一种锂离子电芯、其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电芯、其制备方法和应用。所述锂离子电芯包括正极、负极和隔膜，所述正极封装于所述隔膜袋内部，所述隔膜位于所述正极和所述负极之间，用于隔离正极和所述负极，所述隔膜袋包括第一基膜和位于所述第一基膜至少一侧表面的第一陶瓷涂层，所述隔膜袋的两侧外表面还设置有第一有机涂层。本发明专利技术通过将正极装入密封的隔膜袋中，同时采用有机涂层的隔膜，通过热压在正极和隔膜袋以及正负极和隔膜之间形成粘结力，当电池热失控正极释放氧时，能够降低正极热分解释放的氧的散发，从而减少了释放的氧和电解液以及嵌锂负极发生的串扰反应，避免了锂离子电池热失控的发生，提升了电池的安全性能。提升了电池的安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电芯、其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池安全
，涉及一种锂离子电芯、其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着电动汽车产业的发展，消费者对于电动汽车的续航里程的追求越来越高，高能量密度的电芯开发应运而生。近些年，电动汽车因电池热失控而引发的爆炸自燃事故时有发生，在一定程度上阻碍了电动汽车的发展。锂离子电池的热失控机理是一个不断进行的连锁反应，改善热失控的主要方法是切断或者减少连锁反应。在所有的连锁反应中，正极结构不稳定而导致结构坍塌从而释放氧气是触发热失控的主要反应，这种现象随着镍含量的增加愈加明显，释放的氧气和电解液以及嵌锂的负极反应释放大量的热从而导致热失控的发生。
[0003]现有技术主要通过对材料进行结构改性来提升电池的安全性能，常见的是对正极材料进行掺杂和包覆。例如CN109244433A提供了一种Y掺杂高镍钴锰酸锂复合正极材料的制备方法，其通过在镍钴锰前驱体中掺入Y
3+
和锂源，反应得到改善后的高镍钴锰酸锂正极材料，将改善后的高镍钴锰酸锂正极材料加入锰酸锂后高温煅烧，得到最终的Y掺杂高镍钴锰酸锂复合正极材料，该方法可以稳定晶体结构、提高材料循环寿命及安全性能。CN108467070A提供了一种铬掺杂高电压高镍三元锂电池正极材料及制备方法，其通过将含有四价铬的无机盐浸入熔融氢氧化钠中反应，分离氧化镁后获得含镍、铬的铵配合物，然后加入氧化助剂、钴源和锰源进行球磨，接着采用共沉淀法制得铬掺杂的NCM前驱体，在预烧、研磨粉碎后，与粉末状锂源混合进行富氧固相烧结，得到铬掺杂的高镍三元锂电池正极材料。采用该方法制备得到的高镍三元正极材料的循环性能好，安全性和稳定性好。CN113571692A提供了一种高安全导电材料改性高镍正极材料及其制备方法，该方法通过阻燃聚合物与苯胺
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对苯二胺共聚物的协同作用，增加导电性的同时，阻燃聚合物带来的高安全性可以避免电芯在极端条件下因热失效引起的起火、爆炸等安全问题。
[0004]但是，上述掺杂和包覆的方法存在操作繁琐、掺杂和包覆不均匀等问题，因而开发一种提升电池安全性能的方法和电池具有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电芯、其制备方法和应用。
[0006]为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种锂离子电芯，包括正极、负极和隔膜，所述正极封装于所述隔膜袋内部，所述隔膜位于所述正极和所述负极之间，用于隔离正极和所述负极，所述隔膜袋包括第一基膜和位于所述第一基膜至少一侧表面的第一陶瓷涂层，所述隔膜袋的两侧外表面还设置有第一有机涂层。
[0008]本专利技术通过将正极装入密封的隔膜袋中，当电池热失控正极释放氧时，能够降低
正极热分解释放的氧的散发，从而减少了释放的氧和电解液以及嵌锂负极发生的串扰反应，避免了锂离子电池热失控的发生，提升了电池的安全性能。
[0009]本专利技术中，由于第一有机涂层的设置，封装于隔膜袋内的正极与隔膜和负极组装成电芯，注入电解液并化成后，在一定的温度和压力下热压后，有机涂层在电解液中溶胀形成粘结力，加强了与正极和隔膜的粘结，能够在一定程度上限制气体的逸出，同时也减少了界面处的电解液，降低了氧气和电解液的反应，阻断或减少了后续的连锁反应，在一定程度上抑制了热失控的发生，从而提升了电池的安全性能。
[0010]需要注意的是，本专利技术的隔膜需要在正极中的活性物质释氧温度时保持稳定。示例性地，三元的正极释氧温度一般在200℃左右，而常规的PP、PE隔膜在此温度下已经熔融，故不能选用此类隔膜。本专利技术优选采用具有高玻璃转变温度或者高熔点的聚合物作为基膜制备复合隔膜，采用该复合隔膜制作隔膜袋用于封装正极。
[0011]本专利技术对正极的结构和组成不作具体限定，示例性地，正极包括正极集流体和设置于所述正极集流体表面的正极活性层，所述正极活性层包括正极活性物质、导电剂和粘结剂。正极活性物质例如可以是镍含量≥60％的三元正极材料，三元正极材料例如可以是镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂。
[0012]本专利技术对负极的结构和组成不作具体限定，示例性地，负极包括负极集流体和设置于所述负极集流体表面的负极活性层，所述负极活性层包括负极活性物质、导电剂和粘结剂。负极活性物质例如可以是硅基材料或石墨等。
