一种评估锂离子电池极片界面状况的方法、隔膜结构及电池极片-隔膜结构技术

本发明专利技术公开了一种评估锂离子电池极片界面状况的方法、隔膜结构及电池极片

【技术实现步骤摘要】
一种评估锂离子电池极片界面状况的方法、隔膜结构及电池极片
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隔膜结构


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，更具体地说，涉及一种评估锂离子电池极片界面状况的方法、隔膜结构及电池极片
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隔膜结构。

技术介绍

[0002]锂离子电池在商业化近30年以来，因其能量密度高、环境友好、寿命长等优点而广泛的应用于消费类电子设备、动力汽车和储能等领域。为了满足人们对锂离子电池性能越来越高的要求，必须不断优化锂离子电池在材料、结构等方面的性能。锂离子电池的界面问题一直是困扰人们不断优化离子膜电池性能的一大难题，特别是锂离子电池的负极界面，只有和隔膜接触良好、负极SEI膜均匀且稳定的负极界面才能够保证电池的优异性能。然而，实际中由于各种各样的因素导致负极界面并不能如我们预期的那样均匀和稳定，例如在电池化成过程中会产生气体，这些气体有可能在极片界面处产生气泡，这些气泡会阻碍极片浸润电解液，从而使锂离子传输受阻，迁移路径变远，未接触电解液区域形成暗区、暗区周边可能析锂(暗区不参与电化学反应)，进而影响电池的容量、倍率性能及循环寿命等综合性能，严重时会引起安全事故。
[0003]研究人员通过各种方法希望来优化锂离子电池界面，如优化电池正负极极片、优化电池组装工艺、优化电池化成&分容工艺。这些优化方法都依赖于对锂离子电池极片界面状况的有效评估，因此如何有效评估锂离子电池极片界面状况尤为重要。现有的锂离子电池极片界面状况的评估方法主要有电池拆解观察极片界面状态、电池性能测试间接评估、CT扫描等表征方法观测极片状态，这些方法在评估极片界面都存在一定局限性，要么是评估周期长、要么是不够直观有效，因此亟需提供一种有效评估锂离子电池极片界面状况的方法。例如，专利CN109342952A，公开了一种锂离子电池电极与电解液界面评价方法，包括以下步骤：采用单面涂覆的同批次的正、负极极片，组装成多个单层软包全电池；静置后，将两支电池化成后分别充电至满电态及放电至空电态；将满电态及空电态的全电池在手套箱中拆解，取出正负极极片；将正负极极片除去残存的电解液；将满电态中的负极极片与空电态中的负极极片组装成负极对称电池；静置后，在恒定电流及温度下进行循环测试。将空电态中的正极极片与满电态中的正极极片组装成正极对称电池；静置后，在恒定电流及温度下进行循环测试。将正、负极对称电池循环至不同的循环周数进行阻抗测试。专利CN105652214A公开了一种锂离子电池负极与电解液界面的评价方法，包括：选取单面涂覆的某一批次负极极片，采用某种电解液，组装成对称电池；静置一段时间后，给所述对称电池施加一个恒定电流，进行循环性能测试；绘制所述对称电池的极化电压随测试时间的变化曲线；对该批次负极极片与该种电解液界面形成的SEI膜的稳定性以及该批次负极极片的活性材料与该种电解液的相容性进行分析判断；选取单面涂覆的同一批次负极极片，采用其它不同种类的电解液，组装成对称电池，重复上述步骤。专利CN112068002A公开了一种快速评估陶瓷复合极片的方法，该方法包括：将涂覆不同厚度陶瓷涂层的极片组装为第一
对称电池，将空白极片组装为第二对称电池，分别获取二者的电性能信息；将涂覆不同厚度陶瓷涂层的极片组装为第一单片软包电池，将空白极片组装为第二单片软包电池，模拟滥用环境，分别获取二者的安全信息；基于第一对称电池的电性能信息和第二对称电池的电性能信息、第一单片软包电池的安全信息和第二单片软包电池的安全信息对涂覆不同厚度陶瓷涂层的极片性能进行评估。
[0004]LATP(磷酸钛铝锂)具有较高的锂离子导电性，可以提高锂离子的传输效率，与其他材料相比，磷酸钛铝锂具有结构稳定，化学稳定性强，循环性能好等特性，常被应用于电极、隔膜，用于提高正极极片的离子电导率，降低电池内阻，例如专利CN114171848A，该方法中，浆料直接涂覆至极片；专利CN104103873A该方法中，将固态电解质镀在多孔陶瓷基底上，隔离所述金属锂负极和多孔正极，用于提高离子传导性能；专利WO2021184768A1，该方法中，LATP包覆在极片表面，用于降低固态硫化物电解质层与正极材料之间的反应活性，进而降低表面电荷层效应，确保锂离子的快速迁移。专利CN113540688A通过多孔挤压的方式将分散液均匀涂覆于隔膜基材上，烘干后即得隔膜涂覆材料，利用LATP优异的热力学性能调控锂离子的传输尤其是低温下的传输及与正负极极片的良好粘结性，但对于将LATP应用于评估锂离子电池极片界面状况并未涉及。

