一种提升锂离子电池安全性的方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种提升锂离子电池安全性能的方法，是利用经表面活化的生蛭石粉或热膨胀微球中任一种掺杂于正极片、负极片、隔膜中任意一种或多种，采用本发明专利技术方法能够显著提升电池安全性，提升电池的循环稳定性和使用寿命，且本发明专利技术方法简单，便于工业化应用，原料便宜，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种提升锂离子电池安全性的方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种提升锂离子电池安全性能的方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种新型能源，具有能量密度高、容量大、循环寿命长、无记忆效应等优点，已广泛应用于电子产品(如手机、计算机)、机电设备(如电动汽车)。锂离子电池作为各类设备及装置的重要动力来源，但以热失控为特征的锂离子电池系统安全事故时有发生。
[0003]“热失控”是指电池内部出现放热连锁反应引起电池温升速率急剧变化的过热现象。当锂离子动力电池发生热失控时，其最直接的表现是温度的急剧上升，同时伴随有起火、爆炸等极端情况。因此，由短路引起的锂离子电池热失控成为电池安全设计的主要课题。
[0004]专利申请号CN201610980700.0公开了“一种锂离子电池极片、制备方法及锂离子电池”，具体是在电极物料中添加了热膨胀系数大于30
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m/mk的热膨胀高分子聚合物，使热膨胀高分子聚合物与导电剂混合形成热膨胀导电胶，既可保证常温下的电子电导率，又可为活性物质提供必要的粘结力，将热膨胀导电胶添加在锂离子电池正或负极浆料内，当电池发生过充、过放、短路、破损、挤压等情况时，热膨胀高分子聚合物会迅速膨胀，断绝活性物质之间、活性物质与导电剂、活性物质与基材之间的导电体系，使导电网络断裂，导致锂离子电池电阻急剧增加，从而达到提高锂离子电池以及电池组的安全性能的目的。但其热膨胀高分子聚合物为环氧树脂、聚烯烃、聚乙烯、丙烯酸酯、聚酰亚胺、醋酸乙烯脂、乙丙橡胶、ABS树脂、乙烯-醋酸乙烯脂、乙烯-丙烯酸乙酯中的一种或多种混合，这使得成本较高，同时要求所述高分子聚合物的热膨胀系数大于30
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m/mk，这增加了材料的制作难度，进而阻碍了产业化发展。同时，该专利材料在所有温度区间内均具有受热膨胀性质，不具有温度选择性，由于热膨胀系数大，即使在电池正常工作的温度下的-20℃-60℃温度区间内当电池温度发生变化时热膨胀高分子聚合物材料都会发生大幅膨胀，从而使得电极和电池体积大幅变化，严重影响电池内部电荷传导路径和电池的性能。同时热膨胀高分子聚合物属于有机物，当电池温度过高时材料易燃，进而会增加电池的安全隐患。另外，由于锂离子电池电解液为有机溶液，高分子聚合物在有机溶液中易发生溶解，从而在电解液中引入杂质，影响电池性能。
[0005]虽然通过膨胀材料来解决热失控问题已有少量报道，但还存在着热膨胀材料膨胀促使电极或电池体积膨大，影响电荷传导等缺陷，所以找寻一种有效提升锂离子电池安全性的方法亟待解决。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种提升锂离子电池安全性能的方法。
[0007]具体是通过以下技术方案来实现的：
[0008]一种提升锂离子电池安全性能的方法，是利用经表面活化的生蛭石粉或热膨胀微球中任一种掺杂于正极片、负极片、隔膜中任意一种或多种。
[0009]所述生蛭石粉，其粒径为0.001-1μm。
[0010]所述表面活化是将生蛭石粉清洗后，与酸性溶液或碱性溶液混合并搅拌浸泡1-20h，搅拌温度≤90℃，然后经固液分离后烘干。
[0011]所述酸性溶液的浓度为0.01mol/L-5mol/L。
[0012]所述酸性溶液为无机酸、有机酸中任一种；具体为高氯酸、氢碘酸、硫酸、氢溴酸、盐酸、硝酸、碘酸、草酸、亚硫酸、磷酸、丙酮酸、亚硝酸、柠檬酸、氢氟酸、苹果酸、葡萄糖酸、甲酸、乳酸、苯甲酸、丙烯酸、乙酸、丙酸、氢硫酸、次氯酸、硼酸中任一种。
[0013]所述碱性溶液的浓度为0.01mol/L-5mol/L。
[0014]所述碱性溶液为无机碱、有机碱中任一种；具体为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钙、氨水、碳酸氢钙、甲胺、尿素(脲)、乙胺、乙醇胺、乙二胺、二甲胺、三甲胺、三乙胺、丙胺、异丙胺、1,3-丙二胺、1,2-丙二胺、三丙胺、三乙醇胺、丁胺、异丁胺、叔丁胺、己胺、辛胺、苯胺、苄胺、环己胺、吡啶、六亚甲基四胺、2-氯酚、3-氯酚、4-氯酚、邻氨基苯酚、间氨基苯酚、对氨基苯酚、邻甲苯胺、间甲苯胺、对甲苯胺、8-羟基喹啉、二苯胺、联苯胺、正丁基锂、叔丁醇钾、叔丁醇钠、吡啶、芳香胺、甲醇钠、乙醇钾、叔丁醇钾、丁基锂、苯基锂、二异丙基胺基锂、六甲基二硅胺基锂中任一种。
