颗粒之间的间隙体积形成的微孔能够成为离子传输路径，而且无机锂盐颗粒本身就具有较为优异的离子导电率，且其电子导电能力较一般无机颗粒强很多，因此能够大大提高活性材料颗粒与颗粒之间，以及活性材料颗粒与集流体之间的电子输运能力，从而降低电池内阻，提高功率与倍率性能，并改善电池的离子传导性和循环性能。此外，传统的聚烯烃基隔膜在高温下会发生热收缩，因为它们的熔点一般为120～160℃。然而，本专利技术含锂复合涂层由于无机锂盐颗粒的强耐热性并不会发生热收缩。因此，采用了具有上述含有无机锂盐颗粒和粘合聚合物复合涂层的极片的电池，即使在极端的条件下，例如高温、过充等，也不会由于正极和负极之间的短路导致安全性下降。因此，本专利技术锂离子电池与传统锂离子电池相比具有优良的安全性能。其中，所述无机锂盐颗粒包括偏铝酸锂、锆酸锂、磷酸钛铝锂和偏硼酸锂中的至少一种。上述无机锂盐颗粒均具有耐热，耐高温，绝缘的特性，使其防止电池反应过程中电池温度过高，并减少电池中的某些热失控点扩大形成整体热失控，能有效阻止电池短路，同时其又具有良好的离子导电性，提高了锂离子电池的传导速率。也就是说，由于上述无机锂盐颗粒的加入使得含锂复合涂层既具有优良的导电子性，又具有优良的导离子性，保证了锂离子能够顺利地在极片材料中插入与脱出，而且该含锂复合涂层自身还具有良好的机械强度，可以有效抑制极片活性材料层的体积变化，进而保证极片活性材料颗粒的完整性，缓解极片的变形，最终提高锂离子电池的电化学循环性能，延长锂离子电池的使用寿命。优选的，所述无机锂盐颗粒为偏铝酸锂，进一步优选为γ-LiAlO2。其中，偏铝酸锂具有3种晶形，分别是六方晶形的α-LiAlO2，单斜晶形的β-LiAlO2和四方晶形的γ-LiAlO2。因为含锂复合涂层需要具备高强度、耐熔盐高温腐蚀和良好的阻气性能，而四方晶形的γ-LiAlO2是高温稳定相，其在923K下能保持粒子的大小、形态和相态都非常的稳定，明显优于α-LiAlO2、β-LiAlO2，因此本专利技术优选四方晶形的γ-LiAlO2，其可以通过LiCO3和Al2O3在高温下混合反应生成。所述粘合聚合物为聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚丙烯腈和丁苯橡胶中的至少一种。所述正极活性材料为磷酸铁锂、磷酸铁锰、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂钴氧化物和三元材料中的至少一种，所述三元材料为LiNixCoyMzO2，其中0.5≤x≤1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5且x+y+z＝1，M为Mn、Mg、Al、Ti中的一种或几种。所述负极活性材料为软碳、硬碳、单质硅、硅氧化合物、硅合金化合物、单质锡、锡氧化物、锡合金化合物、过渡金属氧化物、锂金属氮化物、锂金属氧化物和钛酸锂中的至少一种。所述含锂复合涂层的厚度为2～20μm。若涂层的厚度太大会降低锂离子电池的容量，若涂层太薄起不到隔离膜的功能。所述无机锂盐颗粒的D50≤20μm。无机锂盐颗粒的粒径越小，其比表面积越大，离子阻抗会越低。所述无机锂盐颗粒在复合涂层中的质量含量≥60％。为了保证无机锂盐颗粒能够联接成较为致密膜层，无机锂盐颗粒需要具有足够高的含量。若无机锂盐颗粒在涂层组分中的质量含量低于60％，其难以联接成膜或形成的膜层不够致密，依然具有一定的电子导通能力，可能导致无法起到隔离膜的功能。所述复合涂层表面区域的锂盐颗粒粒径大于等于所述复合涂层内部的锂盐颗粒粒径，且所述锂盐颗粒相互层叠形成多孔结构。所述的锂离子电池的制备方法包括以下步骤：1)将含有正极活性材料的浆料涂覆在正极集流体上并干燥以提供正极片；2)将含有负极活性材料的浆料涂覆在负极集流体上并干燥以提供负极片；3)将无机锂盐颗粒与粘合聚合物的混合物涂覆在由步骤1)得到的正极片的表面，或将无机锂盐颗粒与粘合聚合物的混合物涂覆在由步骤2)得到的负极片的表面，或将无机锂盐颗粒与粘合聚合物的混合物同时涂覆在由步骤1)得到的正极片的表面和由步骤2)得到的负极片的表面；4)将经涂覆处理后的正极片和负极片层叠或卷绕形成裸电芯，并注入电解质，即得到所述的锂离子电池。本专利技术至少具有以下有益效果：1)本专利技术将含锂复合涂层设置在正极和/或负极活性材料层表面能够作为传统隔离膜的替代品，而且该含锂复合涂层具有具有优异的离子传导性，且其能够与极片牢固地结合于界面上，不会导致热收缩，因而能解决与传统隔膜有关的上述问题，并保持良好的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池，包括正极片、负极片、以及设置在所述正极片与所述负极片之间的电解质，所述正极片包括正极集流体及附着在正极集流体上的正极活性材料层；所述负极片包括负极集流体及附着在负极集流体上的负极活性材料层；其特征在于：还包括涂覆在所述正极活性材料层和/或所述负极活性材料层上的含锂复合涂层；所述含锂复合涂层包括无机锂盐颗粒和用于粘接所述无机锂盐颗粒的粘合聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，包括正极片、负极片、以及设置在所述正极片与所述负极片之间的电解质，所述正极片包括正极集流体及附着在正极集流体上的正极活性材料层；所述负极片包括负极集流体及附着在负极集流体上的负极活性材料层；其特征在于：还包括涂覆在所述正极活性材料层和/或所述负极活性材料层上的含锂复合涂层；所述含锂复合涂层包括无机锂盐颗粒和用于粘接所述无机锂盐颗粒的粘合聚合物。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述无机锂盐颗粒包括偏铝酸锂、锆酸锂、磷酸钛铝锂和偏硼酸锂中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述粘合聚合物为聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚丙烯腈和丁苯橡胶中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述正极活性材料为磷酸铁锂、磷酸铁锰、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂钴氧化物和三元材料中的至少一种，所述三元材料为LiNixCoyMzO2，其中0.5 ≤ x ≤ 1，0 ≤ y ≤ 0.5，0 ≤ z ≤ 0.5且x+y+z=1，M 为Mn、Mg、Al、Ti 中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述负极活性材料为软碳、硬碳、单质硅、硅氧化合物、硅合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：李占加，
申请(专利权)人：东莞永蓝电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44