一种锂离子电池的多功能涂层和浆料及其制备方法以及一种锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池的多功能涂层，所述多功能涂层中含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒20～5000重量份，粘结剂10～500重量份。本发明专利技术还提供了一种锂离子电池的多功能涂层浆料，所述多功能涂层浆料中含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒20～5000重量份，粘结剂10～500重量份，溶剂200～8000重量份。本发明专利技术同时提供了上述多功能涂层和浆料的制备方法以及采用这种多功能涂层的锂离子电池。本发明专利技术的多功能涂层浆料分散后稳定性好，使用此材料制作锂离子电池，可大幅度降低了活性层与集流体间的电阻，从而降低了电池内阻，提高电子传输速度，提高电池倍率性能，同时加入的陶瓷材料颗粒，在电池被热滥用和挤压时，其良好绝缘和隔热性能，可有效减少热量的产生和传递，防止电池发生热失控，从而提高电池的安全性能。

Multifunctional coating and slurry of lithium ion battery and preparation method thereof, and lithium ion battery

The invention provides a multifunctional coating of a lithium ion battery, which comprises the following components: 100 parts of the conductive agent, a ceramic material particle of which the weight is between 20 and 5000 parts, and the binder is composed of a weight of 10 to 500 parts. The invention also provides a multifunctional coating slurry of a lithium ion battery, the multifunctional coating slurry comprises the following components: 100 parts by weight of conductive agent, particles of a ceramic material 20 to 5000 parts by weight of binder, 10 to 500 parts by weight, 200 to 8000 parts by weight of solvent. The invention also provides a preparation method of the multifunctional coating and slurry and a lithium ion battery using the multifunctional coating. Good dispersion stability of multifunctional coating slurry of the invention, the use of this material for lithium ion batteries, the active layer and the collector resistance body is greatly reduced, thereby reducing the internal resistance of the battery, improve transmission speed, improve the battery performance rate, ceramic material particles added at the same time, when the batteries are hot and abuse extrusion, good insulation and heat insulation performance, can effectively reduce the generation and transfer of heat, to prevent the battery from thermal runaway, thereby improving the safety performance of the battery.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池领域，更具体地，涉及一种锂离子电池的多功能涂层和浆料及其制备方法以及一种锂离子电池。
技术介绍
