[發明專利]一種具有熱關閉和自愈功能的鋰離子電池正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110051760.5
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112382746B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 李騰飛;李薦;王利華
• 申請（專利權）人: 湖南省正源儲能材料與器件研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
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本發明公開了一種具有熱關閉和自愈功能的鋰離子電池正極材料的制備方法，屬于鋰離子電池技術領域。該鋰離子電池正極材料包括活性材料基體及3取代基聚吡咯或3取代基聚噻吩包覆層。一方面，本發明提供的鋰離子電池正極材料具有熱關閉功能，當電池溫度異常升高時，3取代基聚吡咯或3取代基聚噻吩發生熱脫雜，由導電態轉變為絕緣態，電池材料與周圍顆粒間的電子傳輸被切斷，電池材料失去活性，電池反應被關閉，避免電池發生熱失控。另一方面，本發明提供的鋰離子電池正極材料具有自愈功能；電池被關閉后，當電池溫度恢復正常時，3取代基聚吡咯或3取代基聚噻吩發生電化學重摻雜，由絕緣態轉變為導電態，電池材料活性得以恢復。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種具有熱關閉和自愈功能的鋰離子電池材料的制備方法。

背景技術

隨著鋰離子電池裝車應用的增加，因動力電池引發的電動汽車著火，燃燒事故不時發生，引發了人們對于鋰離子電池安全性的質疑。安全性問題己成為制約大容量鋰離子電池在電動汽車、儲能電站等新能源技術領域商業化應用的主要障礙。因此，防止鋰離子電池出現熱失控，提高鋰離子電池安全性能是行業內迫切需要解決的問題。商用鋰離子電池現有安全性技術包括外殼裝有安全閥和熱敏器件，然而這些外部器件對溫度響應較慢，當電池副反應迅速發生時并不能起到很好的熱關閉效果，且這些電化學惰性的外部器件會降低鋰離子電池的能量密度。

在鋰離子電池內部如正負極材料上建立一個熱關閉開關，能夠對鋰離子電池溫度異常升高做出及時熱響應，關閉電池反應。CN109817867A專利公開了一種熱敏隔膜，能夠在鋰離子電池溫度異常時及時閉孔，防止電池過充時發生熱失控。Baginska等將聚乙烯微球涂在負極片表面，電池溫度異常時聚乙烯微球熔化覆蓋負極片，阻礙正負極之間的離子傳輸，關閉電池反應。上述措施在鋰離子電池內部建立了一種及時響應的熱關閉開關，但這種關閉是永久性的，電池不能再使用(M.Baginska，B.J.Blaiszik，R.J.Merriman，eta1.Autonomic Shutdown of Lithium-Ion Batteries Using ThermoresponsiveMicrospheres[J].Adv.Energy Mater. 2012，2，583-590)。

CN106784778B專利通過溶劑蒸發法制備了一種表面包覆聚噻吩衍生物的熱敏電極材料，感應鋰離子電池內部異常溫度變化，關閉電池反應。此方法是通過高溫揮發溶劑，將聚噻吩衍生物簡易無序地黏附在電極材料表面，很難在活性材料包覆一層均勻的包覆層，而且包覆層厚度不可控，容易造成關閉電池反應不徹底。有鑒于此，本發明提供的具有熱關閉和自愈功能的鋰離子正極電池材料的制備方法，是將帶正電的 3取代基聚吡咯或3取代基聚噻吩分子通過靜電吸引牢固的吸附在帶負電的活性材料基體表面，并生長成均勻的包覆層，能夠在鋰離子電池溫度異常時及時關閉電池。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種具有熱關閉和自愈功能的鋰離子電池正極材料的制備方法。一方面，本發明提供的鋰離子電池正極材料具有熱關閉功能；當電池溫度異常升高時，3取代基聚吡咯或3取代基聚噻吩發生熱脫雜，由導電態轉變為絕緣態，電池材料與周圍顆粒間的電子傳輸被切斷，正極材料失去活性，電池反應被關閉，避免電池發生熱失控。另一方面，本發明提供的鋰離子電池正極材料具有自愈功能；電池被關閉后，當電池溫度恢復正常時，3取代基聚吡咯或3取代基聚噻吩發生電化學重摻雜，由絕緣態轉變為導電態，正極材料活性得以恢復。

為了達到以上目的，本發明通過以下技術方案實現：

本發明提供一種具有熱關閉和自愈功能的鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

步驟一，活性材料加入到含有陰離子表面活性劑的水溶液中，充分攪拌、過濾、干燥得到表面荷負電的活性材料基體A；

步驟二，將A加入到分散液中，充分攪拌得到溶液B；

步驟三，將3取代基聚吡咯或3取代基聚噻吩加入到在有機溶劑中，充分攪拌得到溶液C；