[发明专利]一种PTC安全涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种PTC安全涂层及其制备方法与应用，所述PTC安全涂层由高分子改性导电填料、高分子聚合物和无机填料制备而成，具体制备步骤如下：（1）将高分子改性导电填料分散在有机溶剂中，得到高分子改性导电填料浆料；（2）向高分子改性导电填料浆料中加入高分子聚合物混合均匀，然后加入无机填料，制成PTC浆料；（3）采用凹版印刷或者喷涂工艺，将PTC浆料均匀涂覆在铝箔或铜箔表面，并加热干燥，除去溶剂；（4）将涂覆有PTC的铝箔或铜箔表面置于烘箱中，在惰性气体保护下进行烘烤，得到PTC涂层，将其应用于锂离子电池中，能够提高导电炭的分散性，提升PTC强度，消除NTC效应。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种新型的PTC安全涂层及其制备方法以及使用该PTC安全涂层的锂离子电池。

背景技术

近年来，随着清洁可替代能源的开发，以及锂离子电池独特的高比能量、长循环寿命、高能量转换效率、无记忆效应等优势，极大地推动了锂离子电池在电动汽车、储能等新兴领域的应用，然而其安全性能也严重制约了大容量、高功率锂离子电池的应用。

目前锂离子电池是由含锂的正极材料、石墨类型的负极材料、熔沸点较低且易燃的有机电解液以及隔膜组成。电池在使用的过程中，除了正常的充电-放电，锂离子在正负极来回发生嵌入脱出反应以外，还存在其他副反应，如电极材料表面的SEI膜分解、电解质与负极之间的反应、电解液的热分解、正极热分解。锂离子电池在正常使用的情况下，上述副反应不会发生。然而，一旦电池发生滥用，如内外部短路、过充电、高温、重物冲击等会导致电池温度过高，上述反应有可能会被引发，并在短时间内放出大量热量，当产热大于散热，会导致热积累，进而引发安全事故。为了改善安全性能，一些研究者尝试电池内部保护机制，使用热敏型的高分子材料辅以导电剂作为底涂的PTC材料，然后在PTC材料表面涂一层活性物质。此类PTC材料多以导电炭黑填充的聚乙烯或聚偏氟乙烯为主，制备方法简单、原料易得，但是炭黑颗粒填充到聚合物基体中，炭黑颗粒间团聚严重，而炭黑的团聚体之间的接触是非刚性的，因而当基体体积膨胀时，发生炭黑团聚体的重排或变形，PTC强度不高，并且温度进一步升高时，容易出现NTC效应。

此外，由于导电颗粒比表面积大，难分散，容易团聚，室温下，要保证电池正常的工作，形成良好导电网络，降低内阻，所需要的导电剂含量较高。当温度上升时，高分子聚合物膨胀，导电剂易重新分布，导电剂网络不容易被破坏，内阻上升并不明显，导致PTC强度低，甚至出现NTC效应。因此，导电填料在聚合物基体中的分散性，是影响PTC材料性能优良与否的关键因素。

发明内容

本发明为了提升锂离子电池的安全性能，提供了一种PTC安全涂层及其制备方法与应用。将本发明的PTC安全涂层应用于锂离子电池中，能够提高导电炭的分散性，提升PTC强度，消除NTC效应。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种PTC安全涂层，由高分子改性导电填料、高分子聚合物和无机填料制备而成，其中：高分子改性导电填料、高分子聚合物和无机填料的质量比为5~80：5~40：4~20。

一种上述PTC安全涂层的制备方法，包括如下步骤：

（1）将高分子改性导电填料均匀的分散在有机溶剂中，得到高分子改性导电填料浆料；

（2）向高分子改性导电填料浆料中加入高分子聚合物混合均匀，然后加入无机填料，制成PTC浆料；

（3）采用凹版印刷或者喷涂工艺，将PTC浆料均匀涂覆在铝箔或铜箔表面，并加热干燥，除去溶剂；

（4）将涂覆有PTC的铝箔或铜箔表面置于烘箱中，在惰性气体保护下进行烘烤，使高分子改性导电填料中的活性官能团完成反应，得到PTC涂层。