[发明专利]一种锂电池正负极集流体的预处理方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池应用领域，尤其是涉及一种提高锂电池安全性能的锂电池集流体的预处理方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、无记忆效应等优点，符合当今各国能源环保方面的发展需求，在各个领域的使用正在迅速被推广使用，而在这种日新月异的大好形势下,锂离子电池的安全性却成了制约其应用领域扩展的主要瓶颈。目前对于锂离子电池的安全性控制更多的偏向于外部控制，保护板具有过流、短路、过充、过放等保护措施，但在现实应用中，很可能因为用户不按要求操作或保护装置本身失效的情况下而起不到保护作用。因此在当电池受到短路、高热、过充电等异常因素的影响时，由于电池内部容易有高压气体产生，因此会引起电池壳体的变形甚至产生爆炸的危险。

发明内容

本发明目的在于针对以上缺陷提供一种在锂电池内设置一个类似PTC盖帽部给予保护的安全改进措施，基于热控制方向，将具有PTC效应的材料涂覆在集流体表面，利用PTC材料温度-阻值的变化原理特性，有效地控制电池内部电流的导通与阻断，从而改进锂离子电池的安全性能。

为实现上述目的，本发明提供一种锂电池正负极集流体的预处理方法：以NMP(N-甲基吡咯烷酮)为溶剂通过高速搅拌配置出均匀的PVDF(聚偏氟乙烯)粘结胶液，然后加入具有PTC效应的导电材料，中高速搅拌，调节粘度获得浆料，用涂布机将配置好的浆料涂覆在正负极集流体上（通常为铝箔/铜箔），在恒温烘箱内进行固定温度的烘烤后，就制得涂覆有薄层PTC材料的集流体。在此基础上，完成正负极涂布及后续的琨压、制片、卷芯等工序完成锂电池的后续制作，经相关测试，经过预处理后的箔材可作为锂电池集流体按常规方法使用，并能显著提高锂电池的安全性能。

进一步，PVDF(聚偏氟乙烯)溶于NMP(N-甲基吡咯烷酮)中的浓度为3%-8%%，以6%作为优选。

进一步，所述的具有PTC效应的导电材料指将超高分子量聚乙烯HUMWPE和聚偏氟乙烯PVDF基体进行干燥，然后按等体积比例将超高分子量聚乙烯HUMWPE和聚偏氟乙烯PVDF投入250℃环境中的机械混合机中，在50r/min转速条件下混合10 分钟以上，然后将含量占导电材料总质量12%的炭黑CB分批加入到机械混合机种，然后继续混合15-20分钟，混合完成后，便获得正温PTC效应的导电剂材料。

进一步，所述的加入具有PTC效应的导电材料，经中高速搅拌后，其粘度值控制在2000mPa﹒s左右。

进一步，所述的浆料涂覆厚度为3-10μm。

进一步，所述的固定温度指全程烤箱的温度控制在60-80℃。

本发明的有益效果是：本发明使用的PTC导电材料居里温度在135℃左右，当电池短路温度上升达到135℃以上时，该材料的阻值急剧增加，作为连接集流体和正、负极材料的导通段，其阻值的急剧增加，使得原本较大的电流呈现大幅度的降低，热量相应地得到有效控制，避免了电池的热失控，从而极大的改善了电池的安全性能，该方法制备简单适于大规模推广应用。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

图1为PTC材料跟随温度的阻值变化。

图2为集流体预处理示意图。

图3为电池的过充曲线。

具体实施方式

在搅拌锅中将PVDF(聚偏氟乙烯)溶解于NMP(N-甲基吡咯烷酮)中，溶解后PVDF(聚偏氟乙烯)溶解于NMP(N-甲基吡咯烷酮)的浓度值控制在3%-8%之间，以浓度值6%为优选，经过高速搅拌大约10分钟后，加入具有PTC效应的导电材料，然后进行中速搅拌，在搅拌过程中调节物质粘度，将粘度值控制在2000mPa﹒s左右，获得浆料。然后用涂布机将配置好的浆料涂覆在正负极集流体上，正负极集流体为铜箔或铝箔，将浆料涂覆厚度控制在3-10μm，浆料涂覆完毕以后，将正负极集流体放到恒温烘箱，烘箱温度不超过80℃，烘烤时间大约10-30分钟，以浆料成固态状贴附到正负极集流体为完成标志，烘烤完成后，进行锂电池后续的琨压、制片、卷芯等工序完成锂电池的后续制作，将作为正负极箔材应用于锂电池正常生产中作为锂电池集流体按常规方法使用，经测试其能显著提高锂电池的安全性能。