[發明專利]一種鋰離子電池用一體化高安全復合電極及其制備方法

在審

• 申請號: 202110731385.9
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113451542A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 賈南方;王杰
• 申請（專利權）人: 北京宇程科技有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 張沫

本文公開了一種鋰離子電池用高安全一體化復合電極及其制備方法。首先通過靜電紡絲法制備耐高溫聚合物納米纖維膜(3)，然后通過涂膠工藝在電池正極或者負極極片(1)表面涂覆一定厚度的粘合劑層(2)，然后將所得到的納米纖維膜與涂有粘合劑的電池極片復合，得到高安全一體化復合電極。該高安全一體化復合電極中，納米纖維層(3)提供絕緣性、高溫尺寸穩定性，高保液性，防止電池內部短路，電池極片在高溫條件下對隔膜變形起到支撐作用，防止電池因高溫隔膜收縮造成內短路引發熱失控，從而提高電池熱安全特性。本發明工藝過程簡單易行，納米纖維層與電池極片之間粘結強度高，由該極片組裝的電池安全性得到明顯改善，該極片應用前景良好。

技術領域

本發明屬于新型鋰離子電池復合電極技術領域，尤其是涉及一種鋰離子電池用一體化高安全復合電極及其制備方法。

背景技術

近年來，由于新能源汽車等領域的發展，為了追求更長的續航里程，鋰離子電池的比能量不斷提升，容量不斷增大，新能源汽車自然爆炸等事故頻繁發生，鋰離子電池其安全性受到越來越廣泛的關注。傳統的聚烯烴隔膜如PP、PE由于其較低的熔點、較差的熱尺寸穩定性以及對電解液較差的潤濕性等缺點，對電池的安全性有很大影響，成為限制動力鋰離子電池安全性提高的短板。為了提高鋰離子電池的安全性，減少由于高溫隔膜收縮導致的電池失控問題，設計、制備隔膜和電極一體化復合電極，提高電池安全性高溫條件下安全性對于大容量高比能的鋰離子電池尤為重要。

為了提高傳統聚烯烴隔膜的熱尺寸穩定性，人們在聚烯烴隔膜的基礎上開發了陶瓷涂覆改性聚烯烴復合隔膜，即將氧化鋁、氧化硅、勃姆石等無機陶瓷材料和粘結劑、溶劑等其他助劑配置成陶瓷漿料，通過流延法或浸涂法等涂覆方式均勻涂覆在聚烯烴基膜的單面或雙面。如深圳市星源材質科技股份有限公司在專利CN107275550B中通過將陶瓷和聚合物復合涂敷于聚烯烴隔膜表面，雖然在熱尺寸穩定性方面有一定的提高，但受限于聚烯烴自身的耐熱性，熱尺寸穩定性提高有限。此外，人們還開發了耐高溫聚合物涂層的聚烯烴復合隔膜，但由于涂層本身不具備較高力學強度，當聚烯烴基膜受熱熔融時復合隔膜也無法保證熱尺寸穩定性。應用靜電紡絲法在聚烯烴隔膜表面制備納米纖維膜層，形成耐高溫的聚烯烴復合隔膜，例如專利CN 104681764 A直接在陶瓷隔膜表面紡一層納米纖維膜，制備了一種復合型鋰離子電池隔膜，其中納米纖維層可以加固束縛陶瓷顆粒防止脫落，還可以作為軟質的緩沖層改善隔膜與電極表面的接觸，然而該方法纖維膜直接噴涂陶瓷層表面，二者僅靠物理吸附作用結合，粘結性較差，同時仍然難以改變聚烯烴基膜耐溫差的缺點。基于靜電紡絲法制備的聚合物納米纖維膜，如PAN、PVDF、PI等，具有高孔隙率、高吸液性、高耐溫性等特點，將其用于制備高安全一體化復合電極，可利用電極較高的熱尺寸穩定性，最大限度的發揮納米纖維膜的耐高溫特性，將會極大地提高鋰離子電池的安全性。

發明內容

本發明提供了一種鋰離子電池用高安全一體化復合電極及其制備方法。本發明將鋰離子電池極片與納米纖維膜通過粘合劑復合在一起，可實現高耐溫、高安全一體化復合電極的制備：電池極片為隔膜在高溫條件下的尺寸穩定性提供支撐，納米纖維層提供高溫條件下的絕緣性，防止電池內部短路。其制備的具體過程是首先通過靜電紡絲法制備耐高溫聚合物納米纖維膜，然后將納米纖維膜通過涂敷于電池極片表面的粘合劑復合在一起，最終形成高安全一體化復合電極。

1.一種鋰離子電池用高安全一體化復合電極，其特征在于，所述高安全一體化復合電極由依次排列的耐高溫聚合物納米纖維膜、粘結層、鋰離子電池極片、粘結層和耐高溫聚合物納米纖維膜復合而成；粘合劑層厚度為0.05～5μm，耐高溫聚合物納米纖維膜厚度為0.4-30μm。

2.根據權利要求1所述的高安全一體化復合電極，其特征在于，所述鋰離子電池極片為正極極片、負極極片中的一種，所述的正極極片活性材料為NCM三元材料、NCA三元材料、磷酸鐵鋰極片、錳酸鋰、磷酸錳鐵鋰中任意一種或者多種；所述的負極極片活性材料為碳材料、硅材料、氧化硅材料、錫材料中的一種或者多種。