技术实现思路

[0005]1.要解决的问题
[0006]针对现有评估锂离子电池极片界面状况的方法评估周期长、不够直观有效的问题，本专利技术提供一种评估锂离子电池极片界面状况的方法，利用该方法能实现电池极片界面状况的快速、直观的评估。
[0007]2.技术方案
[0008]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]一种涂覆浆料，包括固态电解质、粘结剂、分散剂和润湿剂，其质量百分比为(92
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99.97)：(0.01
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3)：(0.01
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3)：(0.01
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2)。
[0010]所述涂覆浆料为水系分散浆料，浆料中还包括去离子水，所述涂覆浆料的固含量为20
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40wt％；除此之外，还可使用油系分散体系，其中分散相是DMC(碳酸二甲酯)、丙酮或NMP(N
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甲基吡咯烷他)，固含量是20
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40wt％，能实现浆料中固态电解质、粘结剂、分散剂和润湿剂的分散即可。本专利技术将浆料的固含量控制在20
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40wt％，通过调控固态电解质、粘结剂、分散剂和润湿剂的配比，制得的浆料粘度低，能在隔膜上涂覆厚度较低的涂层，将功能性涂层的厚度控制在0.5um
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5um，涂层过薄，则界面反应灵敏性差，涂层过厚，则电池透气性差，且不符合电池设计。将固态电解质、粘结剂、分散剂和润湿剂的质量百分比控制在(92
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99.97)：(0.01
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3)：(0.01
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3)：(0.01
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2)，制得的功能性涂层涂覆的隔膜具有良好的透气性、剥离强度和热缩性能，通过控制固态电解质的质量比、粒径分布和助剂的比例，实现隔膜良好的透气性；通过粘结剂的种类和配比，实现隔膜良好的剥离强度和热缩性能。
[0011]所述固态电解质为NASCION型固态电解质材料，所述NASCION型固态电解质为：Li
1+x
Al
x
Ti
2x
(PO4)3，其中x在0.01
‑
0.5之间。将x控制在0.01
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0.5之间，Li的掺杂量影响电解质的离子导电性和还原性，Li掺杂量过低，即x过小，则电解质的离子导电性和还原性差，界面反应速度慢，变黑现象迟缓，Li掺杂量过高，即x过大，则易发生晶格畸变，优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种评估锂离子电池极片界面状况的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、涂覆：对电池隔膜进行功能涂覆，功能涂覆材料为包含固态电解质Li
1+x
Al
x
Ti
2x
(PO4)3的涂覆浆料，x＝0.01
‑
0.5；S2、制造电池；S3、评估：对电池进行拆解，观测功能性隔膜靠负极侧界面判断极片界面状态。2.根据权利要求1所述一种评估锂离子电池极片界面状况的方法，其特征在于，步骤S1中涂覆方法为微凹版辊涂，涂覆形式为单面涂覆，涂覆厚度为0.5um
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5um。3.根据权利要求2所述一种评估锂离子电池极片界面状况的方法，其特征在于，所述涂覆浆料包括固态电解质、粘结剂、分散剂和润湿剂，其质量百分比为(92
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99.97)：(0.01
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3)：(0.01
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3)：(0.01
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2)。4.根据权利要求3所述一种评估锂离子电池极片界面状况的方法，其特征在于，所述涂覆浆料为水系分散浆料，还包括去离子水，所述涂覆浆料的固含量为20
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40wt％。5.根据权利要求4所述一种评估锂离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：周保福，陈萌，宫璐，谢玉虎，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：