一种电极极片、电化学装置及安全涂层制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电极极片、电化学装置及安全涂层。该电极极片包括集流体、电极活性材料层和设置于集流体与电极活性材料层之间的安全涂层，所述安全涂层包含聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子基体、导电材料和无机填料。该电极极片可以在电化学装置(例如电容器、一次电池或二次电池等)处于高温条件或发生内短路时迅速断开电路，从而改善电化学装置的高温安全性。

An Electrode Plate, an Electrochemical Device and a Safety Coating

【技术实现步骤摘要】
一种电极极片、电化学装置及安全涂层
本专利技术属于电化学
，更具体地说，本专利技术涉及一种电极极片和包括该电极极片的电化学装置。
技术介绍
锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点而被广泛应用于电动汽车以及消费类电子产品中。然而锂离子电池在受到挤压、碰撞或穿刺等异常情况时很容易发生着火、爆炸，从而引起严重危害。因此锂离子电池的安全问题很大程度地限制了锂离子电池的应用和普及。大量实验结果表明，电池内短路是造成锂离子电池安全隐患的根本所在。为了避免发生电池内短路，研究者们试图从许多方面来进行改进，其中包括利用PTC材料的特性来提升锂离子电池的安全性能方面的研究。PTC(PositiveTemperatureCoefficient)材料即正温度系数热敏材料，它具有电阻率随温度升高而增大的特性，当温度超过一定的温度时，它的电阻率呈阶跃性的迅速增高。在利用PTC材料的特性来提升锂离子电池的安全性能方面的研究中，有些研究是在电池的电极活性材料层中添加PTC材料。当电池温度升高时，PTC材料的电阻增大，从而导致整个电极活性材料层的电阻变大，甚至使得整个电极活性材料层的导电通路被破坏，从而起到断电、阻止电化学反应继续进行的安全效果。然而在这种改进方式中，在电极活性材料层中添加的PTC材料会对电池的电化学性能产生不良的影响。还有些研究是在电池的集流体与电极活性材料层之间单独设置PTC材料层(安全涂层)。当电池温度升高时，PTC材料层的电阻增大，从而使得集流体与电极活性材料层之间电阻增大、甚至断电，从而起到阻止电化学反应继续进行的安全效果。然而在这种改进方式中，在PTC材料层表面涂覆活性物质浆料时，浆料中的溶剂(如NMP等)会将PTC层中的PTC材料溶解，并进入上层活性物质层中，不仅使PTC层失去PTC效应，而且会恶化电性能。另外，在极片制作过程中的压实步骤中，PTC材料层极易被挤压至边缘，导致电极活性材料层与集流体直接接触，从而失去提高安全性能的作用。另外，PTC材料层的响应速度、阻断电流的效果等性能均需要大幅改善。有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述问题的具有改善的安全性和电池性能(如循环性能)的极片及电池。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于：提供一种具有改善的安全性和电性能(如循环性能)的极片及电化学装置。本专利技术的另一个目的在于：提供一种兼具良好的安全性和电性能(如循环性能)的极片及电化学装置。本专利技术的进一步目的在于：提供一种具有良好的安全性、改善的电性能(如循环性能)、易加工性等优良性能的适于大规模生产和应用的极片及电化学装置。本专利技术提供了一种电极极片，包括集流体、电极活性材料层和设置于集流体与电极活性材料层之间的安全涂层，所述安全涂层包含高分子基体、导电材料和无机填料，所述高分子基体是聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子基体，其中基于安全涂层的总重量：所述聚偏氟烯烃或聚偏氯烯烃高分子基体的重量百分比为35wt％-75wt％，优选为50wt％-75wt％；所述导电材料的重量百分比为5wt％-25wt％，优选为5wt％-15wt％；所述无机填料的重量百分比为10wt％-60wt％，优选为15wt％-45wt％。优选地，所述无机填料的比表面积(BET)为≤500m2/g。本专利技术还提供了一种电化学装置，其包括本专利技术的电极极片，所述电化学装置优选为电容器、一次电池或二次电池。本专利技术还提供了一种电极极片用安全涂层，其包含：高分子基体、导电材料和无机填料，所述高分子基体是聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子基体，基于所述安全涂层的总重量，所述聚偏氟烯烃或聚偏氯烯烃高分子基体的重量百分比为35wt％-75wt％，优选为50wt％-75wt％；所述导电材料的重量百分比为5wt％-25wt％，优选为5wt％-15wt％；所述无机填料的重量百分比为10wt％-60wt％，优选为15wt％-45wt％。优选地，所述无机填料的比表面积(BET)为≤500m2/g。附图说明下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术的电极极片、电化学装置及其有益效果进行详细说明。图1为根据本专利技术实施例的正极极片的结构示意图，其中10—集流体；14—正极活性材料层；12—安全涂层(即PTC安全涂层)。具体实施方式本专利技术公开了一种电极极片，包括集流体、电极活性材料层和设置于集流体与电极活性材料层之间的安全涂层，所述安全涂层包含聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子基体、导电材料和无机填料。所述电极极片可以是正极极片、负极极片，但是优选正极极片(因为正极极片在电池发热时导致的安全问题往往更加突出)。显然，作为正极极片时，本专利技术的电极极片中的电极活性材料层为正极活性材料层；而作为负极极片时，本专利技术的电极极片中的电极活性材料层为负极活性材料层。图1示出了根据本专利技术某些实施例的正极极片的结构示意图，其中10—集流体，14—正极活性材料层，12—安全涂层(即PTC安全涂层)。易于理解的是，虽然图1中示出的是仅在正极极集流体10的单面设置PTC安全涂层12和正极活性材料层14，但在其他实施例中，正极集流体10可以在双面设置PTC安全涂层12和正极活性材料层14。在本专利技术中，作为安全涂层的高分子基体材料的所述聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃是指聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氯乙烯(PVDC)、经改性的PVDF、或经改性的PVDC。例如，所述聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃可以选自PVDF、羧酸改性的PVDF、丙烯酸改性的PVDF、PVDF共聚物、PVDC、羧酸改性的PVDC、丙烯酸改性的PVDC、PVDC共聚物或它们的任意混合物。在传统的用于电池中的具有PTC效应的涂层中，通常使用聚乙烯、聚丙烯或乙烯丙烯共聚物等作为PTC基体材料，这种情况下需要在PTC基体材料和导电材料中额外加入粘结剂，粘结剂含量过小则涂层与集流体的粘结性较差，粘结剂含量过大则会影响到PTC效应的响应温度和响应速度等性能。聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃(例如PVDF)就是一种常用的粘结剂。作为粘结剂使用时，PVDF的用量要远小于基体材料的用量。例如在传统PTC涂层之中的PVDF粘结剂相对于涂层总重通常小于15％或10％，甚至更低。某些文献(例如CN105594019A、CN06558676A)也提到PVDF本身有可能作为PTC基体材料使用，但多是出于理论上的猜测，并未实际验证PVDF作为PTC基体材料的使用效果。同时，另外一些文献(例如CN104823313A的[0071]段)则明确提出PVDF不适合作为PTC基体材料使用。在本专利技术中，设置于集流体与电极活性材料层之间的安全涂层使用聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃作为高分子基体材料，仍可以起到PTC热敏电阻层的作用。相对于安全涂层的总重量，作为高分子基体材料的聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃重量百分比为35wt％-75wt％。这一用量远高于现有技术PTC热敏电阻层中通常作为粘结剂使用的聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃(例如PVDF)的用量。在本专利技术中，聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃材料实际上起到了两方面的作用，其既作为PTC基体，又作为粘结剂。这样避免了由于粘结剂与PTC基体材料的不同，而造成的对涂层的粘结性、PTC效应的响应温度和响应速度等的影响。其次，聚偏氟烯烃和/或聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极极片，包括集流体、电极活性材料层和设置于集流体与电极活性材料层之间的安全涂层，所述安全涂层包含高分子基体、导电材料和无机填料，所述高分子基体是聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子基体，基于所述安全涂层的总重量，所述高分子基体的重量百分比为35wt％‑75wt％；所述导电材料的重量百分比为5wt％‑25wt％；所述无机填料的重量百分比为10wt％‑60wt％；且所述无机填料的比表面积(BET)为≤500m

