[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用高安全負(fù)極漿料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611121833.9
• 申請(qǐng)日: 2016-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN106654151A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 佘海中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)興天晟能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/04
• 分類號(hào): H01M4/04;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司33109
• 代理人: 尉偉敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鋰離子電池用高安全負(fù)極漿料。

背景技術(shù)

近年來，便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電站等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)能量貯存技術(shù)提出了更高的要求。鋰離子電池由于其高的能量密度而成為這些領(lǐng)域的首要選擇，并且其能量密度也越來越高。伴隨著鋰離子電池能量密度越來越高，它面臨的安全問題越來越嚴(yán)峻，已經(jīng)嚴(yán)重限制了高能量密度鋰離子電池的終端使用。

鋰離子電池的安全問題主要是由于電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生的。電池內(nèi)部因?yàn)楫惓．a(chǎn)熱反應(yīng)，導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度持續(xù)升高，繼而引發(fā)更多產(chǎn)熱副反應(yīng)，導(dǎo)致電池起火甚至爆炸，從而嚴(yán)重威脅使用者的生命財(cái)產(chǎn)安全。

為了改善這一問題，人們采用各種策略來提高鋰離子電池的安全特性。可以采用如下方法，1、是通過陶瓷涂層提高隔膜的熱穩(wěn)定性，避免因?yàn)楦裟崾湛s而引起正負(fù)極接觸，從而減緩熱失控反應(yīng)；2、在隔膜上涂覆在特定溫度下融化的聚合物，利用聚合物的融化，阻斷電池內(nèi)部正負(fù)極之間的鋰離子傳導(dǎo)通道，從而避免電池?zé)崾Э氐募觿　?/p>

目前方法1已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，并且能夠顯著改善鋰離子電池的安全特性。但是由于涂覆陶瓷的隔膜僅能提高隔膜的熱穩(wěn)定性，并不能阻斷產(chǎn)熱副反應(yīng)，因此其改善效果有限。目前僅能解決能量密度不超過200wh/kg電池的安全問題；方法2 可以部分遏制電池的熱失控反應(yīng)，但是由于鋰離子電池電極通常都是多孔電極，電解液填充在豐富的電極空隙中；雖然正負(fù)極之間的鋰離子傳導(dǎo)被阻斷，但是電極內(nèi)部活性物質(zhì)與電解液的反應(yīng)仍然在繼續(xù)進(jìn)行，會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致熱量積累引發(fā)熱失控反應(yīng)，方法2不能適用于高能量兼高功率的鋰離子電池體系。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種在鋰離子內(nèi)部異常產(chǎn)熱時(shí)能夠自動(dòng)阻斷產(chǎn)熱反應(yīng)的具有高安全性能的鋰離子電池負(fù)極漿料。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種鋰離子電池用高安全負(fù)極漿料，由以下重量份的原料制得：

負(fù)極活性材料80～100份，導(dǎo)電劑0.5～3份，負(fù)極粘結(jié)劑1.5～6份，溶劑20～25份；

其中負(fù)極活性物質(zhì)為石墨，導(dǎo)電劑為碳纖維，溶劑為水。

作為優(yōu)選，負(fù)極粘結(jié)劑由2～4重量份羧甲基纖維素鈉、5～7重量份丁苯橡膠、3～4重量份海藻酸鈉和1.5～2.5重量份粘結(jié)劑添加劑制得；其中的粘結(jié)添加劑由聚偏氟乙烯、導(dǎo)電石墨、聚丙烯酸甲酯按6～8：2～4：1～2的重量比制得。

由于羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠的協(xié)同粘接強(qiáng)度較低，此種粘接劑制造的負(fù)極片存在面密度低，不能滿足高容量電池的要求、使用該負(fù)極片制造的制得的電池不可逆容量高、循環(huán)性能不好等不足，因此在羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠之外在添加穩(wěn)定性好、粘結(jié)性能高的海藻酸鈉協(xié)同作用，改善粘結(jié)劑的性能，使其能夠防止電極粉化，提高電池循環(huán)性能。

聚偏氟乙烯也可以作為一種改善粘結(jié)劑粘結(jié)性能的添加劑添加到粘結(jié)劑中，增進(jìn)粘結(jié)劑的親和性；同時(shí)，聚偏氟乙烯是一種具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的有機(jī)高分子聚合物，在溫度升高時(shí)電阻迅速增大；另外，在聚偏氟乙烯中添加適量的導(dǎo)電劑可以增進(jìn)聚偏氟乙烯在正常溫度下的導(dǎo)電性能，具體到本發(fā)明中，可以避免在粘結(jié)劑/粘結(jié)劑添加劑添加到漿料中后產(chǎn)生的降低負(fù)極漿料導(dǎo)電性能降低的問題；此外，在聚偏氟乙烯中添加合適種類合適添加量的導(dǎo)電劑還能夠調(diào)節(jié)其正溫度系數(shù)效應(yīng)的特性，使其電阻激增的溫度符合使用需求；分散劑的添加是為了使導(dǎo)電劑和聚偏氟乙烯能夠更好的結(jié)合，同時(shí)選用分散劑也應(yīng)當(dāng)選擇實(shí)現(xiàn)分散目的后能夠在一定溫度條件下?lián)]發(fā)的特性。

由于本發(fā)明中負(fù)極粘結(jié)劑的添加劑具有正溫度系數(shù)效應(yīng)，正常情況下，其不會(huì)影響負(fù)極的導(dǎo)電性能，能夠使得電池正常運(yùn)行，當(dāng)鋰離子電池內(nèi)部由于某些原因溫度升高時(shí)（溫度升高到120℃以上時(shí)），負(fù)極粘結(jié)劑添加劑的正溫度系數(shù)效應(yīng)發(fā)揮作用，使得負(fù)極的電阻迅速上升，從而降低鋰離子電池內(nèi)部的電流，進(jìn)而降低鋰離子電池內(nèi)部的產(chǎn)熱反應(yīng)，從而保證鋰離子電池使用的安全；此外，在異常發(fā)熱問題解決后，可以恢復(fù)正常的使用，有利于問題電池的回收修復(fù)和再使用，為環(huán)保做貢獻(xiàn)。

作為優(yōu)選，粘結(jié)劑添加劑中的導(dǎo)電石墨為200～400目。

作為優(yōu)選，粘結(jié)劑添加劑由以下步驟制得：

a）將聚偏氟乙烯在190～230℃下烘烤10～50分鐘，然后在10～50℃水中淬火；

b）將淬火后的聚偏氟乙烯在1～3MV/cm極化電場(chǎng)下極化5～20分鐘，然后粉碎至200～300目；

c）將導(dǎo)電劑和分散劑混合并混合均勻，然后加入經(jīng)上述步驟處理后的聚偏氟乙烯，繼續(xù)混合均勻，得到混合物；