[發(fā)明專(zhuān)利]一種阻燃涂層及其應(yīng)用該阻燃涂層的鋰離子電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610118452.9
• 申請(qǐng)日: 2016-03-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105733332A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉靜;高秀玲;王立仕;王馳偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津市捷威動(dòng)力工業(yè)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C09D5/18
• 分類(lèi)號(hào): C09D5/18;C09D4/02;C09D7/12;C09D4/06;C09D109/06;C09D175/04;C09D127/16;H01M10/0525;H01M10/058;H01M10/42
• 代理公司: 天津?yàn)I海科緯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12211
• 代理人: 李莉華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種阻燃涂層及其應(yīng)用該阻燃涂層的鋰離子電池。

背景技術(shù)

由于鋰離子電池具有能量密度高、工作電壓高、適用溫度范圍寬、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，在軍事、醫(yī)療、電動(dòng)工作、3C、儲(chǔ)能，以及電動(dòng)交通工具等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。然而，隨著鋰離子電池在這些領(lǐng)域應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的著火、爆炸等安全事故的發(fā)生，鋰離子電池在極端使用情況下的熱失控問(wèn)題日益凸顯，成為該領(lǐng)域亟待解決的重要問(wèn)題。

在鋰離子電池中加入安全涂層或者有機(jī)阻燃添加劑，是提高鋰離子電池安全性能的方法之一。

現(xiàn)有安全涂層的成分主要是以氧化鋁為代表的金屬氧化物。金屬氧化物類(lèi)涂層具有隔熱、絕緣的作用，能夠一定程度上減少電芯的內(nèi)部短路，減少熱失控反應(yīng)點(diǎn)的形成。但是熱失控反應(yīng)點(diǎn)一旦形成，熱失控反應(yīng)被觸發(fā)后，該安全涂層只起到物理手段阻隔正負(fù)極極片，減緩熱失控反應(yīng)熱量擴(kuò)散的作用，不能在熱失控反應(yīng)溫度較低的初期階段，起到疏散熱量和減少熱失控面積、減緩熱失控劇烈程度的作用。

以磷酸酯類(lèi)、亞磷酸酯類(lèi)、有機(jī)鹵代物類(lèi)和磷腈類(lèi)為主的電解液有機(jī)阻燃添加劑對(duì)抑制鋰離子電池的熱失控反應(yīng)具有一定的作用，但是該有機(jī)阻燃添加劑成本高，對(duì)鋰離子電池的性能有一定的影響，例如倍率性能變差，循環(huán)壽命減少等。該類(lèi)有機(jī)阻燃添加劑與一般配方的電解液兼容性差，需匹配特定配方(溶劑、溶質(zhì)、添加劑比例)的電解液，才能不會(huì)降低電解液的化學(xué)、電化學(xué)穩(wěn)定性。同時(shí)，其阻燃效果與匹配電解液的配方密切相關(guān)，只有匹配合適的電解液配方，該類(lèi)有機(jī)阻燃添加劑才能發(fā)揮出阻燃效果。再者，在鋰離子電池的正常充放電使用過(guò)程中，有機(jī)類(lèi)阻燃添加劑處于靜默狀態(tài)，不發(fā)揮阻燃作用。其阻燃作用的發(fā)揮有賴(lài)于熱失控反應(yīng)發(fā)生后，阻燃添加劑被觸發(fā)，通過(guò)發(fā)生有機(jī)反應(yīng)形成阻燃物質(zhì)，從而起到阻燃效果。然而，在實(shí)際的熱失控反應(yīng)過(guò)程中，由于有機(jī)反應(yīng)速率較低，在阻燃添加劑反應(yīng)形成具有阻燃效果的物質(zhì)之前，熱失控反應(yīng)就已經(jīng)大規(guī)模擴(kuò)散，進(jìn)入不可控狀態(tài)。綜上，應(yīng)用于電解液的有機(jī)阻燃添加劑阻燃效果較差，適用范圍窄，難以大規(guī)模推廣。

本發(fā)明提供一種阻燃涂層及其應(yīng)用該阻燃涂層的鋰離子電池。阻燃涂層具有阻燃、隔熱和絕緣作用，能夠通過(guò)化學(xué)和物理的雙重方式有效預(yù)防和抑制鋰離子電池大規(guī)模熱失控，提高鋰離子電池安全性。同時(shí)，該阻燃涂層及其電池還具有易加工、成本低的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明旨在提供一種阻燃涂層，具有阻燃、隔熱和絕緣作用，能夠通過(guò)化學(xué)和物理的雙重方式有效預(yù)防和抑制鋰離子電池大規(guī)模熱失控，提高鋰離子電池安全性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種阻燃涂層，包含如下質(zhì)量百分比的原料：

阻燃添加劑15～50％

溶劑45～80％

粘結(jié)劑0.5～12％。

進(jìn)一步地，包含如下質(zhì)量百分比的原料：

阻燃添加劑35～50％

溶劑55～65％

粘結(jié)劑2～10％。

進(jìn)一步地，所述阻燃添加劑為堿金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽、堿金屬碳酸氫鹽中的一種或幾種以任意比例混合使用。

進(jìn)一步地，所述阻燃添加劑為氫氧化鋁、擬薄水鋁石、薄水鋁石、氫氧化鋯、碳酸鎂、堿式碳酸鎂、碳酸鈣中的一種或幾種以任意比例混合使用。

進(jìn)一步地，所述粘結(jié)劑為丙烯酸酯、環(huán)氧樹(shù)脂、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、聚氨酯、聚偏氟乙烯、聚乙烯比咯烷酮中的一種或幾種以任意比例混合使用。

進(jìn)一步地，所述溶劑為水、NMP、丙酮、乙醇中的一種或幾種以任意比例混合使用。

本發(fā)明還提供了應(yīng)用上述阻燃涂層的鋰離子電池。

一種鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片、隔膜和電解液，鋰離子電池的正極片、負(fù)極片或隔膜的至少一面上涂覆有阻燃涂層。

本發(fā)明還提供了上述鋰離子電池的制備方法。

上述鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟：

(1)稱(chēng)取各原料組分，分散后得到阻燃涂層的漿料；

(2)將阻燃涂層的漿料涂覆在正極片、負(fù)極片或隔膜的至少一面上，在正極片、負(fù)極片或隔膜上形成阻燃涂層；

(3)將涂覆有阻燃涂層的正極片、負(fù)極片或隔膜進(jìn)行碾壓、沖切并進(jìn)行裝配封裝，形成鋰離子電池芯包；

(4)將電池芯包進(jìn)行注液、陳化，對(duì)陳化后的鋰離子電池進(jìn)行化成，即得到正極、負(fù)極或隔膜上涂覆有阻燃涂層的鋰離子電池。

進(jìn)一步地，所述阻燃涂層的單面涂覆厚度為0.5～10μm。