一种防过充低温倍率型负极极片及其制造方法和基于其的锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种防过充低温倍率型负极极片及其制造方法和基于其的锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。通过在负极集流体上，将复合添加剂浆料与负极浆料混合均匀后涂覆，或者将复合添加剂浆料和负极浆料分层涂覆，得到涂覆后的极集流体；将所得涂覆后的极集流体干燥，然后压实制得防过充低温倍率型负极极片；其中，复合添加剂浆料的各组分以质量百分数计，防过充添加剂为0.1％～4％、导电添加剂为1％～6％、导热添加剂为1％～6％、分散剂为0.1％～1％，其余为溶剂。采用上述方法制得的防过充低温倍率型负极极片和基于其的锂离子电池，兼具优异的低温放电性能、倍率放电性能和良好的防过充安全性能的锂离子电池，是解决上述问题的关键。

【技术实现步骤摘要】
一种防过充低温倍率型负极极片及其制造方法和基于其的锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种防过充低温倍率型负极极片及其制造方法和基于其的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池由于具有高能量密度和长循环寿命等显著优点，在日常生产和生活中得到了越来越广泛的应用。但由于锂离子电池使用的电池正负极活性材料的电势差普遍都在2V以上，只能使用电化学窗口更宽的有机溶剂电解液体系，其在极端工况下，比如过充放和过热情况下，容易引起有机电解液的燃烧，造成严重的安全事故。同时，由于锂离子电池负极材料多使用石墨类、硅碳复合材料和氧化亚硅材料，其在低温工况下和高倍率工况下动力学性能缓慢，造成性能严重衰退。通过在电解液中加入防过充添加剂，是一种有效解决过充安全性问题的手段。但是其加入量与电池注液量密切相关，无法准确与单位面积极片相匹配、相协调。通过使用低温电解液，并提高负极极片导电剂含量，可以有效提高其低温倍率性能，但是其散热性能往往不理想，在低温工况或高倍率工况下循环寿命较差。此外，常规锂离子电池低温放电性能较差，在-10℃以下性能衰退严重，甚至无法放电；倍率性能不高，5C倍率持续放电时，即会因散热性能较差而造成较高的温升，存在热失控风险；同时，用户终端的滥用，可能造成锂离子电池过充电，从而引起燃烧、爆炸等安全事故。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种防过充低温倍率型负极极片及其制造方法和基于其的锂离子电池，同时解决常规锂离子电池存在的过充安全性问题、低温放电性能和高倍率放电时的导电性和散热性问题，并实现精确、可控的制造。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术公开了一种防过充低温倍率型负极极片的制造方法，在负极集流体上，将复合添加剂浆料与负极浆料混合均匀后涂覆，或者将复合添加剂浆料和负极浆料分层涂覆，得到涂覆后的极集流体；将所得涂覆后的极集流体干燥，然后压实制得防过充低温倍率型负极极片；其中，复合添加剂浆料的组分包括：防过充添加剂、导电添加剂、导热添加剂、分散剂和溶剂；以质量百分数计，防过充添加剂为0.1％～4％、导电添加剂为1％～6％、导热添加剂为1％～6％、分散剂为0.1％～1％，其余为溶剂。优选地，防过充添加剂为1,4-二叔丁基-2,5二甲氧基苯。优选地，导电添加剂选择多壁碳纳米管、单壁碳纳米管和石墨烯中的至少一种，作为纳米导电添加剂。优选地，导热添加剂选自纳米氮化钛、纳米碳化钛、纳米氮化铝、纳米碳化硅中的至少一种，作为纳米导热添加剂。优选地，分散剂为钛酸酯偶联剂和PVP的复合。优选地，溶剂为甲醇、乙醇中的至少一种。优选地，在负极集流体上，基于复合添加剂浆料与负极浆料混合均匀，制备防过充低温倍率型负极极片的具体步骤包括如下：向负极浆料中添加复合添加剂浆料，均匀分散后得到混合浆料；先采用单面涂覆工艺或者双面涂覆工艺，将所得混合浆料在负极集流体上涂布均匀，得到涂覆后的极集流体，然后将所得涂覆后的极集流体经干燥、碾压，制得防过充低温倍率型负极极片。优选地，在负极集流体上，基于复合添加剂浆料和负极浆料分层涂覆，制备防过充低温倍率型负极极片的具体步骤包括如下：先采用单面涂覆工艺或者双面涂覆工艺，将负极浆料在负极集流体上涂覆均匀后干燥，然后采用喷涂工艺，继续均匀喷涂复合添加剂浆料，喷涂结束后经烘干、碾压，制得防过充低温倍率型负极极片。优选地，先采用喷涂工艺，先在负极集流体上均匀喷涂复合添加剂浆料，干燥后继续采用单面涂覆工艺或者双面涂覆工艺均匀涂布负极浆料，涂覆后经烘干、碾压，制得防过充低温倍率型负极极片。优选地，复合添加剂浆料用量为：单位面积上复合添加剂与单位面积上负极浆料中负极活性物质的质量百分比为0.1％～3％。优选地，压实密度为1.2～1.8mg/cm3。优选地，单面涂覆量为2.5～12.5mg/cm2，双面涂覆量为5～25mg/cm2。优选地，负极集流体为铜箔、涂炭铜箔和多孔铜箔中的一种。优选地，负极浆料的制备操作如下：将负极活性物质、导电剂、粘结剂均匀分散于溶剂A中，经匀浆处理制得负极浆料；其中，负极活性物质为石墨、硅碳复合材料、氧化亚硅材料中的一种或多种，导电剂为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的至少一种，粘结剂为CMC+SBR、PAA、PAN中的至少一种；以质量百分数计，负极活性物质含量为92％～96％，导电剂含量为1％～3％，粘结剂含量为2％～5％，其余为溶剂A。本专利技术还公开了采用上述制造方法制得的一种防过充低温倍率型负极极片。本专利技术还公开了一种锂离子电池，包括上述一种防过充低温倍率型负极极片。优选地，所述锂离子电池还包括正极片、隔膜和电解液，隔膜设置在正极片和所述防过充低温倍率型负极极片中间。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术公开了一种防过充倍率型负极极片的制造方法，通过选择复合添加剂浆料，并配合正极浆料的使用，可以保证导电添加剂、导热添加剂和防过充添加剂均匀分散在负极浆料中，均匀分散形态有利于其性能的发挥；改善了现有技术中仅从电解液等外部环境的低效率功能提升。其中，导电添加剂可以显著提高负极极片导电性，降低电池内阻，从而一定程度上提高电池倍率和低温性能；导热添加剂可以改善大倍率放电时电池的散热情况，保证了持续大倍率放电时的性能稳定；通过以1,4-二叔丁基-2,5二甲氧基苯为防过充添加剂，能够提高过充时的安全性能，避免电池因过充产气鼓胀或漏夜导致的热失控风险；通过选择钛酸酯偶联剂和PVP的复合作为分散剂，能够有效地将导电添加剂和导热添加剂进行均匀分散。此外，所述制造方法能够适用于单面或者双面涂布，有利于提高生产效率。因此，本专利技术所述制造方法具有制备可控、导电及导热性能可调节的优点。进一步地，通过选择导电添加剂的合理组分，能够有效提高极片的导电性能，并进一步降低电池内阻，特别是降低低温时的阻抗，有助于电池倍率性能和低温性能的提升。通过选择导热添加剂的合理组分，能够改善电池大倍率放电时的散热情况，确保了大倍率放电时的性能稳定，避免因电池产热过大、散热不及时导致的性能发挥不稳定以及潜在的热失控风险。进一步地，所述制造方法中通过先将所述复合添加剂浆料和负极浆料均匀混合，能够有效保证导电添加剂、导热添加剂及防过充添加剂在浆料的均匀分散形态，从而有利于形成均匀的导电和导热网络。进一步地，所述制造方法中通过先在负极集流体上涂布负极浆料、然后再喷涂所述复合添加剂浆料，能够降低电池内阻、强化极片散热，并提高针刺安全性能。进一步地，所述制造方法中通过先喷涂所述复合添加剂浆料、然后再涂布正极浆料，能够增强集流体基底导电及导热性能，并提高针刺安全性能。本专利技术还公开了采用上述制造方法制得的一种防过充低温倍率型负极极片和基于其的一种锂离子电池，所述锂离子电池中包括了上述防过充低温倍率型负极极片，并配合常规正极片、隔膜和电解液组装构成锂离子电池。本专利技术所述锂离子电池，其基于上述防过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防过充低温倍率型负极极片的制造方法，其特征在于，在负极集流体上，将复合添加剂浆料与负极浆料混合均匀后涂覆，或者将复合添加剂浆料和负极浆料分层涂覆，得到涂覆后的极集流体；将所得涂覆后的极集流体干燥，然后压实制得防过充低温倍率型负极极片；/n其中，复合添加剂浆料的组分包括：防过充添加剂、导电添加剂、导热添加剂、分散剂和溶剂；/n其中，以质量百分数计，防过充添加剂为0.1％～4％、导电添加剂为1％～6％、导热添加剂为1％～6％、分散剂为0.1％～1％，其余为溶剂；/n其中，防过充添加剂为1,4-二叔丁基-2,5二甲氧基苯，分散剂为钛酸酯偶联剂和PVP的复合。/n

