[發明專利]一種無隔膜的鋰離子電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201910973678.0
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN110649313B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 沈曉輝;田占元;邵樂;袁麗只;曹國林;寇亮;王夏陽
• 申請（專利權）人: 陜西煤業化工技術研究院有限責任公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 郭瑤

本發明公開了一種無隔膜的鋰離子電池及其制備方法，其由正極片和負極片組成，所述正極片、負極片中至少一個極片的雙面均涂覆有功能涂層；所述功能涂層的主要成分包括高聚物、親水鏈段修飾的籠型聚倍半硅氧烷。本發明實現了鋰離子電池的無隔膜化，提高了電池的體積能量密度；同時，涂覆的功能涂層與極片結合的更緊密，有利于抑制特別是硅基負極的巨大體積膨脹，改善電池循環過程中的界面情況，降低界面電阻，提高電池循環性能。而且，聚倍半硅氧烷作為一種阻燃劑能夠在燃燒初期迅速生成一層致密的陶瓷炭層，該炭層能隔熱、隔氧，阻止了進一步安全隱患，提高鋰離子電池的安全性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種無隔膜的鋰離子電池及其制備方法。

背景技術

根據各國新能源汽車的發展，日本2020年將新能源汽車銷量占總銷量的比例提高至50％，2030年提高到70％；美國2020年電動汽車保有量將達100萬輛，而中國到2025年新能源汽車銷量占總銷量的比例也將達到20％甚至更高。這也表明，發展新能源汽車的方向已經明確，并且普及的步伐正在加快；這將促進動力電池的性能不斷優化，特別是在續航能力、安全性能、使用壽命、低成本等方面需求越來越高。鋰電隔膜是鋰電池內部進行電化學反應時，用來分隔正極和負極以防止兩者直接反應而發生短路的一層薄膜，同時也是支撐鋰電池完成充放電過程的關鍵內層組件之一。隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等，直接影響電池的容量、循環以及安全性能等特性，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。但現有技術的鋰離子電池存在如下缺陷：隔膜作為電池內部的非活性成分，卻占據電池內部較大的體積，導致鋰離子電池的體積能量密度受限。同時，目前主流的隔膜基材采用聚乙烯或/和聚丙烯材料，雖然具有較好的耐高溫性能，但其也體現出電解液浸潤和吸液保液能力差、與電極的兼容性和粘結性不強的特點。

發明內容

本發明的目的是提供一種無隔膜的鋰離子電池及其制備方法，該方法有利于提高電池的體積能量密度，改善對電解液的浸潤性以及與電極的粘結性，提升電池循環性能。

本發明是通過下述技術方案來實現的。

一種無隔膜的鋰離子電池，包括正極片和負極片，所述正極片與負極片中至少一個極片的雙面均涂覆有功能涂層；所述功能涂層包括高聚物以及親水鏈段修飾的聚倍半硅氧烷。

本發明進一步的改進在于，所述功能涂層的總厚度為5～15μm；

所述功能涂層的制備方法為：將高聚物和親水鏈段修飾的聚半倍硅氧烷加入到溶劑中，得到漿料；再將漿料涂覆于正極片和/或負極片的兩個表面，烘干。

本發明進一步的改進在于，所述高聚物為聚環氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚環氧丙烷、聚丙烯腈、聚碳酸丙烯酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一種或多種；所述高聚物與親水鏈段修飾的聚倍半硅氧烷的質量比為1～10：1。

本發明進一步的改進在于，所述親水鏈段修飾的聚倍半硅氧烷的制備方法為：將乙烯基倍半硅氧烷超聲分散到乙腈中，再加入單體與引發劑，回流反應，得到親水鏈段修飾的聚倍半硅氧烷。

本發明進一步的改進在于，所述單體為甲基丙烯酸、甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、羥甲基丙烯酰胺、順丁烯二酸中的一種或多種；所述引發劑為偶氮二異丁腈。

本發明進一步的改進在于，所述乙烯基倍半硅氧烷、單體和引發劑的比為1g:(1～2)mL:(0.015～0.12)g；回流溫度為90～110℃，回流時間為1～2h。

本發明進一步的改進在于，所述正極片的活性物質為鎳鈷錳三元材料或鎳鈷鋁酸鋰材料，集流體為涂炭鋁箔；所述負極片的活性物質為硅基材料，硅基材料為硅碳或硅氧碳材料，集流體為涂炭銅箔。

一種無隔膜的鋰離子電池的制備方法，將乙烯基倍半硅氧烷超聲分散到乙腈中，再加入單體與引發劑，在90～110℃回流反應1～2h，得到親水鏈段修飾的聚倍半硅氧烷；