用于防止锂离子电池热失控的涂料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种涂料的制备方法，包括以下步骤：将导电介质、氧化石墨烯和聚合物置于溶剂中分散形成分散液，所述聚合物为热膨胀系数大于等于2

【技术实现步骤摘要】
用于防止锂离子电池热失控的涂料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，特别是涉及一种用于防止锂离子电池热失控的涂料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]高性能的锂离子电池在消费电子产品、电动汽车和电网储能等方面都有广泛的应用。在过去几十年中，锂离子电池的能量密度、功率密度和循环寿命已经得到了显著的改善，但是电池的安全性仍然是尚未解决的隐患。锂离子动力电池体积较大，散热性能差，随着持续的使用，电池内部温度过高会引起有机电解液体系中的物质分解，进一步放热，使隔膜软化，最终导致正负极短路甚至发生着火和爆炸。此外，电池在使用过程中遭受意外撞击或过充，也会导致隔膜破损，电池短路，短时间产生大量的热量，引发热失控。
[0003]目前，商业化的锂离子电池是在外壳上设置外部泄压孔和正温度系数电阻器（PTC）来控制电池的压力和温度，以防止过压和过热，但是，电池内部的压力和温度升高的速度可能会比这些外部设备检测的速度高的多，因此从电池内部设计解决方案防止热失控会更有效。传统的从电池内部设计来解决电池安全问题的方法有：使用耐高温的热固性纤维制备隔膜，提高隔膜的耐热性能；在商业隔膜表面涂覆一层散热性好的陶瓷涂层；在电解液中添加阻燃剂等；使用热敏材料改性正极，在过高温度时关闭电池。
[0004]但是，传统的解决电池安全问题的方法，并没有从根本上解决安全隐患，要么无法做到有效防止热失控，要么在防止热失控的同时，也导致电池后续无法再继续使用或降低电池的电化学性能。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要提供一种用于防止锂离子电池热失控的涂料及其制备方法和应用，能够有效防止锂离子电池热失控，而且不会破坏电池性能。
[0006]本专利技术的一个方面，提供了一种涂料的制备方法，包括以下步骤：将导电介质、氧化石墨烯和聚合物置于溶剂中分散形成分散液，所述聚合物为热膨胀系数大于等于2
×
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‑4，且熔融温度大于100℃的热塑性绝缘材料，所述导电介质为还原性金属颗粒；在惰性气氛保护下，对所述分散液进行加热还原；其中，所述还原性金属颗粒、氧化石墨烯和聚合物的质量比为（1~3）：（1~3）：（10~20）。
[0007]在其中一个实施例中，所述还原性金属颗粒包括铜颗粒、铝颗粒、锌颗粒和镍颗粒中的一种或几种。
[0008]在其中一个实施例中，所述还原性金属颗粒的粒径D50为50nm~300nm。
[0009]在其中一个实施例中，所述氧化石墨烯氧含量为30wt%～40wt%。
[0010]在其中一个实施例中，所述聚合物为聚乙烯或聚乙烯醇。
[0011]在其中一个实施例中，所述溶剂选自苯、甲苯、二甲苯、三氯乙烯和水中的一种或多种。
[0012]在其中一个实施例中，所述加热还原的温度为50℃~200℃，所述加热还原的时间为36h~60h。
[0013]本专利技术又一方面，提供由所述的制备方法制备得到的涂料。
[0014]本专利技术再一方面，还提供所述的涂料在防止锂离子电池热失控中的应用。
[0015]本专利技术还一方面，进一步提供一种锂离子电池，包括：正极，包括正极材料层、正极集流体；负极，包括负极材料层和负极集流体；隔膜，置于所述正极和所述负极之间；电解液，填充于电池内部；以及所述涂料固化而成的涂层，所述涂层置于所述正极材料层和所述正极集流体之间，或者所述涂层置于所述正极材料层上，或者所述涂层置于所述负极材料层上。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的具有如下有益效果：本专利技术提供的涂料的制备方法，采用还原性金属颗粒、氧化石墨烯和聚合物作为原料，在加热条件下，还原性金属颗粒还原氧化石墨烯，从而使还原性金属颗粒表面被石墨烯包覆，聚合物不发生化学反应，石墨烯包覆的还原性金属颗粒可以分散在聚合物内部，作为导电介质。由该制备方法制备的涂料，用于电池时，常温下涂料内部形成导电通路，而当电池内温度升高至接近热失控温度时，聚合物受热膨胀，内部导电通路断开，整个涂料电阻迅速升高，电池关闭，防止热失控，而当电池温度降低时，聚合物能够收缩，内部导电通路又导通，电池可以继续工作，不会破坏电池性能。本专利技术提供的涂料的制备方法，工艺简单有效，易于规模化生产，由其制备的涂料作为电池安全材料具有更优异的防热失控效果，能够进一步提升电池安全性能。
