一种电池制造技术

本发明专利技术涉及一种电池，包括正极极片、隔膜和负极极片，其中正极极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体的至少一个表面上的至少两层正极活性材料层，与正极集流体接触的下层正极活性材料层包含第一正极活性材料、第一高分子材料和第一导电材料，基于下层正极活性材料层的总重量，第一正极活性材料的重量百分含量为A％，第一高分子材料的重量百分含量为B％，第一导电材料的重量百分含量为C％，与下层正极活性材料层接触而远离正极集流体的上层正极活性材料层包含第二正极活性材料、第二高分子材料和第二导电材料，基于上层正极活性材料层的总重量，第二正极活性材料的重量百分含量为A′％，第二高分子材料的重量百分含量为B′％，第二导电材料的重量百分含量为C′％，其中A％<A′％，B％>B′％，C％≥C′％，且第一高分子材料包含聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子材料。所述电池具有良好的安全性、改善的电性能。

A battery

【技术实现步骤摘要】
一种电池
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池。
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。虽然研究人员提出了很多方法来提高电池的安全性，但是对于电池被穿刺所造成的安全隐患仍然缺乏非常有效的手段。有鉴于此，确有必要提供一种能够改善电池安全性、尤其是穿钉安全性的电池。
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、尤其是具有改善的穿钉安全性的电池。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、易加工性等优良性能的电池。本专利技术提供了一种电池，包括正极极片、隔膜和负极极片，其中正极极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体的至少一个表面上的至少两层正极活性材料层，与正极集流体接触的下层正极活性材料层包含第一正极活性材料、第一高分子材料和第一导电材料，基于下层正极活性材料层的总重量，第一正极活性材料的重量百分含量为A％，第一高分子材料的重量百分含量为B％，第一导电材料的重量百分含量为C％，与下层正极活性材料层接触而远离正极集流体的上层正极活性材料层包含第二正极活性材料、第二高分子材料和第二导电材料，基于上层正极活性材料层的总重量，第二正极活性材料的重量百分含量为A′％，第二高分子材料的重量百分含量为B′％，第二导电材料的重量百分含量为C′％，其中A％<A′％，B％>B′％，C％≥C′％，且第一高分子材料包含聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子材料。本专利技术的电池具有良好的安全性、改善的电性能。附图说明下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术的电池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电池的正极极片的结构示意图，其中10—正极集流体；14—上层正极活性材料层；12—下层正极活性材料层。具体实施方式大量实验结果表明，电池内短路是造成锂离子电池安全隐患的根本所在。电池内短路的根本原因在于正极极片与负极极片在电池内部的电连接，在穿钉等异常情况下，在正极极片中产生的金属毛刺(通常为Al金属毛刺)与负极极片的直接接触会导致电池内短路。本专利技术的专利技术人发现，可以通过对正极极片的涂层设计来有效地掩盖(或包裹)正极极片的金属毛刺，从而防止电池内短路以及由此导致的电池热失控。本专利技术公开了一种电池，包括正极极片、隔膜和负极极片。该电池中的正极极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体的至少一个表面上的至少两层正极活性材料层。由于在所述至少两层正极活性材料层分别形成在集流体上之后，通常会紧密地粘结在一起，将涂层从集流体上剥离，一般也会得到一个涂层整体。因此，将所述至少两层正极活性材料层统称为正极膜片层。与正极集流体接触的下层正极活性材料层包含第一正极活性材料、第一高分子材料和第一导电材料，基于下层正极活性材料层的总重量，第一正极活性材料的重量百分含量为A％，第一高分子材料的重量百分含量为B％，第一导电材料的重量百分含量为C％。与下层正极活性材料层接触而远离正极集流体的上层正极活性材料层包含第二正极活性材料、第二高分子材料和第二导电材料，基于上层正极活性材料层的总重量，第二正极活性材料的重量百分含量为A′％，第二高分子材料的重量百分含量为B′％，第二导电材料的重量百分含量为C′％。A％<A′％，B％>B′％，C％≥C′％，且第一高分子材料包含聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子材料。即下层正极活性材料层中的高分子材料的含量和导电材料的含量均高于上层正极活性材料层。由于下层正极活性材料层包含较高含量的第一高分子材料，因此下层正极活性材料层相对于上层正极活性材料层来说，具有胶层的性质，从而可在穿钉等异常情况下，包裹集流体中可能产生的金属毛刺，以有效地防止电池内短路的发生。优选地，所述正极膜片层与正极集流体之间的结合力大于等于10N/m。若两者之间的结合力不够，则下层正极活性材料层可能无法有效地包裹集流体中可能产生的金属毛刺。另外发现，在下层正极活性材料层中第一高分子材料含量较高时，第一高分子材料与第一导电材料一起作用，当所述第一高分子材料与所述第一导电材料的重量比大于等于2时，下层正极活性材料层会具有正温度系数效应(即PTC效应)。下层正极活性材料层的PTC作用原理为：在常温下，下层正极活性材料层依靠第一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，第一高分子材料的体积开始膨胀，第一导电材料颗粒之间间距增大，导电网络被部分阻隔，下层正极活性材料层的电阻逐渐增大；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。