[发明专利]一种锂电池极片纳米有机硅交联球微粉涂层工艺在锂电池制造中的运用和制作方法

说明书

本发明属于锂离子电池制备技术领域，具体公开了一种锂电池极片纳米有机硅交联球微粉涂层工艺在锂电池制造中的运用和制作方法，所述的涂层包括粘合剂和紧密排列的纳米有机硅交联球微粉。本发明创新地在锂离子电池极片表面采用有气热喷的方法均匀涂覆有机硅交联球粉涂层以替代锂电池隔膜隔离正负极片，并利用纳米有机硅交联球微粉颗粒缝隙吸收电解液传导锂离子，以此法制作无隔膜锂离子电池，彻底解决因电池高温度导致隔膜收缩引发电池短路起火爆炸的安全性问题。

技术领域

本发明属于锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种锂电池极片纳米有机硅交联球微粉涂层工艺在锂电池制造中的运用和制作方法。

背景技术

锂离子电池由于具有电压高、比能量大、工作温度范围宽、比功率大、放电平稳、存储时间长等众多优点，目前被广泛应用于手机、电脑及电动汽车等众多领域。隔膜作为锂离子电池的关键材料之一，其作用是隔离正负极、防止短路并让锂离子在电解液中自由通过。目前商业化的隔膜是聚烯烃隔膜，包括高密度聚乙烯（HDPE）和聚丙烯（PP）隔膜，这两种隔膜熔点较低，分别为130℃和165℃，在电池发生过热的情况下这两种隔膜容易出现熔融收缩，使得正负极发生短路，从而产生严重的电池爆炸起火的安全事故。为了改善隔膜的热稳定性，大量的文献和专利提供了陶瓷涂层、PVDF涂层、PMMA涂层和有机硅粉涂层隔膜技术，通过在聚烯烃隔膜表面涂覆一层陶瓷层、PVDF、PMMA、有机硅粉涂层来改善隔膜的热稳定性，这些涂层隔膜也能很好地解决聚烯烃类隔膜的安全性能，因而在高电压和大功率锂电池中得到广泛应用。

但是，这些涂层改性能治表不能治本，不能从根本上改变聚烯烃隔膜熔点低、热熔融收缩的特性，当电池温度超过这些改性隔膜的耐热极限时，同样会发生隔膜收缩、电池短路、爆炸起火的安全事故。

发明内容

本发明向社会提供一种锂电池极片纳米有机硅交联球微粉涂层工艺在锂电池制造中的运用和制作方法，本发明所采用的技术思路是在锂离子电池极片表面采用有气热喷的方法均匀地涂覆有机硅交联球微粉涂层以替代锂电池隔膜隔离正负极片，并利用纳米有机硅交联球微粉颗粒缝隙吸收电解液传导锂离子，以此法制作无隔膜锂离子电池，彻底解决因电池高温度导致隔膜收缩引发电池短路起火爆炸的安全性问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种锂电池极片纳米有机硅交联球微粉涂层工艺在锂电池制造中的运用和制作方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

步骤（1）造粒：将烷氧基硅烷（如甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷)的一种、或以烷氧基硅烷一种与含环氧基、氨基、甲基丙烯酰氧基、巯基、乙烯基反应性基团的氧基硅烷的一种，逐步滴加入碱性水溶液中，碱性水溶液是一定浓度的氢氧化钾或氢氧化钠水溶液，也可以用乙二胺、二乙胺、三乙胺等有机胺或氨水，甲基三甲氧基硅烷或其部分水解缩聚物与碱水溶液的质量比应控制在0～15:100，混合反应液的pH值保持在10～13，温度一般在15℃～80℃之间，搅拌速度150～180 rpm/min，包括加料时间在内的反应时间为0.5～12h，上述缩聚制得的微粒经过滤、洗净、干燥、解碎，获得微米级球形硅树脂微粉。

步骤（2）制浆：将质量比为0.5-3％烷基阴离子表面活性剂加入质量比为30-80％去离子水中混合搅拌均匀，再将质量比为30-60％球形硅树脂微粉加入混合搅拌均匀，在真空条件下混合搅拌0.5-2h后，再加入质量比为3-10％水溶性树脂粘合剂与质量比为1-5％的增稠剂，再在真空条件下混合搅拌2-3h，制成水性纳米有机硅交联球涂覆浆料。

步骤（3）涂布：将辊压后的成卷的电池正负极片置于带有自动收放装置、喷涂装置、高温隧道烘箱或干燥气隧道烘箱、激光测厚仪的涂布机上，将上述配制好的纳米有机硅交联球浆料经过涂布机喷涂装置的数控计量泵输送到特制带加温的喷料模头，模头温度在40℃-80℃之间，均匀、连续地涂敷在成卷的正极或负极极片的一面，再通过自动收放装置输送入温度在40℃-120℃高温隧道烘箱或干燥气隧道烘箱烘干，然后再用此法对极片的另一面进行涂层，得到一面或两面涂层正极或负极极片。