[發明專利]一種無隔膜高安全性鋰離子電池

在審

• 申請號: 201610671794.3
• 申請日: 2016-08-15
• 公開（公告）號: CN107768710A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 彭波;呂豪杰;殷月輝;袁園
• 申請（專利權）人: 萬向一二三股份公司;萬向集團公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/058;H01M4/13
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，尤其涉及一種無隔膜，提升了電池的體積能量密度，阻斷化學反應提升了電池的安全性的無隔膜高安全性鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池具有無污染、能量密度功率密度高、電壓高、循環壽命長、自放電小、無記憶效應等優點，已經被廣泛用于手機、相機、筆記本電腦等數碼產品，并且隨著電動汽車的發展，鋰電池也已被廣泛作為車用動力電池。在數碼產品領域，隨著產品朝著更輕薄，更小巧的方向發展，對鋰離子電池的體積能量密度要求越來越高，在車用動力電池領域，鋰電池的安全一直是一個亟待解決的問題。

目前的鋰離子電池的結構主要包括正極、負極、隔膜及電解液，在任意相鄰的正極片以及負極片之間通過隔膜間隔分離。隔膜作為目前鋰離子電池的重要組成部分，是一種具有納米級微孔結構的高分子功能材料，其主要作用是將電池正負極隔開、吸收電解液、只允許鋰離子通過、不允許電子通過。

現有商業化的鋰離子電池都具有一層隔膜，這不僅增加了生產過程中的復雜性，也增加了成本，而且現有的隔膜厚度都在12μm以上，這大大降低了電池的體積能量密度，不利于電子設備向更輕更薄的方向發展。

現有商業化的鋰離子電池的隔膜極易在較高溫度(>80℃)下發生熱收縮，從而導致正極片和負極片直接接觸，形成內短路，使電池發生起火或爆炸的危險。

發明內容

本發明的目的在于為了解決現有鋰離子電池具有隔膜增加了成本，降低了效率的缺陷而提供一種無隔膜，提升了電池的體積能量密度，阻斷化學反應提升了電池的安全性的無隔膜高安全性鋰離子電池。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種無隔膜高安全性鋰離子電池，包括正極、負極與電解液，所述正極與負極的集流體正面和/或背面涂覆有活性物質層，在集流體的正面與背面還分別涂覆有機物涂層，活性物質層位于所述有機物涂層與所述集流體之間。在本技術方案中，通過在正極片或者負極片的表面涂覆一層有機物涂層來實現隔開正負極片、吸收電解液、允許離子通過而不允許電子通過的功能。同時，該有機涂層能夠在較高溫度(80～150℃)下實現涂層顆粒的熔融坍塌從而隔絕鋰離子通過，阻斷化學反應的進一步發生，從而達到保護鋰電池不起火不爆炸的效果。EVA涂層具有更低的阻斷溫度，約90℃，與其他專利中提到的聚乙烯，聚丙烯等涂層的阻斷溫度(約130℃)相比，這個溫度更低，對鋰離子電池安全性提升更高。

作為優選，有機物涂層為：EVA涂層、PMMA涂層或PS涂層。

作為優選，所述有機物涂層的厚度范圍為1-12μm。

作為優選，以磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳鈷鋁或鎳鈷錳三元材料為正極活性物質的主材料，以聚苯胺包覆的氧化銦、石墨烯、聚苯乙烯磺酸鹽與粘結劑為正極活性物質副材料。

作為優選，主材料與副材料的質量比為3-5：1，副材料中各種組分的重量份為:30-35份氧化石墨烯、40-50份聚苯乙烯磺酸鹽、10-15份粘結劑與40-45份聚苯胺包覆的氧化銦。在本技術方案中，氧化石墨烯、聚苯乙烯磺酸鹽與聚苯胺包覆的氧化銦作為正極活性物質的副材料，具有很高的導電率、高機械強度與耐腐蝕性，能夠提高正極活性物質的電子傳導能力，。因此聚苯胺、氧化石墨烯、聚苯乙烯磺酸鹽與聚苯胺包覆的氧化銦作為正極活性物質的副材料，既能提高電池性能，又能提高耐腐蝕性，延長鋰離子電池的壽命。

作為優選，聚苯胺包覆的氧化銦的制備方法為：將氧化銦溶于二甘醇得到反應體系，然后緩慢加入氫氧化鈉，攪拌1-3h后在2-2.5h內升溫至140-160℃，反應1-3h后冷卻；離心得到的沉淀物依次用體積比1:2的乙醇與乙酸甲酯混合溶液、丙酮、去離子水洗滌，真空干燥得到基核納米氧化銦；然后將基核納米氧化氯超聲分散在無水乙醇中，加入含有聚苯胺的無水乙醇溶液，滴加濃氨水，85-95℃下攪拌反應1-1.5h，離心分離得到的沉淀物依次用無水乙醇、去離子水洗滌，焙燒后粉碎得到聚苯胺包覆納米氧化銦。

作為優選，負極活性物質為石墨類、硅材料類或合金負極類物質。

作為優選，有機物涂層的制備方法為：將95份EVA、PMMA或PS與5份PVDF混合均勻后加入150份NMP溶劑中，65KHz下超聲震蕩20min。

本發明的有益效果是，使用了無隔膜的電池技術，提升了電池的體積能量密度，同時采用了一種新穎的有機物涂層，該有機物顆粒的高溫下熔融坍塌，阻斷化學反應提升了電池的安全性。