锂离子电池用纳米陶瓷粉体组合物及其制法和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池用纳米陶瓷粉体组合物及其制法和应用。所述组合物包括陶瓷粉体和聚合物，所述陶瓷粉体选自纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅或陶瓷色料中的一种或两种以上，所述聚合物选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯‑六氟丙烯、聚丙烯酸键合烯丙基蔗糖或丙烯酸键合季戊四醇烯丙醚中的一种或两种以上。将所述组合物可对锂离子电池正极片、负极片或隔离膜进行表面处理后，可在不影响能量密度需求的情况下，抑制正负极发生内短路的风险，显著提高锂离子电池的安全性能。

Nano ceramic powder composition for lithium ion battery, preparation method and application thereof

The invention relates to a nano ceramic powder composition for a lithium ion battery, a preparation method and an application thereof. The composition comprises a ceramic powder and polymer, the ceramic powder from three nm two aluminum oxide, nano silica or ceramic pigments in one or more than two, the polymer is selected from one or more than two kinds of poly vinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene, six polyacrylic acid bonding allyl sucrose or acrylic bonded pentaerythritol allyl ether. The composition of surface treatment on the anode plate, lithium ion battery cathode sheet or isolation membrane, can not affect the energy density requirements, risk control, positive and negative in the short circuit, significantly improve the safety performance of lithium ion battery.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种锂离子电池用纳米陶瓷粉体组合物及其制法和应用。
技术介绍
锂离子二次电池由于具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长等优点，而被广泛用作各种移动设备的电源，储能电站，甚至在航空、航天、航海、汽车、医疗设备等领域中逐步取代其他的传统电池。作为近年来出现的锂电池电动车(如日本丰田产普瑞斯，美国特斯拉公司产的特斯拉电动车等，比亚迪公司产F6铁电池电动车，以及各地近年推出的电动大巴等)，以及电贮存能站等，其使用特点是将大量能量密度高的锂离子电池集中存放在一起，通过电能管理系统进行充放电等使用。在上述设备的商业化过程中，锂离子二次电池的安全性一直是各生产厂商及应用终端客户密切关注的重点领域，近年来电动车在充电使用过程中起火事故等报道屡屡见于报端，这一方面是因为使用者操作不规范(如<<楼上“空降”插座给电动车充电>＞http：//news.lcxw.cn/liaocheng/shehui/20131121/502924.html)，另一方面也由于锂离子二次电池本身结构复杂，体积能量密度高(如2013年年10月1日和18日，美国和墨西哥分别有一辆ModelS在道路上撞击物体导致电池起火。11月7日，ModelS在美国再度发生火灾。http：//money.msn.com.cn/business/20131121/06011634631.shtml)；目前锂离子二次电池使用的正极材料目前主要集中于钴酸锂，锂镍钴锰氧，锂镍钴铝氧，磷酸铁锂等材料，这些材料中均含有贵金属或战略金属如钴、锂等，随着电动车市场的启动，以及电动车执行TS16949标准的严格管控，目前单体电池的安全性经过上下游厂家的合作，其中可以做到1ppm的水平，超过了六西格玛的管理极限，但考虑到电动车动辄成千上万个电芯(ModelS的18650电芯数量为7104只http：//news.mydrivers.com/1/398/398742_all.htm)，从整车考虑离1ppm的缺陷等级尚存较大的距离，锂离子二次电池实际发生事故的概率远远高于ppm的数量级。SNL(SandiaNationalLaboratory)的研究表明，绝大多数的事故原因都是因为电池体受到挤压，加热，过充电等外在因素导致的，即是因为使用不当造成的。从锂离子电池的使用安全事故看，因电池内短路造成热失控最终失火最为典型，在已有电池结构中如何避免内短路及防止短路带来的进一步恶化是首当其中的问题，由于锂电池隔膜通常为PP/PE复合材料，采用湿法制备，其熔程通常在90～120℃之间，因此热失控发生时隔离膜受到挤压变形极易发生内短路，因而是电池中最脆弱的部分。针对上述情况许多专家提出了不同的解决思路，思路之一是全固态锂离子二次电池，即消除可泄漏的液体低分子量的溶剂成份，实际上走全固态锂离子电池在目前的技术条件下价格过于昂贵，因此需要迫切需要一些价廉易得，安全性能可靠的锂离子电池制造技术，本专利技术即属于此类技术的拓展应用。另一种方法是增加外保护(PID)/(CID)，Vent等，即通过外加保护/管理系统(BMS)对电池在意外情况下的监控，诊断，隔离以及防护。很多公开和专利文献已经提出了提高电池安全性的方法。