[0013]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0014]优选地，所述第一有机涂层中的有机物包括聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺(PI)和聚甲基丙烯酸甲酯中(PMMA)的至少一种。
[0015]示例性地，聚偏氟乙烯共聚物可以是聚(偏二氟乙烯
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六氟丙烯)(PVDF
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HFP)。
[0016]优选地，所述第一有机涂层的厚度为0.5μm
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4.0μm，例如0.5μm、0.7μm、1.0μm、1.2μm、1.5μm、1.7μm、2.0μm、2.3μm、2.5μm、3.0μm、3.5μm或4.0μm等。
[0017]通过优化第一有机涂层的厚度可以获得较大的粘结力，进而提升电池的安全性能。
[0018]优选地，所述第一基膜的材质包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯腈(PAN)、聚醚醚酮(PEEK)和聚苯并咪唑(PBI)中的至少一种，但并不限于上述列举的种类，其他具有高玻璃转变温度或者高熔点的聚合物也可适用于本专利技术。
[0019]优选地，所述第一基膜的厚度为12μm
‑
25μm，例如12μm、15μm、17μm、20μm、22μm、23μm、24μm或25μm等。
[0020]优选地，所述第一陶瓷涂层中的陶瓷包括氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO)和氧化镁(MgO)中的至少一种。
[0021]优选地，所述第一陶瓷涂层的单面厚度为2μm
‑
5μm，例如2μm、3μm、3.5μm、4μm或5μm等。
[0022]优选地，所述隔膜包括第二基膜和位于所述第二基膜至少一侧表面的第二陶瓷涂层，所述隔膜的两侧外表面还设置有第二有机涂层。
[0023]本专利技术对该隔膜中的第二基膜的种类不作具体限定，本领域技术人员可选用现有
技术中的隔膜常用的基膜种类，也可以选用与第一基膜相同的材质。
[0024]本专利技术对该隔膜中的第二陶瓷涂层的种类不作具体限定，本领域技术人员可选用现有技术中常用的陶瓷涂层的配方制备陶瓷涂层，也可以选用与第一陶瓷涂层相同的组成。
[0025]优选地，所述第二有机涂层中的有机物包括聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯及其共聚物、聚丙烯腈、聚酰亚胺和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
[0026]优选地，所述第二有机涂层的厚度为0.5μ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电芯，包括正极、负极和隔膜，其特征在于，所述正极封装于所述隔膜袋内部，所述隔膜位于所述正极和所述负极之间，用于隔离正极和所述负极，所述隔膜袋包括第一基膜和位于所述第一基膜至少一侧表面的第一陶瓷涂层，所述隔膜袋的两侧外表面还设置有第一有机涂层。2.根据权利要求1所述的锂离子电芯，其特征在于，所述第一有机涂层中的有机物包括聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯及其共聚物、聚丙烯腈、聚酰亚胺和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；优选地，所述有机涂层的厚度为0.5μm
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4.0μm。3.根据权利要求2所述的锂离子电芯，其特征在于，所述第一基膜的材质包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚醚醚酮和聚苯并咪唑中的至少一种；优选地，所述第一基膜的厚度为12μm
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25μm；优选地，所述第一陶瓷涂层中的陶瓷包括氧化铝、氧化硅和氧化镁中的至少一种；优选地，所述第一陶瓷涂层的单面厚度为2μm
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5μm。4.根据权利要求1
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3任一项所述的锂离子电芯，其特征在于，所述隔膜包括第二基膜和位于所述第二基膜至少一侧表面的第二陶瓷涂层，所述隔膜的两侧外表面还设置有第二有机涂层；优选地，所述第二有机涂层中的有机物包括聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯及其共聚物、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁园，王茂范，胡伟东，胡朝帅，徐亚杰，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：