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、正极活性材料层和设置于集流体与正极活性材料层之间的安全涂层，其中：所述安全涂层包含高分子基体、导电材料和无机填料，当将安全涂层和正极活性材料层统称为膜片层时，膜片层的延展率为大于等于30％。该正极极片可以改善电化学装置(例如电容器、一次电池或二次电池等)的穿钉安全性能。

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金属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，从而使得金属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，导致电极活材料层与金属集流体直接接触，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改善电池安全性同时能避免现有技术中的上述问题的电极极片及电池。
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，尤其是具有改善的穿钉安全性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、正极活性材料层和设置于集流体与正极活性材料层之间的安全涂层，其中：所述安全涂层包含高分子基体、导电材料和无机填料，当将安全涂层和正极活性材料层统称为膜片层时，膜片层的延展率为大于等于30％。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—金属集流体；14—正极活性材料层；12—安全涂层(即PTC安全涂层)。具体实施方式业已发现，在锂离子电池发生穿钉等异常情况下，锂离子电池极易发生内部短路。究其原因，基本都是由于在穿钉等异常情况下，正极集流体中产生的金属毛刺所致。根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种正极极片，包括集流体、正极活性材料层和设置于集流体与正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。当将安全涂层和正极活性材料层统称为膜片层时，膜片层的延展率为大于等于30％。对于常规的锂离子电池的正极活性材料层来说(即没有引入安全涂层的膜片层)，其延展率一般不超过1％，无法起到包裹金属毛刺的作用，因此裸露的金属毛刺易于导致电池内短路。而根据本专利技术的正极极片，由于安全涂层的引入，膜片层的延展率得到了很大的提高，可以包裹集流体中可能产生的金属毛刺，防止电池内短路的发生，从而大大改善电池的穿钉安全性。膜片层的延展率可通过改变安全涂层中高分子基体的种类、相对用量、分子量、交联程度等来进行调整。下面针对安全涂层进行详细的说明。在本专利技术中，安全涂层含有高分子基体材料(PTC基体材料)、导电材料和无机填料。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；而当达到一定的温度(例如作动温度)时，导电网络几乎完全被隔断，电流趋近为零，从而保护使用该安全涂层的电化学装置。安全涂层中所用的导电材料可以选自导电碳基材料、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。导电材料可单独使用一种或组合使用两种以上。在本专利技术中，相对于安全涂层的总重量，所述导电材料的重量百分比为5wt％-25wt％，优选为5wt％-20wt％。优选地，所述高分子基体材料与导电材料的重量比大于等于2。在这种用量比例下，可以进一步改善穿钉安全性。如果高分子基体材料与导电材料的重量比小于2，则导电材料的含量相对较高，则温度升高时，导电网络可能无法充分断开，从而影响PTC效应。若所述高分子基体材料与导电材料的重量比过高，则导电材料的含量相对较低，则会造成正常工作时电池的DCR(直流内阻)增长较大。优选地，所述高分子基体与所述导电材料的重量比大于等于3且小于等于8。导电材料通常以粉末或颗粒的形式使用。取决于具体应用环境，其粒径可以是5nm-500nm，例如10nm-300nm、15nm-200nm、15nm-100nm、20nm-400nm、20nm-150nm等等。基于安全涂层的总重量，所述高分子基体的重量百分比为35wt％-75wt％，优选为40wt％-75wt％，更优选为50wt％-75wt％。作为安全涂层的高分子基体材料可以是聚烯烃材料或其他高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、聚酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯腈、热塑性弹性体、环氧树脂、聚缩醛、热塑性改性纤维素、聚砜、聚(甲基)丙烯酸甲酯、包含(甲基)丙烯酸酯的共聚物等等。此时，优选地，所述安全涂层还额外含有用于增强高分子基体材料与集流体之间的粘结力的粘结剂。所述粘结剂可以是例如PVDF、PVDC、SBR等，也可以是选自CMC、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚环氧乙烷、橡胶、聚氨酯、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、丙烯腈多元共聚物、明胶、壳聚糖、海藻酸钠、偶联剂、氰基丙烯酸酯、聚合环醚衍生物、环糊精的羟基衍生物等的水性粘结剂。在传统的用于电池中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极极片，包括集流体、正极活性材料层和设置于集流体与正极活性材料层之间的安全涂层，其中：所述安全涂层包含高分子基体、导电材料和无机填料，当将安全涂层和正极活性材料层统称为膜片层时，膜片层的延展率为大于等于30％。/n

【技术特征摘要】
1.一种正极极片，包括集流体、正极活性材料层和设置于集流体与正极活性材料层之间的安全涂层，其中：所述安全涂层包含高分子基体、导电材料和无机填料，当将安全涂层和正极活性材料层统称为膜片层时，膜片层的延展率为大于等于30％。


2.根据权利要求1所述的正极极片，所述安全涂层中的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。


3.根据权利要求1所述的正极极片，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所述的正极极片，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；
优选地，所述安全涂层中的无机填料为氧化镁、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、镍锰钴酸锂、镍锰铝酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸钴锂、磷酸锰锂、磷酸锰铁锂、硅酸铁锂、硅酸钒锂、硅酸钴锂、硅酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾毓群，林永寿，李振华，金海族，张小文，
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