中国专利CN100544074C公开了一种改善强度和稳定性的多层隔板(隔膜)，采用了两外层≤1.2熔体流动指数(MFI)的PP层和≤1.2熔体流动指数的内层PE，采用干法拉伸工艺制备，总体厚度小于25μm。由于干法隔离膜在拉伸时膜孔撕裂的随机性及本体应力存在，通常不能应用于锂离子动力电池中，专利技术者注意到此类现象，重点强调了制备隔膜用高分子的结晶性能，以形成孔径均匀分布的隔离膜。在文献(三氧化二铝包覆锂离子电池用尖晶石锰酸锂，张瑾瑾，周友元，周耀等电池42(5)2012280-283)中作者为提高锰酸锂电池的高温性能对锰酸锂进行了三氧化二铝液相浸渍法包覆，包覆后改善了锰酸锂电池的高温循环性能，表明包括材料在内的包覆可以作用于电池的正极成份。在专利CN102770004A中公开了一种陶瓷散热装置及其制作方法，采用以中度散热三氧化二铝微粉制备散热陶瓷片，其中三氧化二铝含量在70wt％以上，三氧化二铝微粉除不导电外，也是热的良导体，有助于提示本专利技术的应用论据。专利日本特开2005-183179公开了一种在负极表面形成由Al2O3，SiO2，TiO2等物质构成多孔质绝缘层。专利日本特开2002-231221公开了一种在正极或者是负极中的至少一面的表面形成多孔锂介质技术，用于提高负极的比容量。日本专利平6-36800公开了一种在正极对向的负极表面形成TiN，Al2O3等多孔绝缘膜，阻止负极锂枝晶的形成。专利CN102881951A公开了一种在正/负极片上涂布0.1～8μm厚的Al2O3涂层的方法。专利CN101401232B公开了一种介电常数大于5的粒子如BaTiO3，Al2O3，SiC，TiO2，ZrO2形成于电极至少一个表面上，粒子直径(D50)：0.001～10μm，黏接剂为氧基乙基支链淀粉，含氨基物等。其能与电解质发生溶胀，整个膜厚度0.01～100μm。专利CN1314161C公开了一种防止锂离子电池中短路的方法。针对电池极片在充/放电过程中在Z向上存在膨胀/收缩极片边缘集流体会刺穿隔膜的缺陷，采用将正常极片分切面倒角处理的方式减少尖锐物。但该方法操作起来，对于厚度≤150μm的极片而言进行批量加工会影响优率(产出率)，代价太大，实用性不高。专利CN101044644A，CN103633271A，CN102195020A中为了提高隔离膜的热稳定性，在已有基础隔离膜组成物中加入熔点较高的热惰性直径≤1μm的含量1～99(wt％)的高分子颗粒物，该颗粒物可以防止电池外部温度在电池被钉穿后25s内从室温起小于100℃，即在发生内短路时，由于隔离膜中有高熔点的颗粒物，可以适当补强隔离膜，适当延长隔离膜完全熔化短路的时间，从而保证电池不会热失控。专利CN102942831B公开了一种用于隔离膜涂层组合物及制备方法。涂层组合物包括耐热性树脂和无机不导电绝缘粒子，耐热树脂的分子链含有亲水/亲油结构单元，热分解温度＞250℃，亲水部分主要含有丙烯酸类衍生物，占总官能团50～80wt％，亲油主要为酸酐，氨基等的一种或者几种，占20～50wt％，无机粒子为硅酸盐化合物，无机物占涂层总固体物质含量的60～95wt％。专利CN1868077A公开了一种具有陶瓷涂层的柔性、穿孔载体，含有75～99ppm(粒径D50：0.5～10μm的选自ZrO2，SiO2和Al2O3的颗粒物和1～25ppm的(粒径0.5～10μm)Y型沸石颗粒。载体为类似无尘布一类的多孔纤维织物，厚度＜50μm。专利CN101326658B公开了一种具有形态梯度的有机/无机复合隔膜。无机粒子和黏接剂施于一面或者是两面多孔基底上，无机粒子介电常数大于5，粒径0.001～10μm，所述黏合剂包含氰基的第一类和包含聚偏氟乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，羧甲基纤维素纳(CMC)等的第2类黏接剂，避免涂层因强度不够而在加工过程掉粉，基底膜厚度1～100本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用纳米陶瓷粉体组合物，其特征在于，包括陶瓷粉体和聚合物，所述陶瓷粉体选自纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅或陶瓷色料中的一种或两种以上，所述聚合物选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯‑六氟丙烯、聚丙烯酸键合烯丙基蔗糖或丙烯酸键合季戊四醇烯丙醚中的一种或两种以上。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用纳米陶瓷粉体组合物，其特征在于，包括陶瓷粉体和聚合物，所述陶瓷粉体选自纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅或陶瓷色料中的一种或两种以上，所述聚合物选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯酸键合烯丙基蔗糖或丙烯酸键合季戊四醇烯丙醚中的一种或两种以上。2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述聚合物与陶瓷粉体的质量比为(0.5-8)：(92-99.5)。3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述聚合物中至少含有聚丙烯酸键合烯丙基蔗糖。4.根据权利要求1-3任一项所述的组合物，其中，所述聚合物包括聚丙烯酸键合烯丙基蔗糖和聚偏氟乙烯。5.根据权利要求3或4所述的组合物，其中，所述聚丙烯酸键合烯丙基蔗糖占聚合物的50wt％-85wt％，优选为60wt％～80wt％。6.根据权利要求1-5任一项所述的组合物，其中，所述陶瓷粉体粒径(D50)为0.2-100μm；纯度≥95％。7.根据权利要求1-6任一项所述的组合物，其中，所述纳米三氧化二铝选自α型三氧化二铝、γ型三氧化二铝或无定型三氧化二铝，优选为α型三氧化二铝。8.根据权利要求1-7任一项所述的组合物，其中，所述组合物的粒度(D50)为0.5-4μm，优选为1-3.5μm。9.权利要求1所述锂离子电池用纳米陶瓷粉体组合物的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：将陶瓷粉体和聚合物混合后，加入溶剂配制...

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