一种锂离子电池安全底涂浆料及其制备方法、一种集流体技术

本发明专利技术的目的在于提供一种锂离子电池安全底涂浆料及其制备方法、一种集流体，本发明专利技术先制备部分氧化石墨烯的，再在部分氧化石墨烯表面接枝活性锂支链；最后与粘结剂、悬浮剂和分散剂混合制成安全底涂浆料。与现有技术性相比，使用改性后的部分氧化石墨烯作为底涂材料，对电芯的重量和厚度影响小，且石墨烯接枝的活性锂支链在充放电过程中能够作为锂离子迁移的中转站，有效缩短了锂离子的迁移距离，能够减轻电极内部浓差极化。利用上述底涂浆料制备的集流体能够减少因电芯内短路引发的安全事故，相应速度快，提升锂离子电池的安全，提高电芯穿刺通过率，避免爆炸、起火等严重事故发生。发生。发生。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池安全底涂浆料及其制备方法、一种集流体


[0001]本专利技术属于电化学
，具体涉及一种锂离子电池安全底涂浆料及其制备方法、一种集流体。

技术介绍

[0002]电动汽车的普及对锂离子电池的功率密度、能量密度、安全性能提出了更高的要求。为了满足能量密度和功率密度的需求，电芯单体越做越大，仅靠传统的保护装置已经无法满足车厂对电芯安全性的要求。锂离子电池一旦发热失控会产生一系列的连锁反应，最终导致电池起火，甚至发生爆炸，严重威胁到用户人身安全，影响了锂离子电池在高功率、高能量密度领域的普及。
[0003]大量的数据表明，电池内短路是造成锂离子电池安全隐患的根本原因。四种内短路模式中又以负极与正极集流体铝箔直接接触导致的内短路最为危险，易起火、爆炸。为了避免发生电池内短路，相关研究人员对锂离子电池的多个方面进行改进，以提高锂离子电池整体的安全性。
[0004]现在比较成熟的方案主要可以分为两类，一类是在电极材料内添加阻燃剂或者在电解液内加入阻燃成分；另一类则是在集流体表面涂安全涂层的方式改善安全。前者不需要增加额外的设备和步骤，仅在投料时加入阻燃剂；后者则是直接对集流体本身的改性，在电极材料与集流体箔材多加了一层安全涂层。
[0005]2015年3月4日公开的公开号为CN 104393341A的专利《一种锂电池高安全性电解液》，是将阻燃剂加入到电解液内，阻止电解液在高温下起火，但阻燃剂占比过高，增加了电解液黏度和内阻，影响电芯的倍率性能。
[0006]2018年12月11日公开的公开号为CN108987793A的专利《一种高安全性锂离子电池及其制备方法》和2019年5月21日公开的公开号为CN109786737A的专利《一种高安全性能的锂离子电池及其制备方法》分别在正、负极内加入阻燃剂提升电芯安全性，避免电池在极端条件下使用时发生着火、爆炸等不安全问题，同时保证电芯具有良好的电化学性能。在电极内加入阻燃剂会降低活性材料的占比，降低电芯整体的能量密度。对于三元、钴酸锂等高电压电化学体系，可能出现阻燃剂被氧化导致失效的问题，在使用上具有一定的局限性。
[0007]2019年5月14日公开的公开号为CN109755466A的专利《一种正极极片、电化学装置及安全涂层》、2021年11月2日公开的公开号为CN113594538A的专利《一种安全锂离子电池及其制备方法》、2021年5月7日公开的公开号为CN112768702A的专利《一种正极片及其高安全锂离子电池》，公开的技术为在电极材料与集流体之间构建一层安全涂层增加电芯在高温环境或发生内短路时的安全性。CN109755466A材料高分子安全涂层，是利用高分子在高温下发生聚合或其热敏特性，实现电芯内部的断路。高分子安全涂层的响应速度、阻断电流的效果仍需进一步改善。CN113594538A和CN112768702A是采用无机安全涂层，是将磷酸铁锂等低电导率材料代替导电碳作为底涂材料涂敷在集流体表面，通过增加内短路电阻，减小短路电流，降低发热，避免热失控，增加电芯安全性。为了实现安全底涂的作用，保证底涂
的覆盖度，磷酸铁锂作为底涂材料会增加电芯的重量。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池安全底涂浆料及其制备方法，使用改性后的部分氧化石墨烯作为底涂材料，对电芯的重量和厚度影响小，且石墨烯接枝的活性锂支链在充放电过程中能够作为锂离子迁移的中转站，有效缩短了锂离子的迁移距离，能够减轻电极内部浓差极化。
[0009]本专利技术提供的一种集流体，采用上述锂离子电池安全底涂制备得到。利用上述底涂浆料制备的集流体能够减少因电芯内短路引发的安全事故，相应速度快，提升锂离子电池的安全，提高电芯穿刺通过率，避免爆炸、起火等严重事故发生。
