[發明專利]一種電極極片、電化學裝置及安全涂層

有效

• 申請號: 201711091095.2
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN109755670B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 金海族;張小文;李星
• 申請（專利權）人: 寧德時代新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M4/13;H01M10/0525;C09D127/16;C09D127/08
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 肖善強

本發明涉及一種電極極片、電化學裝置及安全涂層。該電極極片包括集流體、電極活性材料層和設置于集流體與電極活性材料層之間的安全涂層，所述安全涂層包含聚偏氟烯烴和/或聚偏氯烯烴高分子基體、導電材料和無機填料。該電極極片可以在電化學裝置(例如電容器、一次電池或二次電池等)處于高溫條件或發生內短路時迅速斷開電路，從而改善電化學裝置的高溫安全性。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，更具體地說，本發明涉及一種電極極片和包括該電極極片的電化學裝置。

背景技術

鋰離子電池由于具備能量密度大、輸出功率高、循環壽命長和環境污染小等優點而被廣泛應用于電動汽車以及消費類電子產品中。然而鋰離子電池在受到擠壓、碰撞或穿刺等異常情況時很容易發生著火、爆炸，從而引起嚴重危害。因此鋰離子電池的安全問題很大程度地限制了鋰離子電池的應用和普及。

大量實驗結果表明，電池內短路是造成鋰離子電池安全隱患的根本所在。為了避免發生電池內短路，研究者們試圖從許多方面來進行改進，其中包括利用PTC材料的特性來提升鋰離子電池的安全性能方面的研究。PTC(Positive Temperature Coefficient)材料即正溫度系數熱敏材料，它具有電阻率隨溫度升高而增大的特性，當溫度超過一定的溫度時，它的電阻率呈階躍性的迅速增高。

在利用PTC材料的特性來提升鋰離子電池的安全性能方面的研究中，有些研究是在電池的電極活性材料層中添加PTC材料。當電池溫度升高時，PTC材料的電阻增大，從而導致整個電極活性材料層的電阻變大，甚至使得整個電極活性材料層的導電通路被破壞，從而起到斷電、阻止電化學反應繼續進行的安全效果。然而在這種改進方式中，在電極活性材料層中添加的PTC材料會對電池的電化學性能產生不良的影響。

還有些研究是在電池的集流體與電極活性材料層之間單獨設置PTC材料層(安全涂層)。當電池溫度升高時，PTC材料層的電阻增大，從而使得集流體與電極活性材料層之間電阻增大、甚至斷電，從而起到阻止電化學反應繼續進行的安全效果。然而在這種改進方式中，在PTC材料層表面涂覆活性物質漿料時，漿料中的溶劑(如NMP等)會將PTC層中的PTC材料溶解，并進入上層活性物質層中，不僅使PTC層失去PTC效應，而且會惡化電性能。另外，在極片制作過程中的壓實步驟中，PTC材料層極易被擠壓至邊緣，導致電極活性材料層與集流體直接接觸，從而失去提高安全性能的作用。另外，PTC材料層的響應速度、阻斷電流的效果等性能均需要大幅改善。

有鑒于此，確有必要提供一種能夠解決上述問題的具有改善的安全性和電池性能(如循環性能)的極片及電池。

發明內容

本發明的一個目的在于：提供一種具有改善的安全性和電性能(如循環性能)的極片及電化學裝置。

本發明的另一個目的在于：提供一種兼具良好的安全性和電性能(如循環性能)的極片及電化學裝置。

本發明的進一步目的在于：提供一種具有良好的安全性、改善的電性能(如循環性能)、易加工性等優良性能的適于大規模生產和應用的極片及電化學裝置。

本發明提供了一種電極極片，包括集流體、電極活性材料層和設置于集流體與電極活性材料層之間的安全涂層，所述安全涂層包含高分子基體、導電材料和無機填料，所述高分子基體是聚偏氟烯烴和/或聚偏氯烯烴高分子基體，其中基于安全涂層的總重量：所述高分子基體的重量百分比為35wt％-75wt％，優選為50wt％-75wt％；所述導電材料的重量百分比為5wt％-25wt％，優選為5wt％-15wt％；所述無機填料的重量百分比為10wt％-60wt％，優選為15wt％-45wt％。優選地，所述無機填料的顯微硬度大于150MPa。

本發明還提供了一種電化學裝置，其包括本發明的電極極片，所述電化學裝置優選為電容器、一次電池或二次電池。