直流电阻增长率是表征PTC效应的常用参数。根据本专利技术的优选实施方式，下层正极活性材料层表现出PTC效应，优选地，电池的130℃下的直流电阻增长率为100％以上。所以，该下层正极活性材料层设置于集流体和上层正极活性材料层之间，作为底涂层，其并同时发挥了胶层和PTC安全涂层的技术效果，从而很大程度上改善了电池的穿钉安全性能。此外，下层正极活性材料层中还包含第一正极活性材料，它可以从如下三个方面起到稳定和改善下层正极活性材料层作为胶层和PTC安全涂层的技术效果的作用：(1)阻碍上层正极活性材料层中的溶剂(如NMP等)或电解液对下层正极活性材料层中的第一高分子材料(如聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子材料)的溶解、溶胀等不良影响；(2)有利于保证在极片压实过程中，下层正极活性材料层不易变形，以避免集流体与上层正极活性材料层之间的直接接触；(3)改善下层正极活性材料层的PTC效应的响应速度等性能。在本专利技术的优选实施方式中，所述正极活性材料层是两层，即仅由上层正极活性材料层和下层活性材料层组成。这样有利于制造工艺的简化。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—上层正极活性材料层，12—下层正极活性材料层。易于理解的是，虽然图1中示出的是仅在正极极集流体10的单面设置正极活性材料层，但在其他实施例中，正极集流体10可以在双面分别设置下层正极活性材料层12和上层正极活性材料层14。优选的，在正极集流体的两个表面上均设置有所述至少两层正极活性材料层，以更有效地改善传统锂离子电池的穿钉安全问题。为了改善传统锂离子电池的穿钉安全问题，本专利技术提出了多项技术改进，采用多种技术手段协同处理来改善锂离子电池的穿钉安全问题。下面对本专利技术的电池中的正极极片的具体组成和结构进行更详细的描述。(一)下层正极活性材料层首先，专利技术人发现，可以通过对下层正极活性材料层中第一高分子材料的选择来提高下层正极活性材料层的稳定性和作为PTC层和胶层的性能。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池，包括正极极片、隔膜和负极极片，其中正极极片包括正极集体和涂覆在正极集流体的至少一个表面上的至少两层正极活性材料层，/n与正极集流体接触的下层正极活性材料层包含第一正极活性材料、第一高分子材料和第一导电材料，基于下层正极活性材料层的总重量，第一正极活性材料的重量百分含量为A％，第一高分子材料的重量百分含量为B％，第一导电材料的重量百分含量为C％，/n与下层正极活性材料层接触而远离正极集流体的上层正极活性材料层包含第二正极活性材料、第二高分子材料和第二导电材料，基于上层正极活性材料层的总重量，第二正极活性材料的重量百分含量为A′％，第二高分子材料的重量百分含量为B′％，第二导电材料的重量百分含量为C′％，/n其中：/nA％<A′％，B％>B′％，C％≥C′％，/n所述第一高分子材料包含聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子材料，所述第一高分子材料与所述第一导电材料的重量比大于等于2。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池，包括正极极片、隔膜和负极极片，其中正极极片包括正极集体和涂覆在正极集流体的至少一个表面上的至少两层正极活性材料层，
与正极集流体接触的下层正极活性材料层包含第一正极活性材料、第一高分子材料和第一导电材料，基于下层正极活性材料层的总重量，第一正极活性材料的重量百分含量为A％，第一高分子材料的重量百分含量为B％，第一导电材料的重量百分含量为C％，
与下层正极活性材料层接触而远离正极集流体的上层正极活性材料层包含第二正极活性材料、第二高分子材料和第二导电材料，基于上层正极活性材料层的总重量，第二正极活性材料的重量百分含量为A′％，第二高分子材料的重量百分含量为B′％，第二导电材料的重量百分含量为C′％，
其中：
A％<A′％，B％>B′％，C％≥C′％，
所述第一高分子材料包含聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子材料，所述第一高分子材料与所述第一导电材料的重量比大于等于2。


2.根据权利要求1所述的电池，第一正极活性材料满足10wt％≤A％≤60wt％，第一高分子材料满足35wt％≤B％≤75wt％，第一导电材料满足5wt％≤C％≤25wt％；
第二正极活性材料满足90wt％≤A′％≤99wt％，第二高分子材料满足0.5wt％≤B′％≤5wt％，第二导电材料满足0.5wt％≤C′％≤5wt％。


3.根据权利要求1或2所述的电池，第一高分子材料全部为聚偏氟烯烃和/
或聚偏氯烯烃高分子材料。


4.根据权利要求1或2所述的电池，第一高分子材料为聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子材料与难溶类高分子材料组成的混合材料，其中难溶类高分子材料在油性溶剂中的溶解度小于聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子材料的溶解度；
优选地，基于下层正极活性材料层的总重量，所述聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子材料的重量百分比B1％满足B1％≥17.5wt％，所述油性溶剂优选为NMP。


5.根据权利要求4所述的电池，所述难溶类高分子材料为油性高分子材料或水性高分子材料；
其中，油性高分子材料选自油性聚丙烯腈...

【专利技术属性】
技术研发人员：金海族，张小文，李振华，
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