[發(fā)明專利]鋰離子電池及其正極片

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310597583.6
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103794750A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 武衛(wèi)忠;陳小波
• 申請（專利權(quán)）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司 44202
• 代理人: 王基才;王冬華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有理想安全性的鋰離子電池及其正極片。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有體積小、能量高和無污染等優(yōu)點，因此已經(jīng)廣泛應(yīng)用于移動設(shè)備、大功率動力設(shè)備(電動汽車)和儲能電站。隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，其安全性的重要性日益凸顯，如何保證鋰離子電池的安全性已成為各大鋰電廠商的重要研究課題。

鋰離子電池可能發(fā)生的安全問題主要有：由于電池使用不當(dāng)或其他原因，造成電池過度充電；電池在惡劣環(huán)境下使用(比如發(fā)生撞擊、高溫下長時間使用)，導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重的內(nèi)短路或電極材料發(fā)生反應(yīng)，放出大量熱并將電解液點燃，導(dǎo)致電池燃燒或爆炸，其中，擠壓和穿釘屬于內(nèi)短路測試。

無論是內(nèi)短路還是過充，都會放出大量的熱，進而引發(fā)負極的熱擴散和正極的釋氧燃燒。理論認為，當(dāng)鋰離子電池內(nèi)部出現(xiàn)短路時，內(nèi)短路放出的熱是否足以引起鋰離子電池正極的熱失控是決定電芯是否安全的重要因素。

目前，防止鋰離子電池?zé)崾Э氐姆椒ㄖ饕性冢和ㄟ^更改電池的機械結(jié)構(gòu)來防止電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生。這些方法雖然可以在一定程度上改善電池的安全性，但也會帶來一些負面影響，例如影響電池的電化學(xué)性能，降低電池的能量密度，或者新增其他一些安全風(fēng)險。

正極保護是提高鋰離子電池安全性的重要手段之一，目前正極保護的技術(shù)手段主要有：

(1)在現(xiàn)有的正極片表面涂覆一層高安全的涂層，高安全的涂層可以是錳酸鋰或其改性化合物，如此可以降低正極對電解液的氧化能力，并在一定程度上隔離內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱；但是，在正常使用過程中，高安全的涂層會鈍化正極，增加電池的阻抗；此外，一旦電池發(fā)生短路，高安全的涂層并不能阻止電池的進一步失控。

(2)在正極片表面涂覆一層納米級無機物涂層，隔絕極片表面熱量的積累，防止極片的進一步熱失控。

(3)在正極片表面涂覆一層高分子涂層，如聚乙烯涂層，高分子涂層不僅可以防止正、負極片之間因為毛刺或小金屬顆粒短路，而且可以在發(fā)生短路時熔化成一層絕緣膜，切斷離子通路，保護電池。

在正極片表面涂覆一層納米級無機物涂層或者高分子涂層雖然可以在一定程度上阻止熱量的傳遞，但是限于其熱導(dǎo)率的大小，并不能起到很好的隔熱效果。

有鑒于此，確有必要提供一種具有理想安全性的鋰離子電池及其正極片。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提供一種具有理想安全性的鋰離子電池及其正極片。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池正極片，其包括正極集流體和分布在正極集流體上的正極活性物質(zhì)層，其中，正極活性物質(zhì)層上分布有隔熱層，隔離層含有隔熱空心小顆粒和粘結(jié)劑，隔熱空心小顆粒的空心體積與隔熱空心小顆粒的體積比為0.3～0.7。

電芯發(fā)生內(nèi)短路時，短路點會瞬間產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致電芯局部溫度過高。短路點的高溫會引發(fā)電芯內(nèi)材料的化學(xué)反應(yīng)，例如，負極膜片與電解液反應(yīng)發(fā)生熱擴散、正極膜片與電解液反應(yīng)釋氧相變放熱。鋰離子電池發(fā)生內(nèi)短路時，只要溫度達到了負極膜片發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的溫度點，就會引起負極膜片反應(yīng)放熱。如果只是負極膜片熱失控，不會造成鋰離子電池燃燒或爆炸。只有產(chǎn)生的高溫足以引發(fā)正極的熱失控才會造成鋰離子電池內(nèi)部有氧氣釋放，將高溫的電解液點燃，引起電池的熱失控。本發(fā)明提供的鋰離子電池正極片，因為表面涂有一層含有隔熱空心小顆粒和粘結(jié)劑的隔熱層，可以在電芯發(fā)生短路時有效阻止熱量擴散到正極，從而起到保護正極片的目的，防止電芯燃燒，提高鋰離子電池的安全性。

本發(fā)明鋰離子電池正極片中，隔熱空心小顆粒的空心體積占隔熱空心小顆粒的體積的30%～70%。如此，可以顯著降低隔熱層的熱導(dǎo)率，有效保護鋰電池正極片，阻止來自于內(nèi)短路和負極反應(yīng)產(chǎn)生的熱。相對于實心隔熱材料，隔熱空心小顆粒具有更理想的隔熱效果：熱量在介質(zhì)中的傳遞方式包括熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射，對于傳熱介質(zhì)來說，空氣的熱導(dǎo)率要遠低于固體材料，因此本發(fā)明采用隔熱空心小顆粒是基于熱傳導(dǎo)的原理來減小隔熱層的熱導(dǎo)率，比采用實心隔熱材料能更有效地阻止熱量的傳遞，減少正極片所受的熱量。

此外，采用隔熱空心小顆粒，可以在保證隔熱效果的前提下，降低電芯的質(zhì)量，提高電芯的能量密度。

作為本發(fā)明鋰離子電池正極片的一種改進，所述隔熱層的熱導(dǎo)率≤0.5W/m·K。