一种复合集流体、电极极片和锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种复合集流体、电极极片和锂离子电池，包括基材和安全涂层；安全涂层涂覆于所述基材的至少一表面，包括发泡剂和粘结剂；其中，粘结剂的玻璃转变温度为80～120℃；发泡剂在所述安全涂层中开始分解的温度为80～100℃，且发泡剂分解时有气体产生。相比于现有技术，本发明专利技术通过发泡剂和粘结剂的协同作用，解决了目前因锂离子电池内部微短路和过热带来的安全隐患问题，其不仅可以降低电池的发热，也能在电池短路后及时切断短路开关，从而提高电池的安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合集流体、电极极片和锂离子电池
本专利技术涉及锂电池领域，具体涉及一种复合集流体、电极极片和锂离子电池。
技术介绍
随着锂离子电池的广泛应用，锂离子电池带来安全事故也越来越多，因此人们对锂电池的要求也越来越高。大部分锂离子电池事故是正负极短接造成的，而正负极短路的主要原因之一是锂枝晶刺穿隔膜导致正负极片短接。随着电池向高能量密度方向发展和人们使用的习惯不同(过充，过放等)，增加了锂枝晶的出现可能性，另外长时间大功率放电，也会造成因电池过热而带来的安全问题。目前已有多种方法去降低因锂离子电池内部微短路和过热带来的隐患。例如在选材方面使用纯度较高的锂离子电池正负极材料；在配料方面优化加料工艺，降低环境对浆料的影响；在制备过程优化制备工艺，建立电子追溯系统，对每一步骤进行实时监控；在包装方面建立电池管理系统，实时监控电池在运行过程中温度，气压等变化。诸多的方案都被提出用来降低电池安全事故，但是过去的几年内，无论是常用的3C数码产品领域还是新兴的新能源汽车领域都发生了无数次起火，爆炸等安全事故，对个人和企业都造成了较大的损失。有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于：提供一种复合集流体，以解决目前因锂离子电池内部微短路和过热带来的安全隐患问题，本专利技术提供的复合集流体，增加了安全涂层的设置，一方面在电池高温时可以降低电池的发热，另一方面也能在电池短路后及时切断短路开关，提高电池的安全性能。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种复合集流体，包括：基材；安全涂层，涂覆于所述基材的至少一表面，包括发泡剂和粘结剂；其中，所述粘结剂的玻璃转变温度为80～120℃；所述发泡剂在所述安全涂层中开始分解的温度为80～100℃，且所述发泡剂分解时有气体产生。其中，发泡剂分解产生的气体包括但不限于氮气、一氧化碳和二氧化碳。优选的，所述粘结剂的玻璃转变温度可为80～90℃、90～100℃、100～110℃、或110～120℃，其中，因电池的温度大于80℃后容易发生安全事故，故，粘结剂的玻璃转变温度以在80℃时为佳。与粘结剂相对应的，发泡剂在安全涂层中开始分解温度也以在80℃时为佳，发泡剂产生的气体与熔融态的粘结剂共同作用，如果电池只是因锂枝晶而产生局部短路或局部过热时，逐渐产生的粘结剂气泡可以包裹在锂枝晶周围，起到保护电池的作用，但如果是电池中产生的大量的热，要发生爆炸时，则发泡剂分解加剧产生大量气体，粘结剂气泡迅速膨胀，从而使得极片中的活性物质层脱离集流体，达到抑制电池进一步发热造成安全事故的目的。优选的，所述安全涂层的剥离强度大于或等于500N/m，包括但不限于500～800N/m、800～1200N/m、1200～1500N/m、1500～2000N/m、2000～2500N/m、2500～3000N/m、或3000～4000N/m。剥离强度越高，安全涂层的粘接性越牢固，极片的稳定性越高，电池的循环寿命越长。优选的，所述发泡剂的发气量为100～300mL/g。发泡剂合理的发气量一方面可以在电池只是局部高温时降低电池的发热，以及在电池短路后及时切断短路开关；另一方面还可以在电池出现大量过量热时，产生大量的气体，与熔融态的粘结剂共同作用使得极片中的活性物质层脱离集流体，达到抑制电池进一步发热造成安全事故的目的。而当产气量过少时，发泡剂则无法起到有效降热的作用；而当产气量过多时，电池内部则会因气压过大进而发生爆炸，无法保证电池的安全性能。更优选的，发泡剂的发气量可为100～150mL/g、150～200mL/g、200～250mL/g、或250～300mL/g。优选的，所述发泡剂的粒径可为0.02～0.1μm、0.1～1μm、1～2μm、2～3μm、3～4μm、或4～5μm；相对密度小于或等于2.0g/cm3。将发泡剂的粒径设置在上述范围内，主要是为了保证安全涂层的涂覆厚度，对于安全涂层而言，其作为复合集流体的组成部分之一，在发挥其安全作用的同时，也要尽可能使涂覆厚度较薄，因为较厚的厚度会影响电池的体积能量密度，因此将粒径设置在0.02～5μm之间可以保证安全涂层的涂覆厚度控制在4～10μm。