[0010]本专利技术具体技术方案如下：
[0011]一种锂离子电池安全底涂浆料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1：部分氧化石墨烯的制备；
[0013]S2：部分氧化石墨烯表面接枝活性锂支链；
[0014]S3：步骤S2处理后材料制成安全底涂浆料。
[0015]步骤S1中，所述部分氧化石墨烯厚度为0.2～20nm，片层尺寸0.1～10μm，片层数量小于20层；
[0016]所述部分氧化石墨烯为石墨烯经部分氧化、部分氧化石墨剥离或氧化石墨烯部分还原得到；
[0017]所述石墨烯为市售石墨烯或利用电弧法、机械剥离法、化学气相沉积法中的一种或多种组合制备的石墨烯；
[0018]所述石墨烯经部分氧化的方法包括液相法、化学氧化法或电化学氧化法等；
[0019]氧化石墨烯部分还原的方法包括水热还原或化学还原等方法；
[0020]优选的，步骤S1中，所述部分氧化石墨烯的制备方法为：将氧化石墨烯置于氮气炉内，800
±
10℃热处理30
±
5分钟，经过热脱氧处理后得到部分氧化石墨烯；
[0021]氧化石墨烯片层上有大量的羟基和羧基酸性活性基团，对氧化石墨烯进行热处理时，片层表面环氧基和羟基分解生成CO2和水蒸气，氧化石墨烯片部分脱氧,从而具备了导电性能。所述氮气还可以替换为氢气和氩气混合气体。
[0022]或，步骤S1中，所述部分氧化石墨烯的制备方法为：将氧化石墨烯放置于还原气氛炉内，还原气体为氢氩混合气，其中氢气体积含量3
±
0.1％，其余为氩气，580
‑
610℃热处理17
‑
22分钟，经过热处理后得到部分氧化石墨烯；
[0023]或，步骤S1中，所述部分氧化石墨烯的制备方法为：将氧化石墨烯、还原剂和水混合，搅拌反应，得到部分氧化石墨烯。
[0024]所述还原剂为抗坏血酸、水合肼或硼氢化钠。
[0025]具体的：还原剂为抗坏血酸的，部分氧化石墨烯的制备方法为：将氧化石墨烯：抗坏血酸：去离子水按质量比1：18
‑
22：200
‑
210加入反应釜内，常温搅拌反应12
±
0.5小时，分离，得到部分氧化石墨烯；
[0026]还原剂为水合肼的，部分氧化石墨烯的制备方法为：将氧化石墨烯、水合肼和去离子水按质量比1：4.6
‑
5.1：190
‑
220加入反应釜内，90
‑
105℃搅拌反应6
‑
6.5小时，分离得到
部分氧化石墨烯；
[0027]还原剂为硼氢化钠的，部分氧化石墨烯的制备方法为：将氧化石墨烯、硼氢化钠和去离子水按质量比1：9
‑
12：195
‑
220加入反应釜内，95
‑
110℃搅拌反应6
‑
6.5小时，分离得到部分氧化石墨烯；
[0028]或，所述部分氧化石墨烯的制备方法为：将石墨烯和具有氧化性的酸溶液按照质量比1:28
‑
33混合，85
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池安全底涂浆料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：S1：部分氧化石墨烯的制备；S2：部分氧化石墨烯表面接枝活性锂支链；S3：步骤S2处理后材料制成安全底涂浆料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述部分氧化石墨烯为石墨烯经部分氧化、部分氧化石墨剥离或氧化石墨烯部分还原得到。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述石墨烯经部分氧化的方法包括液相法、化学氧化法或电化学氧化法。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，氧化石墨烯部分还原的方法包括水热还原或化学还原。5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述部分氧化石墨烯表面接枝活性锂支链的方法为：将步骤S1制备的部分氧化石墨烯、氨水和去离子水混合，加热回流；将产物洗涤至溶液呈中性后离心分离，将产物重新分散在去离子水中；再加入锂材料，加热搅拌反应；产物洗涤至中性，得到部分氧化石墨烯表面接枝活性锂支链。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾培源，俞沁，卫丹丹，晏子聪，窦元运，
申请(专利权)人：芜湖天弋能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：