[0015]本专利技术的技术方案之一，提供了一种利用表面活化的生蛭石粉掺杂极片的方法，包括如下步骤：
[0016]A1分散液配制：将溶剂、表面活性剂、分散剂充分混匀后，加入表面活化的生蛭石粉或热膨胀微球搅匀，其中生蛭石粉或热膨胀微球在分散液中的固含量为40-90％；
[0017]A2混合浆料配制：将活性材料、导电剂、粘结剂干混至均匀，然后加入溶剂至总量的20-70％进行捏合，再加入分散液搅拌均匀，然后通过添加溶剂调节浆料粘度为1000-15000mPa
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S；其中热膨胀微球或是生蛭石粉与活性材料的质量比为(0.1-20):100；
[0018]A3涂覆：将混合浆料采用转移式、挤压式或喷涂式设备中任一方式涂布于集流体表面，涂布厚度5-500μm，涂布速率1-80m/min，经烘烤，得掺杂蛭石粉的极片。
[0019]所述干混，其公转转速20-100转/min，自转转速500-5000转/min。
[0020]所述溶剂为锂离子电池生产中的常见溶剂；包括但不限于：N-甲基吡咯烷酮、水、醇类、酯类、醚类。
[0021]所述溶剂的选择根据极片的类型，若掺杂对象为正极片时，选择非水性溶剂；若掺杂对象为负极片时，选择水性溶剂。
[0022]所述表面活性剂为CMC、聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵中任意一种。
[0023]所述分散剂为尿素、聚乙烯吡咯烷酮中任意一种。
[0024]所述粘结剂为PVDF、丁苯橡胶、CMC、海藻酸钠、聚丙烯、聚氨酯中任意一种。
[0025]本专利技术的技术方案之一，提供了一种利用表面活化的生蛭石粉掺杂隔膜的方法，包括如下步骤：在隔膜制造过程中，将熔融的隔膜材料与生蛭石粉均匀混合，然后进行成膜过程，或者将生蛭石粉末通过热压的形式掺入成型隔膜内部。
[0026]本专利技术中生蛭石指未膨胀的蛭石，其优势有：(1)生蛭石重量轻、结构密实，蛭石的使用不会对锂离子电池的重量能量密度和体积能量密度产生明显影响；(2)生蛭石的膨胀具有温度选择性，只有在温度超过150℃时体积才会发生明显膨胀，150℃以下时体积基本不变，因此在电池正常使用的过程中生蛭石不对电池的性能产生影响，只有当电池产生安全隐患导致温度超过150℃时生蛭石才会急剧膨胀起到提升电池安全性的作用；(3)生蛭石属于无机物不会在锂离子电池的有机电解液中发生溶解而引入杂质影响电池性能。另一方面，当电池产生安全隐患导致温度超过150℃时生蛭石会变成膨胀蛭石，膨胀后的蛭石具有如下优势：(1)膨胀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升锂离子电池安全性能的方法，其特征在于，是利用经表面活化的生蛭石粉或热膨胀微球中任一种掺杂于正极片、负极片、隔膜中任意一种或多种。2.如权利要求1所述一种提升锂离子电池安全性能的方法，其特征在于，所述生蛭石粉，其粒径为0.001-1μm。3.如权利要求1所述一种提升锂离子电池安全性能的方法，其特征在于，所述表面活化是将生蛭石粉清洗后，与酸性溶液或碱性溶液混合并搅拌浸泡1-20h，搅拌温度≤90℃，然后经固液分离后烘干。4.如权利要求1所述一种提升锂离子电池安全性能的方法，其特征在于，所述酸性溶液的浓度为0.01mol/L-5mol/L。5.如权利要求1或4所述一种提升锂离子电池安全性能的方法，其特征在于，所述酸性溶液为无机酸、有机酸中任一种；具体为高氯酸、氢碘酸、硫酸、氢溴酸、盐酸、硝酸、碘酸、草酸、亚硫酸、磷酸、丙酮酸、亚硝酸、柠檬酸、氢氟酸、苹果酸、葡萄糖酸、甲酸、乳酸、苯甲酸、丙烯酸、乙酸、丙酸、氢硫酸、次氯酸、硼酸中任一种。6.如权利要求1所述一种提升锂离子电池安全性能的方法，其特征在于，所述碱性溶液的浓度为0.01mol/L-5mol/L。7.如权利要求1或6所述一种提升锂离子电池安全性能的方法，其特征在于，所述碱性溶液为无机碱、有机碱中任一种；具体为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钙、氨水、碳酸氢钙、甲胺、尿素、乙胺、乙醇胺、乙二胺、二甲胺、三甲胺、三乙胺、丙胺、异丙胺、1,3-丙二胺、1,2-丙二胺、三丙胺、三乙醇胺、丁胺、异丁胺、叔丁胺、己胺、辛胺、苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐星，王储，冉昕昕，赵珊，田进，付紫微，姚兰浩，杨中发，覃韬，万伟华，石斌，王庆杰，袁再芳，
申请(专利权)人：贵州梅岭电源有限公司，
类型：发明
国别省市：