一种绝缘涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种绝缘涂层及其制备方法和应用，该缘涂层设置于电极极片上且位于活性材料区外围并与所述活性材料区相邻；所述绝缘涂层包含粘结剂和绝缘无机材料，所述粘结剂包含第一粘结剂、第二粘结剂、第三粘结剂；其中，所述第一粘结剂为含有强极性基团的聚合物；所述第二粘结剂为酰亚胺类聚合物；所述第三粘结剂为含有氨基甲酸酯及酰亚胺结构的聚合物。本发明专利技术的绝缘涂层不仅具有绝缘保护的作用，还具有粘附隔膜的功能，在一定条件下，该涂层可渗入至隔膜空白区域，降低隔膜在电池中受热发生热收缩，提高电芯安全性能。提高电芯安全性能。提高电芯安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘涂层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体而言，涉及一种绝缘涂层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子二次电池具有高比能量、高电压、体积小、重量轻等特点，近些年来广泛应用于消费类电子产品、新能源动力汽车以及轨道交通等领域。
[0003]作为一种高能量密度的储能装置，锂离子二次电池的安全性能极为重要，二次电池中主要包括正极、负极、隔膜、电解液、其它电极组件、容纳电极组件的壳体以及其它连接组件。为降低锂离子二次电池的内阻并且提高电芯的能量密度，目前电芯主流采用多极耳电池技术，即通过端部焊接形成极耳束连接到电极端子。极耳在裁切、切割的过程中由于加工或者材料本身的问题等很容易出现边缘毛刺以及绝缘边缘涂层脱落，导致电池短路，影响电池的安全性能。另外，由于电池在使用过程中难免会出现发热等情况，导致部分隔膜会产生热收缩，正负极发生短路的情况，同样严重影响电池的安全性能。
[0004]专利CN200520129852.7公开了一种叠片式锂离子二次电池的正极片及其电池，其通过在正极片的边缘贴聚丙烯、聚乙烯胶布从而防止正极片在切割过程中产生的边缘毛刺刺穿隔膜而导致电池内部短路，同时可以用来防止边缘的正极活性材料发生脱落。一方面，厚的绝缘胶布在极片卷绕重叠时，可能会发生电池变形的情况。另一方面，绝缘胶布在受热过程中会发生热收缩，同时绝缘胶布还接触电解液，在长期循环后，绝缘胶布的粘结力会逐渐下降，存在脱落的风险，从而可能会影响电芯的整体安全性能。
[0005]专利CN200910134934.3公开了一种锂离子电池及其制备方法，其通过在极片边缘涂覆绝缘涂层的方式代替贴胶布，从而提升了电池的高温安全性能。其使用的粘结剂种类均具有较高的模量和硬度，在粘结无机材料的过程中会表现出对箔材的粘结力弱，同时在极片切割过程中难免会产生较多的毛刺，从而影响电芯的安全性能。
[0006]因此，现有技术的锂离子二次电池的绝缘涂层均具有不同程度的缺陷，需要提供一种新的技术方案来解决上述技术问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供了一种绝缘涂层，该绝缘涂层柔韧性佳，而且能在电芯制备过程中有效黏附并进入隔膜空白区域(隔膜空白区域是指不在正负极极片覆盖的那部分区域内的隔膜，隔膜比正负极活性区区域宽一点，而涂覆的绝缘涂层刚好在极片上活性层或活性材料区周边，与隔膜空白区域对应，可渗入到空白区域的隔膜内，起到固定隔膜的作用)，对隔膜和极耳形成有效支撑，该绝缘涂层一方面具有传统绝缘涂层起到绝缘的效果，另一方面该绝缘涂层可粘附隔膜，不仅能有效解决绝缘涂层出现脱落的安全隐患、降低隔膜破损的风险，同时也可以防止隔膜热收缩，从而提高电芯安全性能。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0009]一种绝缘涂层，所述绝缘涂层设置于电极极片上且位于活性材料区外围并与所述活性材料区相邻；所述绝缘涂层包含粘结剂和绝缘无机材料，所述粘结剂包含第一粘结剂、第二粘结剂、第三粘结剂；其中，
[0010]所述第一粘结剂为含有强极性基团的聚合物；
[0011]所述第二粘结剂为酰亚胺类聚合物；
[0012]所述第三粘结剂为含有氨基甲酸酯及酰亚胺结构的聚合物。
[0013]上述绝缘涂层，所述活性材料区是指电极极片上涂覆电极活性材料的区域，即发生电化学反应的区域。所述电极活性材料包括正极活性材料(例如，磷酸铁锂(LFP)正极材料、三元正极材料NCM等)和负极活性材料(例如，石墨、硅碳材料等)。
[0014]本专利技术中，所述绝缘涂层涂覆在电极活性区外围且与所述活性材料区相邻，绝缘涂层可以整体上将电极活性材料区的两侧都包围，绝缘涂层沿电极活性材料区周边设置的长度和区域根据实际需要而定，本专利技术中所述绝缘涂层紧贴着电极活性材料区，但未覆盖在电极活性材料区表面，目的是为了方便切割以及防止毛刺产生，保护电池安全，其不参与电池里的电化学反应，不会影响电池的充放电性能。
[0015]具体地，绝缘涂层可涂覆在电极极片的正和/或反面活性材料区外围，绝缘涂层还可涂覆在电极极片的正面或反面的电极活性材料区外围的左、右两个侧面中的一个或两个，或者，电极活性材料区外围的上、下两个侧面中的一个或两个，这与电极的放置方式有关。
[0016]上述绝缘涂层，作为一种优选实施方式，所述绝缘涂层设置于电极极片上且位于活性材料区外的一侧或相对两侧，所述绝缘涂层与所述活性材料区相邻。
[0017]上述绝缘涂层，作为一种优选实施方式，所述绝缘涂层设置于活性材料区和极片边缘区之间。电极极片上活性材料区两侧的空白区域并不全部涂覆绝缘涂层，而是在绝缘涂层的外边缘线与极片的最外侧边缘线之间留有空白的极片边缘区。
[0018]本专利技术中，所述极片边缘区的尺寸和活性材料区涂覆的宽度以及箔材的宽度有关。
[0019]上述绝缘涂层，作为一种优选实施方式，所述绝缘涂层的宽度为2～20mm(例如，3mm、5mm、10mm、15mm、19mm)，厚度为30～200μm(例如，40μm、50μm、80μm、100μm、150μm、190μm)。
[0020]上述绝缘涂层，作为一种优选实施方式，以所述绝缘涂层的总质量为100％计算，所述绝缘无机材料的质量为50％～90％(例如，55％、60％、70％、80％、85％、88％)，所述粘结剂的质量为10％～50％(例如，15％、20％、30％、40％、45％、48％)。
