一种锂离子二次电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种安全锂离子二次电池及其制备方法，锂离子二次电池包括电芯和包装电芯的壳体，所述电芯包括正极片、负极片和隔膜，所述电芯外包覆耐高温膜，所述耐高温隔膜的延展率为20％～80％。本发明专利技术的锂离子二次电池结构，能防止针刺时引发的热失控，显著地提高了锂离子二次电池的安全性能。

A lithium ion two battery and its preparation method

The invention provides a safe lithium ion two battery and the preparation method. The lithium ion two battery includes the shell of the electric core and the packaging core. The electric core includes the positive electrode, the negative electrode and the diaphragm. The electric core is outsourced with the high temperature resistance film, and the ductility of the high temperature diaphragm is 20% to 80%. The structure of the lithium ion secondary battery of the invention can prevent the thermal runaway caused by needling, and remarkably improves the safety performance of the lithium ion secondary battery.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子二次电池及其制备方法
本专利技术涉及一种锂离子二次电池，特别涉及一种安全锂离子二次电池。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、输出功率高、循环寿命长以及自放电小等优点，近年来被广泛应用于新能源汽车和储能等领域。然而，锂离子电池在使用过程中可能会因受到外力冲击而引起电池内部短路，温度快速上升，甚至发生起火、爆炸等安全问题。因此，如何提高锂离子电池的安全性能成为首要问题。目前，解决锂离子电池安全性问题主要有两个方向：一、通过电池组设计和管理来间接提高整个电池组的安全性能；二、通过改善电池材料和电池结构设计来提高电池本身的安全性能。比如中国申请CN104269504A公开了一种锂离子电池及锂离子电池组，其在电池本体表面包覆薄膜，用于在电池本体发生热失控时起阻燃作用。上述方法能从一定程度上改善电池的热失控等安全性能。但是，由于各种因素的限制，现有技术中所采用的方法主要是解决电池发生热失控后带来的安全问题，而无法从根本上阻止热失控的发生。尤其在锂离子电池遇到外部碰撞、穿刺等极端情况下，需要有效地控制电池内部短路，防止热失控发生，保证电池的安全性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种锂离子二次电池，能从根本上提高锂离子电池的安全性能。尤其能够解决电池在穿刺等极端情况下的安全问题，防止热失控的发生。本专利技术提供了一种锂离子二次电池，包括电芯和包装电芯的壳体，所述电芯包括正极片、负极片和隔膜，所述电芯外包覆耐高温膜，所述耐高温隔膜的延展率为20％～80％。根据本专利技术的一种实施方式，所述耐高温膜选自芳纶膜和/或聚酰亚胺膜。芳纶膜和聚酰亚胺膜具有优异的耐高温性能，与PP、PE等膜相比延展率小，在电池遇到极端情况比如穿刺时，破损的耐高温膜可以有效地隔离正负极片，避免发生大面积短路进而引发热失控。而如果采用PP或PE膜，其延展率均高于(100％)，破损的膜会迅速收缩，导致更多的正负极片发生短路，并快速热失控。根据本专利技术的一种实施方式，所述耐高温隔膜的延展率为30％～60％。根据本专利技术的一种实施方式，所述耐高温膜在300℃的热收缩率小于3％，更优选所述耐高温膜在300℃的热收缩率小于1％。根据本专利技术的一种实施方式，所述耐高温隔膜的厚度为10～60微米。根据本专利技术的一种实施方式，所述耐高温膜可以为致密膜。根据另一种实施方式，耐高温膜也可以为多孔膜，所述多孔膜的孔隙率为20％～80％。本专利技术对电池的形状和壳体不做限定，电池可以为方形电池、圆柱型电池或软包电池；壳体可以选自铝塑膜、钢壳或铝壳。本专利技术提供了一种锂离子二次电池的制备方法，包括：提供正极片、负极片和隔膜，将正极片、负极片和隔膜层叠或卷绕形成电芯，在电芯外包裹耐高温隔膜，然后包装、注入电解液制得锂离子二次电池，其中，所述耐高温隔膜的延展率为20％～80％。根据本专利技术的一种实施方式，在电芯外包裹至少两层耐高温隔膜。本专利技术的有益效果：本专利技术的锂离子二次电池结构，电芯外包覆耐高温膜，耐高温膜不但具有优异的耐高温性能，而且具有相对较小的延展率，在电池遇到极端情况比如穿刺时，破损的耐高温膜可以有效地隔离正负极片，避免发生大面积短路进而引发热失控。