目前，随着新能源技术的发展，对于锂离子动力电池的需求日益增长。单支电池的使用需求转变为多串并组合电池的使用需求，并且传统的锂离子电池难以满足动力电池高一致性和长使用寿命的要求。利用功能涂层材料对电池的正极、负极进行表面处理并形成功能涂层是一项突破性的技术创新，覆碳铝箔/铜箔就是将分散好的纳米导电石墨和碳包覆粒，均匀、细腻地涂覆在铝箔/铜箔上。它能提供极佳的静态导电性能，收集活性材料的微电流，从而可以大幅度降低正/负极活性材料和集流体之间的接触电阻，并能提高两者之间的附着能力，可减少粘结剂的使用量，进而使电池的整体性能产生显著的提升。然而，现有的这种功能涂层材料为纳米级，微小颗粒在浆料分散好后，易团聚形成大颗粒，影响浆料的稳定性和涂覆效果。并且，因人们对电动汽车续航里程日益增长的要求，电池组整体容量提升，动力电池比能量越高，安全性面临的挑战越大，提高电池模组的安全性尤其重要，特别是三元动力电池模组的热失控和抗挤压的安全性。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种安全环保、分散后稳定性好，并可显著提高锂离子电池的电化学性能，同时提高电池模组的热失控和抗挤压的安全性的多功能涂层；并且进一步地提供这种多功能涂层的制备方法以及采用这种多功能涂层的锂离子电池。首先本专利技术提供了一种锂离子电池的多功能涂层，所述多功能涂层中含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒20～5000重量份，粘结剂10～500重量份。本专利技术还提供了一种锂离子电池的多功能涂层浆料，所述多功能涂层浆料中含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒20～5000重量份，粘结剂10～500重量份，溶剂200～8000重量份。本专利技术还提供了上述锂离子电池的多功能涂层浆料的制备方法，包括下述步骤：先将螯合剂加入粘结剂和溶剂中，搅拌螯合后，再按比例将导电剂和陶瓷材料颗粒依次加入，选择性添加分散剂、消泡剂和防腐剂，搅拌并研磨和分散直至分散均匀，得到所述多功能涂层浆料。将所述多功能涂层浆料涂覆在集流体上，干燥后得到所述多功能涂层。本专利技术进一步提供了一种锂离子电池，包括：电池壳体、密封在电池壳体内的极芯和非水电解液；所述极芯包括电池正极、负极和隔膜；所述电池正极、负极包括：集流体、以及涂覆于所述集流体上的多功能涂层，其特征在于，所述多功能涂层选择如上所述的多功能涂层。本专利技术加入陶瓷材料颗粒，在电池被热滥用和挤压时，其良好绝缘和隔热性能，可有效减少热量的产生和传递，防止电池发生热失控，从而提高电池的安全性能。因而，本专利技术的锂离子电池的多功能涂层浆料分散后稳定性好，涂覆后厚度均匀，外观好；采用本专利技术的锂离子电池的多功能涂层制作的锂离子电池不仅安全性高，而且具有较好的电化学性能，包括较好的倍率性能和循环性能。具体实施方式以下对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。具体地，本专利技术提供了一种锂离子电池的多功能涂层，所述多功能涂层中含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒20～5000重量份，粘结剂10～500重量份。所述多功能涂层含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒80～150重量份，粘结剂60～100重量份。所述导电剂为石墨烯、碳纳米管、碳纤维、活性碳、无定形碳、石墨片、石墨颗粒、导电炭黑、科琴黑、中间相碳微球、乙炔黑中的一种或多种，优选导电炭黑，平均粒径在30～50nm。本专利技术优选采用碳材料作导电剂，涂覆于集流体上，大幅度降低了活性层与集流体间的电阻，从而降低了电池内阻，提高电子传输速度。所述陶瓷材料颗粒为氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍、氧化锌、氧化镍、二氧化锗、二氧化钛、二氧化锰、氮化硅、碳化硅、钛酸钡中的一种或多种，优选氧化铝，平均粒径在100～500nm。本专利技术加入陶瓷材料颗粒，在电池被热滥用和挤压时，其良好绝缘和隔热性能，可有效减少热量的产生和传递，防止电池发生热失控，从而提高电池的安全性能。所述粘结剂选用聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠盐、丁苯橡胶、环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯腈多元共聚物的一种或多种，优选聚丙烯酸酯，进一步优选固含量为20～30％的聚丙烯酸酯乳液。作为本专利技术的一种优选实施方式，所述粘结剂为加入螯合剂进行螯合后的粘结剂，所述螯合剂选用氢氧化钙、氨水、氢氧化钾和氢氧化钠中的一种或多种。本专利技术中，根据实际生产各种需要，所述多功能涂层中还可含有各种本领域常见的助剂，例如可以含有分散剂、消泡剂和防腐剂中的一种或多种，但不局限于此。其中，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚环氧乙烷醚、聚丙烯酰胺、聚乙二醇辛基苯基醚中的一种或多种。优选情况下，以100重量份的导电剂为基准，其中分散剂的用量为1～15重量份。所述消泡剂选用乙醇、正丁醇中的一种或多种。优选情况下，以100重量份的导电剂为基准，其中消泡剂的用量为1～15重量份。所述防腐剂为苯酚、甲酚、氯甲酚、麝香草酚、羟苯酯类、苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐、硼酸及其盐类、丙酸、脱氢醋酸、甲醛、戊二醛中的一种或多种。