而相对密度的设置则主要是为了保证电池的质量能量密度，相对密度过大会影响电池的质量能量密度。优选的，所述发泡剂的重量为所述安全涂层重量的5～10％，所述粘结剂的重量为所述安全涂层重量的10～20％。发泡剂和粘结剂相关含量与粘结剂玻璃转变的进程以及发泡剂的分解进程息息相关，合理控制两者的添加量，更有利于控制发泡剂和粘结剂结合，使得对电池内部微短路和过热情况的改善更加可控。更优选的，所述发泡剂的重量可为所述安全涂层重量的5～6％、6～7％、7～8％、8～9％、或9～10％，所述粘结剂的重量可为所述安全涂层重量的10～12％、12～14％、14～16％、16～18％、或18～20％。优选的，所述发泡剂为偶氮类，N-亚硝基化合物、磺酰肼类化合物、脲基化合物中的至少一种。对于发泡剂的具备选用类型可以根据实际情况进行选择，包括对于粘结剂的选择、粘结剂的含量等方面进行考虑。优选的，所述粘结剂为聚丙烯酸酯类、环氧树脂类、聚氨酯类中的至少一种。同样的，对于粘结剂具备选用类型可以根据实际情况进行选择，包括对于发泡剂的选择、发泡剂的含量等方面进行考虑。优选的，所述安全涂层还包括发泡助剂，所述发泡助剂的重量可为所述安全涂层重量的5～6％、6～7％、7～8％、8～9％、或9～10％。通过发泡助剂、发泡剂与粘结剂三者的协同作用，该发泡助剂一方面可以促进发泡剂的分解产气，另一方面还可以提高安全涂层的孔隙率，有利于锂离子的扩散迁移。当发泡助剂含量过少时，则无法起到助力的作用，而当含量过多时，又会影响产气的可控性。优选的，所述发泡助剂为尿素、脲的衍生物、苯二甲酸、乙醇胺、有机盐中的至少一种。优选的，所述安全涂层还包括导电剂，所述导电剂的重量可为所述安全涂层重量的65～70％、70～73％、73～75％、75～78％、或78～80％。该导电剂可为导电炭黑、石墨烯、超导炭黑、石墨、膨胀石墨、碳纳米管、活性炭、无定型炭、中间相炭微球和气相炭纤维中的至少一种。在涂碳层中设置含量较高的导电剂，可以有效提升涂层的导电性。本专利技术的目的之二在于，提供一种电极极片，包括集流体和涂覆于所述集流体上活性物质层，所述集流体为上述任一项所述的复合集流体。本专利技术的目的之三在于，提供一种锂离子电池，包括正极片、负极片和间隔于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述正极片和/或所述负极片为上述所述的电极极片。相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术提供的复合集流体，在基材上涂覆安全涂层，利用该安全涂层降低电池发热，以及在电池短路后及时切断短路开关。一般而言，电池的正常工作温度小于60℃，高于80℃时比较容易发生安全事故。而本专利技术安全涂层中的粘结剂其玻璃转变温度为80～120℃，在达到80℃后即会发生物相转变，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合集流体，其特征在于，包括：/n基材；/n安全涂层，涂覆于所述基材的至少一表面，包括发泡剂和粘结剂；/n其中，所述粘结剂的玻璃转变温度为80～120℃；所述发泡剂在所述安全涂层中开始分解的温度为80～100℃，且所述发泡剂分解时有气体产生。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合集流体，其特征在于，包括：
基材；
安全涂层，涂覆于所述基材的至少一表面，包括发泡剂和粘结剂；
其中，所述粘结剂的玻璃转变温度为80～120℃；所述发泡剂在所述安全涂层中开始分解的温度为80～100℃，且所述发泡剂分解时有气体产生。


2.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述安全涂层的剥离强度大于或等于500N/m。


3.根据权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述发泡剂的发气量为100～300mL/g。


4.根据权利要求3所述的复合集流体，其特征在于，所述发泡剂的粒径为0.02～5μm，相对密度小于或等于2.0g/cm3。


5.根据权利要求1～4任一项所述的复合集流体，其特征在于，所述发泡剂的重量为所述安全涂层重量的5～10％，所述粘结剂的重量为所述安全涂层重量的10～20％。


6.根据权利要求5所述的复合集流体，其特征在于，所述发泡剂为偶氮类，N-亚硝基化合物、磺酰肼类化合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：李富，孙先维，赖旭伦，陈杰，杨山，郑明清，
申请(专利权)人：惠州锂威电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44