一种锂离子储能电池极片及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种锂离子储能电池极片，极片包括集流体和涂覆在所述集流体正反两面表面的活性物质层，其创新点在于：电池集流体上正反两面表面各预留出不涂布活性物质的任意侧边作为电池全极耳；所述电池全极耳上涂覆有正温度系数PTC材料层。本发明的还提供一种锂离子储能电池极片的制作方法，其创新点在于：包括极片及电池全极耳制备、PTC浆料配制和涂覆步骤。本发明的锂离子储能电池极片，在预留的全极耳上直接涂覆PTC材料，实现当锂离子电池发生滥用导致电池升温达到PTC材料的居里温度时，由于PTC材料的自身电阻呈阶跃式升高而形成电子绝缘层，使得与之相连的电极活性物质层与集流体之间形成断路，从而大大增加了锂离子电池内部的有效容积。
【专利说明】 一种锂离子储能电池极片及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂离子储能电池极片，本发明还涉及一种锂离子储能电池极片的制作方法，属于锂离子电池领域。
【背景技术】
[0002]锂离子电池是近年来发展迅速的一种高能量电池，以卓越的电化学性能占据了便携式能源30%以上的市场，成为国内外研究开发的热点。
[0003]随着电动汽车行业和分布式电网行业的发展，对大容量的锂离子储能电池的需求日益迫切。但是其容量越大，对于安全性的挑战也就越大。当锂离子电池在短路、过充等滥用情况下导致电池内部温度升高时，电池内部会发生一系列副反应，不仅使电池失效，还可能引起燃烧和爆炸。
[0004]为了防止燃烧或爆炸，锂离子电池通常包括有温度保护功能的正温度系数(PTC)器件。当PTC器件达到一设定温度时，该PTC器件的电阻可以迅速升高几个数量级。将PTC器件连接在锂离子电池的电路中，利用该PTC器件突然增大的阻值可以减小甚至切断过充/过放或短路的电流，可以达到安全保护锂离子电池的目的。
[0005]有研究表明，可以将PTC材料作为粉体颗粒添加剂添加到电池正极材料中，包覆锂材料制成电极。但是作为添加剂添加到材料中的方法，一方面PTC颗粒在电池中受到电池磁场的影响比常规的大，另一方面其颗粒直接与电解液接触形成固液两相，事实证明使用PTC材料代替石墨或碳黑充当锂离子电池的导电剂，对电池的室温电化学性能不大，只有温度高于80度时，PTC材料在电池中的PTC效应才会大大增强，才能够改善锂离子电池的热安全性。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种锂离子储能电池极片及其制作方法，实现集成PTC器件的功能。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:一种锂离子储能电池极片，极片包括集流体和涂覆在所述集流体正反两面表面的活性物质层，其创新点在于:所述电池集流体上正反两面表面各预留出不涂布活性物质的任意侧边作为电池全极耳；所述电池全极耳上涂覆有PTC浆料层。
[0008]进一步的，所述活性物质层与PTC浆料层的涂覆表面积比例为2: f 3:1。
[0009]进一步的，所述正反两面PTC浆料层的总厚度为6?20 μ m。
[0010]进一步的，所述PTC浆料层中的PTC材料的常温电阻为0.005?I Ω.cm,居里温度为 90 ?120°C。
[0011]进一步的，所述PTC浆料层中的PTC材料为掺杂有稀土元素钇的三氧化二钒材料；所述稀土元素乾的掺杂比例为5%?50%。
[0012]进一步的，所述锂离子电池极片为正极极片或负极极片。
[0013]本发明的另一个目的是提供一种锂离子储能电池极片的制作方法，主要为按照锂电的工艺进行配料，在集流体上涂布涂层，裁大片，滚压，分条，最后制成工艺要求的长度和宽度，其创新点在于:所述涂布涂层步骤包括活性物质层的涂布和PTC浆料层的涂布；
所述活性物质层的涂布步骤为在电极极片上，正反两面各预留出7?1mm的集流体作为全极耳；在全极耳以外的部分将活性物质常规涂覆在极片集流体正反两面的表面作为活性物质层，活性物质层正反两面的总厚度为6?20 μ m ;
所述PTC浆料层的涂布步骤为将含PTC材料的浆料涂覆在电极预留的正反面全极耳上作为PTC浆料层，正反两面涂覆的总厚度为6?20Mm，涂覆完成后，进行烘烤操作，设置烘烤的时间为10?15h，烘烤温度为200?500°C ；