显著地提高了锂离子二次电池的安全性能，尤其是针刺时的安全性能。附图说明图1：实施例1针刺实验温度变化曲线图；图2：穿刺后的耐高温膜和极片照片；图3：实施例3针刺实验温度变化曲线图。具体实施方式以下的具体实施例对本专利技术进行了详细的描述，然而本专利技术并不限制于以下实施例。其中，主要参数测试方法如下：孔隙率:用取样模版在同一卷收卷隔膜上取3块样品(100mm×100mm)，对3组样品进行称重、厚度测量，并取平均值记为W及D，根据计算公式：P＝(1-(W/ρ)/L1×L2×D)×100％计算出孔隙率，式中P＝孔隙率(％)；W＝样品质量(g)；ρ＝样品真实密度(g/cm3)；L1＝样品长度(mm)；L2＝样品宽度(mm)；D＝样品厚度(mm)。热收缩率:用取样模版在同一卷收卷隔膜上取3块样品(100mm×100mm)，在取好的样品表面标注隔膜的纵向及横向长度，记为L0和T0，将样品用备好的铝箔包裹号放置于真空烤箱内，设定温度(本实施方式中为300℃)，1小时后取出测量加热后长度，记为L和T。根据计算公式：⊿L＝(L0-L)/L0×100％；⊿T＝(T0-T)/T0×100％计算出热收缩率，式中：L0，T0—初始试样长度(mm)；L，T—加热后标记间长度(mm)。本专利技术的实施方式中采用纵向热收缩率。延展率:采用电子万能试验机(上海倾技仪器仪表科技有限公司)测得。实施例1：制备正极片和负极片：正极材料采用高镍含量的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)；负极材料使用碳基材料，包括石墨(人造石墨、天然石墨)、中间相碳微球及无定型碳(硬碳、软碳)至少一种。提供一种芳纶隔膜，厚度为20微米，孔隙率50％。将正极片、隔膜、负极片、隔膜依次层叠制成电芯。在电芯外面包裹两层芳纶膜，芳纶膜厚度25微米，延展率为30％，300℃的热收缩率小于1％。将包裹后的电芯装入铝塑膜中，注液(电解液为EC、DEC和DMC溶剂，加入VC和电解质盐LiPF6形成锂盐浓度为1.0mol/L的非水电解液)后经过化成分容制得锂离子二次电池，电池常温1C放电能量密度约170Wh/kg。针刺实验：电池荷电状态100％SOC，采用直径钨钢针，表面光滑、无锈蚀和油污，垂直电池方向，以30mm/s速度刺穿电池；记录穿刺点电池表面和正负极耳处的温度变化，如图1所示，最高温升小于20℃，不起火，不冒烟。实施例2：与实施例1不同之处在于：在电芯外面包裹两层聚酰亚胺膜，膜厚度20微米，延展率为40％，300℃的热收缩率小于3％。针刺实验后不起火，不冒烟。对比例1：与实施例1不同之处在于：在电芯外面未包裹耐高温膜。针刺实验后起火，冒浓烟。实施例3：制备正极片和负极片：正极材料采用高镍含量的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)；负极材料使用碳基材料，包括石墨(人造石墨、天然石墨)、中间相碳微球及无定型碳(硬碳、软碳)至少一种。提供一种芳纶隔膜，厚度为18微米，孔隙率40％。将正极片、隔膜、负极片、隔膜依次层叠制成电芯。在电芯外面包裹两层芳纶膜，芳纶膜厚度30微米，延展率为60％，300℃的热收缩率小于1％。将包裹后的电芯装入方形铝质外壳中，注液(电解液为EC、DEC和DMC溶剂，加入VC和电解质盐LiPF6形成锂盐浓度为1.0mol/L的非水电解液)后经过化成分容制得锂离子二次电池，电池常温0.33C放电能量密度约230Wh/kg。针刺实验：电池荷电状态100％SOC，采用直径钨钢针，表面光滑、无锈蚀和油污，垂直电池方向，以80mm/s速度刺穿电池；记录穿刺点电池表面和正负极耳处的温度变化，如图3所示，最高温升小于10℃，不起火，不冒烟。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子二次电池，包括电芯和包装电芯的壳体，所述电芯包括正极片、负极片和隔膜，所述电芯外包覆耐高温膜，所述耐高温隔膜的延展率为20％～80％。

【技术特征摘要】
2017.01.22 CN 20171004687101.一种锂离子二次电池，包括电芯和包装电芯的壳体，所述电芯包括正极片、负极片和隔膜，所述电芯外包覆耐高温膜，所述耐高温隔膜的延展率为20％～80％。2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述耐高温膜选自芳纶膜和/或聚酰亚胺膜。3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述耐高温膜在300℃的热收缩率小于3％。4.根据权利要求3所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述耐高温膜在300℃的热收缩率小于1％。5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述耐高温隔膜的延展率为30％～60％。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翔，孙庆津，李辉，
申请(专利权)人：微宏动力系统湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33