[0021]上述绝缘涂层，作为一种优选实施方式，所述绝缘涂层中，按质量百分比计算，所述第一粘结剂占所述绝缘涂层中的粘结剂总质量的1～10％(例如，2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％)，所述第二粘结剂占所述绝缘涂层中的粘结剂总质量的1～10％(例如，2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％)，所述第三粘结剂占所述绝缘涂层中的粘结剂总质量的80～98％(例如，81％、83％、85％、88％、90％、93％、95％、98％)。
[0022]上述绝缘涂层，作为一种优选实施方式，所述绝缘涂层中的所述第一粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或聚乙烯亚胺中的
一种或两种以上。优选地，所述第一粘结剂的重均分子量为100000
‑
1000000g/mol(例如，200000g/mol、300000g/mol、500000g/mol、800000g/mol、900000g/mol)。
[0023]本专利技术中，所述绝缘涂层中的第一粘结剂所包含的聚合物含有强极性基团，对绝缘无机材料具有较强的锚固能力，从而使绝缘无机材料更好地均匀分散于绝缘涂层中，同时对于集流体箔材也有较好的粘附能力，有助于提高绝缘涂层的剥离强度以及绝缘性能，减少短路的发生，提高电芯的安全性能。
[0024]上述绝缘涂层，作为一种优选实施方式，所述酰亚胺类聚合物包括聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝缘涂层，其特征在于，所述绝缘涂层设置于电极极片上且位于活性材料区外围并与所述活性材料区相邻；所述绝缘涂层包含粘结剂和绝缘无机材料，所述粘结剂包含第一粘结剂、第二粘结剂、第三粘结剂；其中，所述第一粘结剂为含有强极性基团的聚合物；所述第二粘结剂为酰亚胺类聚合物；所述第三粘结剂为含有氨基甲酸酯及酰亚胺结构的聚合物。2.根据权利要求1所述的绝缘涂层，其特征在于，所述活性材料区是指电极极片上涂覆电极活性材料的区域；所述电极活性材料包括正极活性材料和负极活性材料。3.根据权利要求1或2所述的绝缘涂层，其特征在于，所述绝缘涂层设置于电极极片上且位于活性材料区外的一侧或相对两侧，所述绝缘涂层与所述活性材料区相邻；优选地，所述绝缘涂层设置于活性材料区和极片边缘区之间；和/或，所述绝缘涂层的宽度为2～20mm，厚度为30～200μm；和/或，以所述绝缘涂层的总质量为100％计算，所述绝缘无机材料的质量为50％～90％，所述粘结剂的质量为10％～50％；和/或，所述绝缘涂层中，所述绝缘无机材料的平均粒径为0.4～4μm；所述绝缘无机材料包含氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化锌、氧化锆、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、绝缘炭黑或无机染料中的一种或两种以上。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的绝缘涂层，其特征在于，所述绝缘涂层中，按质量百分比计算，所述第一粘结剂占所述绝缘涂层中的粘结剂总质量的1～10％，所述第二粘结剂占所述绝缘涂层中的粘结剂总质量的1～10％，所述第三粘结剂占所述绝缘涂层中的粘结剂总质量的80～98％；和/或，所述绝缘涂层中，所述第一粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或聚乙烯亚胺中的一种或两种以上；优选地，所述第一粘结剂的重均分子量为100000
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1000000g/mol；和/或，所述酰亚胺类聚合物包括聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酯酰亚胺、聚脲酰亚胺中的一种或两种以上；和/或，所述绝缘涂层中，所述第二粘结剂的重均分子量为100000
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1000000g/mol；和/或，所述第三粘结剂通过二异氰酸酯和聚合物多元醇的预聚物与二酐聚合得到，优选地，所述第三粘结剂的重均分子量为10000
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200000g/mol；再优选地，所述第三粘结剂通过二异氰酸酯和聚合物多元醇的预聚物与二酐聚合后使用封端剂进行封端而得到；进一步优选地，所述封端剂包括单官能度烷基胺，更优选地，所述封端剂包括二甲胺、二乙胺、二丙胺、正丙胺或正丁胺中的任意一种或两种以上；和/或，所述二异氰酸酯包括4,4'
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二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4'
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二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1,5
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萘二异氰酸酯或3,3'
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二氯代联苯
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4,4'
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二异氰酸酯中的一种或两种以上；和/或，所述聚合物多元醇包括聚醚多元醇、聚烯烃多元醇、聚酯多元醇、聚硅氧烷多元醇或植物油基多元醇中的一种或两种以上；优选地，所述聚合物多元醇的数均分子量为1000～10000g/mol；和/或...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳敏，王路海，周竹欣，钱超，刘海珠，
申请(专利权)人：深圳市研一新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：