[发明专利]用于锂离子电池的三维多孔涂层及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种用于锂离子电池的三维多孔涂层及其制备和应用，按质量百分比计，所述三维多孔涂层包括如下组分：三维多孔微粉55‑70%、粘结剂20‑40%和气体吸收剂5‑10%，所述气体吸收剂为活性氧吸收剂或还原性气体吸收剂。本发明通过三维多孔微粉来形成具有三维骨架结构的功能涂层，三维多孔微粉所具有的高比表面积、高孔隙率、低密度、低导热率的特点，在为气体吸收剂提供可靠依附点位的同时，能够在不影响锂离子电池能量密度、离子传输通路以及内阻的情况下，吸收由正极产生的氧化性气体，并起到一定的阻热、绝热作用，从整体上综合解决了锂离子热失控的问题，极大地提高了锂离子电池的安全性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种用于锂离子电池的三维多孔涂层及其制备和应用。

背景技术

随着锂电池在生产生活中应用的日益广泛，电池能量密度的快速提升，锂电池的安全性能也越来越重要。特别是在锂电池会因为外部或者内部因素发生热失控，导致严重的生命财产损失。目前行业技术的解决路径包括正负极材料进行改性增强稳定性，使用耐高温隔膜及电解液添加剂等。但热失控的温度往往超出了以上几种手段可以控制的范围。研究发现，早期电池大多由于隔膜崩溃引发大规模内短路引发热失控。但目前使用的耐高温隔膜配811正极动力电池，其热失控的机理已经发生变化，正极材料释氧变成了引发热失控的主因。实验结果表明，在没有内短路的情况下，把隔膜完全去掉，电解液抽干依然会发生热失控。当把正负极粉末混合进行测试，会出现剧烈的放热峰值。通过进一步的分析发现，充电态正极材料在250℃左右开始出现相变，并释放活性氧，产生的氧气与负极发生反应，放热量急剧增加。所以在新电池体系中，正负极氧化还原反应产生大量热量是导致热失控的直接原因，而不仅仅是传统电池体系中隔膜崩溃导致内短路引发热失控。然而，目前研究因氧化还原引发的热失控问题，也仅仅局限在某一方面，例如，对于正极释放活性氧的情况，一般会想到在电池隔膜面向正极的一面涂布活性氧吸收剂来避免其串扰至负极，而对于大量氧化性气体的吸收和隔膜收缩等问题，该方式又无法解决，不能综合且有效解决氧化还原引起的热失控问题。

中国专利CN109585749A公开了一种锂离子电池隔膜及具有其的锂离子电池，该专利技术通过在多孔基材层表面层叠吸氧层，构成多层结构的隔膜，使隔膜具有吸收氧气的能力，能够有效降低电池内氧气的含量，降低氧气穿透隔膜在有限空间内与强还原性的负极发生反应的机率，从而有效避免因氧气发生反应放热所引起的电池热失控，提高了电池的安全性。然而，该专利技术仅能解决正极释放活性氧而引发的热失控问题，且在过量活性氧产生的情况下，是否能有效吸收屏蔽正极释放的活性氧仍是个问题。而且涂覆有吸氧层的隔膜只能起到一层防护层的作用，在100多℃高温隔膜发生热收缩等失效情况下，则难以继续维持锂离子电池的安全性。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于锂离子电池的三维多孔涂层及其制备方法和应用，本发明通过三维多孔微粉来形成具有三维骨架结构的功能涂层，三维多孔微粉所具有的高比表面积、高孔隙率、低密度、低导热率的特点，在为气体吸收剂提供可靠依附点位的同时，能够在不影响锂离子电池能量密度、离子传输通路以及内阻的情况下，吸收由正极产生的氧化性气体，防止气体串扰，从整体上综合解决了锂离子热失控的问题，极大地提高了锂离子电池的安全性，克服了现有技术手段只能从某一方面解决热失控问题的不足。

本发明采用的技术方案如下：一种用于锂离子电池的三维多孔涂层，按质量百分比计，所述涂层包括如下组分：三维多孔微粉55-70%、粘结剂20-40%和气体吸收剂5-10%，所述气体吸收剂为活性氧吸收剂。