附图说明
[0017]图1为实施例1制备的正极在不同温度下的电阻变化曲线；图2为实施例1制得的电池A1和A2在室温（25℃）条件下放电性能曲线；图3为实施例1制得的电池A1在25℃和80 ℃下的放电性能曲线；图4为电池A2在25℃和80 ℃下的放电性能曲线；图5为实施例2制得的涂料固化后的膜在不同温度下的电阻变化曲线；图6为实施例3制得的涂料固化后的膜在不同温度下的电阻变化曲线；图7为对比例1制得的涂料固化后的膜在不同温度下的电阻变化曲线。
具体实施方式
[0018]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0019]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的
技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0020]一种涂料的制备方法，包括如下步骤：S11，将导电介质、氧化石墨烯和聚合物置于溶剂中分散形成分散液，所述聚合物为热膨胀系数大于等于2
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‑4，且熔融温度大于100℃的热塑性绝缘材料，所述导电介质为还原性金属颗粒；S12，在惰性气氛保护下，对所述分散液进行加热还原；其中，所述还原性金属颗粒、氧化石墨烯和聚合物的质量比为（1~3）：（1~3）：（10~20）。
[0021]本专利技术实施例提供的的涂料的制备方法，采用还原性金属颗粒、氧化石墨烯和高热膨胀系数的聚合物作为原料，在加热条件下，还原性金属颗粒还原氧化石墨烯，从而使还原性金属颗粒表面被石墨烯包覆，聚合物不发生化学反应，石墨烯包覆的还原性金属颗粒可以分散在聚合物内部，作为导电介质。由该制备方法制备的涂料，用于电池时，常温下涂料内部形成导电通路，而当电池内温度升高至接近热失控温度时，聚合物受热膨胀，内部导电通路断开，整个涂料电阻迅速升高，电池关闭，防止热失控，而当电池温度降低时，聚合物能够收缩，内部导电通路又导通，电池可以继续工作，不会破坏电池性能，其作为电池安全材料具有更优异的防热失控效果，能够进一步提升电池安全性能。
[0022]在一些实施方式中，所述还原性金属颗粒包括铜颗粒、铝颗粒、锌颗粒和镍颗粒中的一种或几种，优选为铜颗粒。
[0023]在一些实施方式中，所述还原性金属颗粒的粒径D50为50本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将导电介质、氧化石墨烯和聚合物置于溶剂中分散形成分散液，所述聚合物为热膨胀系数大于等于2
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‑4，且熔融温度大于100℃的热塑性绝缘材料，所述导电介质为还原性金属颗粒；在惰性气氛保护下，对所述分散液进行加热还原；其中，所述还原性金属颗粒、氧化石墨烯和聚合物的质量比为（1~3）：（1~3）：（10~20）。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原性金属颗粒包括铜颗粒、铝颗粒、锌颗粒和镍颗粒中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原性金属颗粒的粒径D50为50nm~300nm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯氧含量为30wt%～40wt%。5.根据权利要求1所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：于帆，杜真真，王晶，王珺，李炯利，王旭东，王刚，罗圭纳，
申请(专利权)人：北京石墨烯技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：