[发明专利]一种锂离子电池极片、制备方法及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池极片及其制备方法，以及采用该极片制备的锂离子电池。

背景技术

石油、煤等传统能源为不可再生能源，过度开采导致的石油资源枯竭将会在未来几十年发生，而随着石油等传统能源导致的环境问题日益增加，人们对环境质量的要求日益提高，清洁可再生能源替代传统能源已经成为将来的发展趋势。锂离子电池作为一种二次电池，其循环使用寿命可长达10年以上，将锂离子电池作为汽车的动力源，在使用过程中无汽车尾零排放，可为汽车提供足够的动力，因此具有广泛应用前景。

近年来随着EV电动车的迅猛发展，锂电池的需求也越来越大。但是，由于锂是一种化学性质非常活泼的元素，高温情况下容易发生锂离子电池、电池组发生起火、爆炸等安全问题，因此锂离子电池的安全问题是困扰电动车发展的主要因素之一。使用过程中，如果发生过充、过放、短路、破损、挤压变形等问题时，将导致电池温度急剧升高，引起电池组燃烧、甚至爆炸，严重时将引发大规模的交通安全事故，甚至带来人员伤亡事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可提高锂离子电池安全性能的电池极片及其制造方法，以及应用该电极的锂离子电池。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

锂离子电池极片，包括集流体和涂覆在集流体上的电极物料，所述电极物料包括活性物质、导电剂和热膨胀高分子聚合物，所述高分子聚合物的热膨胀系数大于30×10^-6m/mk，高分子聚合物的添加量不超过固体物料总质量的20％。

进一步的，所述热膨胀高分子聚合物为环氧树脂、聚烯烃、聚乙烯、丙烯酸酯、聚酰亚胺、醋酸乙烯脂、乙丙橡胶、ABS树脂、乙烯-醋酸乙烯脂、乙烯-丙烯酸乙酯中的一种或多种混合。

进一步的，所述导电剂为具有PTC效应的陶瓷材料、导电碳或金属纤维中的一种或多种混合物。

前述锂离子电池极片的制备方法，将导电剂与热膨胀高分子聚合物在溶剂中进行充分混合，制成热膨胀导电胶溶液，然后加入活性物质搅拌成均匀的电极浆料；将制得的电极浆料涂布于集流体上，干燥、辊压后制成极片。

锂离子电池，由正极极片、负极极片和隔膜卷绕而成，所述正极极片或负极极片采用前述锂离子电池极片的制备方法制成。

由以上技术方案可知，本发明通过在电极物料中增加热膨胀高分子聚合物，使热膨胀高分子聚合物与导电剂混合形成热膨胀导电胶，既可保证常温下的电子电导率，又可为活性物质提供必要的粘结力，将热膨胀导电胶添加在锂离子电池正或负极浆料内，当电池发生过充、过放、短路、破损、挤压等情况时，热膨胀高分子聚合物会迅速膨胀，断绝活性物质之间、活性物质与导电剂、活性物质与基材之间的导电体系，使导电网络断裂，导致锂离子电池电阻急剧增加，从而达到提高锂离子电池以及电池组的安全性能的目的。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，做详细说明如下。

锂离子电池的极片包括集流体和涂覆在集流体上的电极物料(正极物料、负极物料)，电极物料一般包括活性物质、导电剂、粘合剂和溶剂，将电极物料混合搅拌后制得电极浆料，将电极浆料涂布在集流体上制成极片。

本发明方法的基本思路是：将热膨胀高分子聚合物与导电剂均匀混合形成热膨胀导电胶后，与电极物料一起搅拌混合形成浆料，并将浆料涂覆在集流体的表面，制备成电池极片，其中，高分子聚合物的热膨胀系数大于30×10^-6m/mk，这些高分子聚合物在高温下体积会迅速增加。采用前述极片制成的电池在高温时(高于60℃)，热膨胀导电胶会迅速膨胀，切断锂离子电池的电子传送通道，从而改善电池的安全性能。

在电极物料中添加热膨胀高分子聚合物时，如果添加量过多，电池的能量密度会有损失，同时也会增加极片的电阻，从而影响电池性能，因此，综合能量密度以及安全性能，发明人发现热膨胀高分子聚合物的添加量以不超过电极物料中固体物料总质量(不含溶剂质量)的20％，即≤20％为佳。将热膨胀高分子聚合物加入电极物料中制备电极浆料时，先将热膨胀高分子聚合物与导电剂在溶剂中充分混合，形成热膨胀导电胶，所用溶剂为常规制备正极浆料或负极浆料时采用的溶剂，通过球磨、机械搅拌或者高速分散的方式将热膨胀高分子聚合物与导电剂充分混合，配置成热膨胀导电胶，使导电剂与高分子聚合物充分混合形成三维的导电网络，保证常温下的电子传导率，然后再加入其它电极物料进行搅拌，使热膨胀导电胶均匀包覆在活性物质表面。