一种正极极片及电化学装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种正极极片及电化学装置。该正极极片包括集流体和依次设置于集流体之上的安全涂层、难溶层和正极活性材料层，所述安全涂层包含高分子基体、导电材料和无机填料，所述难溶层包含粘结剂和导电剂，在油性溶剂中所述粘结剂的溶解度小于所述安全涂层中的高分子基体的溶解度。该正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。

A positive electrode and electrochemical device

【技术实现步骤摘要】
一种正极极片及电化学装置
本专利技术属于电化学
，更具体地说，本专利技术涉及一种正极极片和包括该正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的极片及电化学装置。本专利技术提供了一种正极极片，包括集流体和依次设置于集流体之上的安全涂层、难溶层和正极活性材料层，所述安全涂层包含高分子基体、导电材料和无机填料，所述难溶层包含粘结剂和导电剂，且在油性溶剂中所述难溶层中的粘结剂的溶解度小于所述安全涂层中的高分子基体的溶解度。优选地，所述难溶层中的粘结剂为油性粘结剂或水性粘结剂中的一种，所述油性粘结剂选自油性聚丙烯腈、油性聚丙烯酸、油性聚丙烯酸酯、油性聚丙烯酸-丙烯酸酯、油性聚丙烯腈-丙烯酸、油性聚丙烯腈-丙烯酸酯中的至少一种，所述水性粘结剂选自水性聚丙烯酸、水性聚氨酯、水性聚乙烯醇、水性PVDF、水性聚丙烯酸酯、水性聚四氟乙烯、水性聚丙烯腈中的至少一种。优选地，在所述安全涂层中，所述高分子基体是聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃。优选地，基于高分子基体、导电材料和无机填料的总重量，所述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％-20wt％；所述无机填料的重量百分比为10wt％-60wt％，优选为15wt％-45wt％。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正极极片，所述电化学装置优选为电容器、一次电池或二次电池。附图说明下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术的正极极片、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；12-安全涂层(即PTC安全涂层)；13-难溶层；14-正极活性材料层。具体实施方式本专利技术公开了一种正极极片，包括集流体和依次设置于集流体之上的安全涂层、难溶层和正极活性材料层，所述安全涂层包含高分子基体、导电材料和无机填料，所述难溶层包含粘结剂和导电剂，在油性溶剂中所述难溶层中的粘结剂的溶解度小于所述安全涂层中的高分子基体的溶解度。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；12-安全涂层(即PTC安全涂层)；13-难溶层；14-正极活性材料层。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、难溶层13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、难溶层13和正极活性材料层14。传统的用于电池中的具有PTC效应的涂层通常包括高分子基体和导电材料，其中，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。另外发现，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。为了克服以上缺陷，本专利技术从多个方面着手，采用多种技术手段协同处理来改善PTC安全涂层的性能和稳定性。首先，专利技术人发现，在正极极片的安全涂层中加入无机填料可以起到稳定安全涂层的作用。已发现当安全涂层中不含有无机填料时，处于安全涂层上层的正极活性材料层中的溶剂(如NMP等)或电解液会对安全涂层中的高分子材料产生溶解、溶胀等不良影响，从而安全涂层会遭到破坏，影响PTC效应的性能。安全涂层中添加了无机填料后，该无机填料相当于一种阻隔物质，从而有利于消除上述溶解、溶胀等不良影响，有利于稳定安全涂层。此外，还发现无机填料的添加还有利于保证在极片压实过程中，安全涂层不易变形。因此无机填料的添加可以很好地保证安全涂层稳定地处于集流体与正极活性材料层之间，防止集流体与正极活性材料层直接接触，从而可以改善电池的安全性能。概括而言，无机填料可以从如下两方面起到稳定安全涂层的作用：(1)阻碍正极活性材料层中的溶剂(通常为有机油性溶剂，如NMP等)或电解液对安全涂层中的高分子材料产生溶解、溶胀等不良影响；(2)有利于保证在极片压实过程中，安全涂层不易变形。专利技术人还出人意料地发现，无机填料还可以改善安全涂层的响应速度等性能。安全涂层的作用原理为：在常温下，安全涂层依靠导电材料之间形成的良好的导电网络，进行电子传导；温度升高时，高分子基体材料的体积开始膨胀，导电材料颗粒之间间距增大，导电网络被部分阻隔，安全涂层的电阻逐渐增大；当达到一定的温度(例如作动温度)时，导电网络几乎完全被隔断，电流趋近为零。然而通常情况下，当安全涂层内部达到一种动态平衡后，导电网络又部分得到恢复，因此在达到一定温度(例如作动温度)后，安全涂层的电阻不如预期的那样大，且仍有很小的电流通过。专利技术人发现，当加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极极片，包括集流体和依次设置于集流体之上的安全涂层、难溶层和正极活性材料层，所述安全涂层包含高分子基体、导电材料和无机填料，所述难溶层包含粘结剂和导电剂，且在油性溶剂中所述难溶层中的粘结剂的溶解度小于所述安全涂层中的高分子基体的溶解度。/n

【技术特征摘要】
1.一种正极极片，包括集流体和依次设置于集流体之上的安全涂层、难溶层和正极活性材料层，所述安全涂层包含高分子基体、导电材料和无机填料，所述难溶层包含粘结剂和导电剂，且在油性溶剂中所述难溶层中的粘结剂的溶解度小于所述安全涂层中的高分子基体的溶解度。


2.根据权利要求1所述的正极极片，所述难溶层中的粘结剂为油性粘结剂或水性粘结剂中的一种，
所述油性粘结剂选自油性聚丙烯腈、油性聚丙烯酸、油性聚丙烯酸酯、油性聚丙烯酸-丙烯酸酯、油性聚丙烯腈-丙烯酸、油性聚丙烯腈-丙烯酸酯中的至少一种，
所述水性粘结剂选自水性聚丙烯酸、水性聚氨酯、水性聚乙烯醇、水性PVDF、水性聚丙烯酸酯、水性聚四氟乙烯、水性聚丙烯腈中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的正极极片，在安全涂层中，相对于所述高分子基体、导电材料和无机填料的总重量，
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％。


4.根据权利要求1所述的正极极片，所述高分子基体是聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃，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。


5.根据权利要求1所述的正极极片，所述导电材料和导电剂分别独立选自导电碳基材料、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...

【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