优选情况下，以100重量份的导电剂为基准，其中防腐剂的用量为1～10重量份。本专利技术还提供了一种锂离子电池的多功能涂层浆料，所述多功能涂层浆料中含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒20～5000重量份，粘结剂10～500重量份，溶剂200～8000重量份。其中，所述溶剂包括有机溶剂和/或无机溶剂，其中有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种，无机溶剂为去离子水、蒸馏水、纯净水的一种或多种。如前所述，作为本专利技术的一种优选实施方式，所述多功能涂层浆料中还含有1～15重量份的螯合剂、1～15重量份的消泡剂、1～10重量份的防腐剂、1～15重量份的分散剂。其中，螯合剂、消泡剂、防腐剂以及分散剂的作用和种类均如前所述，此处不再赘述。本专利技术中，所述多功能涂层浆料用于形成所述多功能涂层。所述多功能涂层浆料的制备方法可以直接采用本领域常见的各种方法，例如将各组分按比例混合均匀即可。具体地，所述多功能涂层浆料的制备方法包括：将粘结剂、导电剂、陶瓷材料和溶剂按比例混合，研磨后得到所述多功能涂层浆料。作为本专利技术的一种优选实施方式，当在多功能涂层中采用前述几种助剂时，所述多功能涂层浆料的制备方法则包括：先将粘结剂、导电剂、陶瓷材料和溶剂按比例混合后，再添加螯合剂、分散剂、消泡剂和防腐剂，研磨后得到所述多功能涂层浆料。具体地，加入了前述助剂的多功能涂层浆料的制备方法包括：先将螯合剂加入粘结剂和溶剂中，搅拌螯合后，再按比例将导电剂和陶瓷材料颗粒依次加入，选择性添加分散剂、消泡剂和防腐剂，搅拌并研磨和分散直至分散均匀，得到所述多功能涂层浆料。其中，所述搅拌的线速度为10～30m/s，搅拌时间为1～24小时。所述研磨和分散采用球磨机或高速分散机进行。所述搅拌机、球磨机和高速分散机可以采用本领域技术人员所常用的搅拌机、球磨机和高速分散机。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池的多功能涂层，其特征在于：所述多功能涂层中含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒20～5000重量份，粘结剂10～500重量份。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的多功能涂层，其特征在于：所述多功能涂层中含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒20～5000重量份，粘结剂10～500重量份。2.根据权利要求1所述的多功能涂层，其特征在于：所述多功能涂层含有如下组分：导电剂100重量份，陶瓷材料颗粒80～150重量份，粘结剂60～100重量份。3.根据权利要求1或2所述的多功能涂层，其特征在于：所述导电剂为石墨烯、碳纳米管、碳纤维、活性碳、无定形碳、石墨片、石墨颗粒、导电炭黑、科琴黑、中间相碳微球、乙炔黑中的中的一种或多种，优选导电炭黑，平均粒径在30～50nm。4.根据权利要求1～3任一项所述的多功能涂层，其特征在于：所述陶瓷材料颗粒为氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍、氧化锌、氧化镍、二氧化锗、二氧化钛、二氧化锰、氮化硅、碳化硅、钛酸钡中的一种或多种，优选氧化铝，平均粒径在100～500nm。5.根据权利要求1～4任一项所述的多功能涂层，其特征在于：所述粘结剂选用用聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠盐、丁苯橡胶、环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯腈多元共聚物的一种或多种，优选聚丙烯酸酯，进一步优选固含量为20～30％的聚丙烯酸酯乳液。6.根据权利要求1～5任一项所述的多功能涂层，其特征在于：所述粘结剂为加入螯合剂进行螯合后的粘结剂，所述螯合剂选用氢氧化钙、氨水、氢氧化钾和氢氧化钠中的一种或多种。7.根据权利要求1～5任一项所述的多功能涂层，其特征在于：所述多功能涂层中还含有分散剂、消泡剂和防腐剂中的一种或多种。8.根据权利要求7所述的多功能涂层，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚环氧乙烷醚、聚丙烯酰胺、聚乙二醇辛基苯基醚中的一种或多种；以100重量份的导电剂为基准，其中分散剂的用量为1～15重量份。9.根据权利要求7所述的多功能涂层，其特征在于：所述消泡剂选用乙醇、正丁醇中的一种或多种；以100重量份的导电剂为基准，其中消泡剂的用量为1～15重量份。10.根据权利要求7所述的多功能涂层，其特征在于：所述防腐剂为苯酚、甲酚、氯甲酚、麝香草酚、羟苯酯类、苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐、硼酸及其盐类、丙酸、脱氢醋酸、甲醛、戊二醛中的一种或多种；以100重量份的导电剂为基准，其中防腐剂的用量为1～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李科，费伟征，
申请(专利权)人：李科，
类型：发明
国别省市：广东;44