[發明專利]一種二次鋰離子電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201110052811.2
• 申請日: 2011-03-07
• 公開（公告）號: CN102157750A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 金旭東;羅朝暉
• 申請（專利權）人: 湖南豐源業翔晶科新能源股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M2/16;H01M10/058
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所 43205
• 代理人: 寧星耀

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池及其制備方法，尤其是涉及一種隔膜附著有陽極交換材料與無機材料混合物的二次鋰離子電池及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池因為具有高比能量、無記憶效應等優點，近年來得到飛速發展。但鋰離子電池的安全性能和循環性能一直是制約其發展的關鍵問題。鋰離子電池的隔膜隔離正、負極，同時能夠讓鋰離子在正、負極間自由通過，所以隔膜正是鋰離子電池的關鍵組成部分。隔膜是具有多孔結構的電絕緣性薄膜，主要作用是隔離正、負極，并使電池內的電子不能自由穿過，同時能夠讓離子(電解質液中)在正負極間自由通過，具有高的離子通過率、良好的機械強度、穩定的電化學性能和耐溶劑(電解液)的性質。其性能決定了電池的界面結構、內阻大小等，直接影響電池的容量、安全、循環等性能。目前,鋰離子電池隔膜的材料主要為多孔的聚烯烴薄膜（如聚丙烯-PP、聚丙烯/聚乙烯?-PP/PE/PP膜）以及無紡布（如玻璃纖維無紡布、合成纖維無紡布、陶瓷纖維紙等）兩大類。

聚烯烴薄膜作為鋰電池材料，技術相對成熟。目前商品化的鋰離子電池隔膜主要屬于此類。該材料的局限性在于：耐溫性能有限，通常低于150℃，使得鋰電池的安全性降低；隨著鋰離子電池比能量需求的提高，需要降低薄膜的厚度來留出更多空間讓給活性物質，這就使得二維孔結構的薄膜的吸液率降低,同時影響安全性能。

為了進一步提高鋰離子電池安全性，以及大功率快速沖放電的鋰離子電池技術的發展，以無紡布為基材制造隔膜的技術正在引起人們的關注。無紡布基材隔膜具有三維孔結構，可有效避免因為針孔造成的短路現象,并有效提高保液率，具有耐高溫的特性。無紡布在鎳氫、鎳鎘電池隔膜中應用較為廣泛。但是無紡布隔膜也存在缺陷：孔徑大，不便控制孔徑范圍，且不具備同聚烯烴薄膜一樣良好的熱閉合效應，安全性能欠佳。

隔膜的主要作用是隔離正、負極并使電池內的電子不能自由穿過，但電解質液中的離子在正負極間可以自由通過；同時，由于各種因素帶入的水分和反應產生的氣體，現有隔膜也無法去除。因此，在電池制作過程中，當有金屬雜質摻入電池內時，會發生內部短路，導致電池容量急劇降低；摻入大量金屬雜質將會導致無法充分實現電池的功能；電芯中帶入的水和電化學反應中產生的氣體也會嚴重影響電池的使用壽命。事實上，在電極活性材料、導電材料、電解液等的制造過程中及電池使用過程中，不可能完全避免以上情況的發生。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種安全性能好，使用壽命長的二次鋰離子電池及其制備方法。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：一種高安全性長壽命二次鋰離子電池，包含正極、負極、隔膜及含有鋰鹽的非水電解液，所述隔膜表面涂布有陽極交換材料與無機材料的混合物。

所述隔膜優選無紡布隔膜。

所述陽極交換材料與所述無機材料的的混合物中，陽極交換材料與無機材料優選的質量比為1:400-2，優選為1:100-10。

所述陽極交換材料優選含陽離子（如鋰離子、鈉離子或銨離子，或鋰離子、鈉陽離子、銨離子等任意組合）的鋁硅酸鹽和/或磷鋁酸鹽等，以含鋰離子的陽極交換材料為例，其分子式可表示為LiAlSi₄O₁₀或Li₂O·Al₂O·8SiO₂等；所述無機材料優選Al₂O₃?或SiO₂等。

所述陽極交換材料和所述無機材料的混合物的涂層厚度宜為0.5μm-50μm（優選1μm-10μm）。

本發明鋰離子電池制備方法為：按照常規方法制作鋰離子電池所采用的陰極、陽極和非水電解質溶液，本發明的區別特征在于，將陽極交換材料與無機材料的混合物涂布在無紡布隔膜上，涂布方法是，先將陽極交換材料與無機材料的混合物、粘結劑均勻分散在合適的有機溶劑中，粘接劑的量為混合物的1wt%-6wt%，（粘接劑少了粘接能力不夠，多了對鋰電池的性能會有影響。）制成具有流動性的漿料，所述漿料固含量為5wt%-55wt%（優選10wt%-30wt%），然后利用公知方法涂布在無紡布隔膜上。

所述粘結劑為有助于陽極交換材料和無機材料的混合物與無紡布隔膜結合的粘結劑，可由以下材料制得：聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉(CMC)、淀粉、羥丙基纖維素、再生纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、三元乙丙橡膠(EPDM)、磺化(EPDM)、丁苯橡膠、氟橡膠以及各種共聚物。