【技术特征摘要】
1.一种电极极片，包括集流体、电极活性材料层和设置于集流体与电极活性材料层之间的安全涂层，所述安全涂层包含高分子基体、导电材料和无机填料，所述高分子基体是聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子基体，基于所述安全涂层的总重量，所述高分子基体的重量百分比为35wt％-75wt％；所述导电材料的重量百分比为5wt％-25wt％；所述无机填料的重量百分比为10wt％-60wt％；且所述无机填料的比表面积(BET)为≤500m2/g。2.根据权利要求1所述的电极极片，所述高分子基体选自聚偏氟乙烯(PVDF)、羧酸改性的PVDF、丙烯酸改性的PVDF、聚偏氯乙烯(PVDC)、羧酸改性的PVDC、丙烯酸改性的PVDC、PVDF共聚物、PVDC共聚物中的至少一种。3.根据权利要求1所述的电极极片，所述导电材料选自导电碳基材料、导电金属材料和导电聚合物材料中的至少一种，其中导电碳基材料选自导电炭黑、乙炔黑、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维中的至少一种；导电金属材料选自Al粉、Ni粉、金粉中的至少一种；导电聚合物材料选自导电聚噻吩、导电聚吡咯、导电聚苯胺中的至少一种。4.根据权利要求1所述的电极极片，所述无机填料选自金属氧化物、非金属氧化物、金属碳化物、非金属碳化物、无机盐中的至少一种，或上述材料的导电碳包覆改性、导电金属包覆改性或导电聚合物包覆改性的材料中的至少一种。5.根据权利要求4所述的电极极片，所述无机填料选自氧化镁、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、二氧化硅、碳化硅、碳化硼、碳酸钙、硅酸铝、硅酸钙、钛酸钾、硫酸钡、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍锰酸锂、镍锰钴酸锂、镍锰铝酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：李星，李振华，金海族，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35