【技术特征摘要】
1.一种防过充低温倍率型负极极片的制造方法，其特征在于，在负极集流体上，将复合添加剂浆料与负极浆料混合均匀后涂覆，或者将复合添加剂浆料和负极浆料分层涂覆，得到涂覆后的极集流体；将所得涂覆后的极集流体干燥，然后压实制得防过充低温倍率型负极极片；
其中，复合添加剂浆料的组分包括：防过充添加剂、导电添加剂、导热添加剂、分散剂和溶剂；
其中，以质量百分数计，防过充添加剂为0.1％～4％、导电添加剂为1％～6％、导热添加剂为1％～6％、分散剂为0.1％～1％，其余为溶剂；
其中，防过充添加剂为1,4-二叔丁基-2,5二甲氧基苯，分散剂为钛酸酯偶联剂和PVP的复合。


2.根据权利要求1所述的一种防过充低温倍率型负极极片的制造方法，其特征在于，导电添加剂选择多壁碳纳米管、单壁碳纳米管和石墨烯中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的一种防过充低温倍率型负极极片的制造方法，其特征在于，导热添加剂选自纳米氮化钛、纳米碳化钛、纳米氮化铝、纳米碳化硅中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的一种防过充低温倍率型负极极片的制造方法，其特征在于，溶剂为甲醇、乙醇中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的一种防过充低温倍率型负极极片的制造方法，其特征在于，在负极集流体上，基于复合添加剂浆料与负极浆料混合均匀，制备防过充低温倍率型负极极片的具体步骤包括如下：
向负极浆料中添加复合添加剂浆料，均匀分散后得到混合浆料；先采用单面涂覆工艺或者双面涂覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡朝文，邵乐，田占元，袁丽只，高昕瑾，路通，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61