进一步的，所述PTC浆料的配制方法为将掺杂有5%?50%稀土元素钇的三氧化二钒V2O3粉体作为PTC材料，与粘结剂聚四氟乙烯PVDF、溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP按照PTC:PVDF =NMP的质量比为90?93:4?10:3?10的比例，搅拌混合均匀制成含PTC材料的浆料。
[0014]进一步的，所述电池极片为正极极片或负极极片。
[0015]进一步的，所述电极为负极时，预留的不涂布活性物质的任意侧边宽度为8?1mm0
[0016]本发明的有益效果如下:
(I)本发明的锂离子储能电池极片，在预留的全极耳上直接涂覆PTC材料，实现当锂离子电池发生滥用导致电池升温达到PTC材料的居里温度时，由于PTC材料的自身电阻呈阶跃式升高而形成电子绝缘层，使得与之相连的电极活性物质层与集流体之间形成断路，从而大大增加了锂离子电池内部的有效容积，有效容积可增大至1ΑΓ1/4。
[0017](2)改善了锂离子电池中需包括有温度保护功能的正温度系数(PTC)器件的常规思路，将PTC器件集成于电池电极上，在常温下既可以对室温电化学性能产生影响，且对于电池的正极和负极同样适用，减少了锂离子电池的内部构件，缩小了锂离子电池本身的规模，有利于大规模的推广应用。
[0018](3 )本发明的锂离子储能电池极片的制作方法简单方便，制备过程简便，涂覆方式易操作，无需增加其他零部件只需要在电极表面进行处理，产生良好效果的同时节约了生产成本；本方法关键步骤中采用了新型的PTC浆料，采用特定的涂布方式，生产的电池内阻小、能量密度高和容量密度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】进行进一步的说明。
[0020]图1为本发明的结构示意图。
[0021 ] 图中，包括活性材料层I，PTC浆料层2，集流体箔材3。
[0022]图2为本发明结构示意图的俯视图。
[0023]图中，包括活性材料层I，PTC浆料层2。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体实施例对本发明的技术方案作详细说明。
[0025]实施例1
一种锂离子储能电池正极片:包括集流体3铝箔和涂覆在集流体3铝箔正反两面表面的活性物质层1，在集流体3铝箔的正反两面表面各预留出不涂布活性物质的8.5mm侧边作为电池全极耳；电池全极耳上涂覆有PTC浆料层2，正反两面PTC浆料层2的总厚度为15Mm。
[0026]其中，PTC浆料层2中的PTC材料为掺杂有稀土元素钇的三氧化二钒材料；稀土元素钇的掺杂比例为5%?50%，PTC材料的常温电阻为0.005?I Ω.cm,居里温度为90?120。。。
[0027]锂离子储能电池正极极片的制备方法:主要为按照锂电的工艺进行配料，在集流体上涂布涂层，裁大片，滚压，分条，最后制成厚120 μ m,宽96mm,长为204mm的正极片,其中涂布涂层步骤包括活性物质层I的涂布和PTC浆料层2的涂布；
(1)活性物质层I的涂布步骤为在电极极片上，正反两面各预留出8.5mm的集流体作为全极耳；在全极耳以外的部分将活性物质常规涂布在极片集流体3铝箔正反两面的表面作为活性物质层I，活性物质层I正反两面的总厚度为18Mm.(2)PTC浆料层2的涂布步骤为将含PTC材料的浆料涂覆在电极正反面各预留的8.5mm侧边上作为PTC浆料层2，正反两面涂覆的总厚度为15ΜΠ1，涂覆完成后，进行烘烤操作，设置烘烤的时间为12h，烘烤温度为400°C。
[0028]其中，PTC浆料的配制方法为将掺杂有25%稀土元素钇的三氧化二钒V2O3粉体(其常温电阻率为0.05Ω.cm，但是当温度超过90°C时，电阻率达到4000 Ω.cm)作为PTC材料，与粘结剂聚四氟乙烯PVDF、溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP按照PTC:PVDF =NMP的质量比为90:4:6的比例，以常规步骤进行搅拌混合均匀制成含PTC材料的浆料。
[0029]实施例2
一种锂离子储能电池负极片:包括集流体3铜箔和涂覆在集流体3铜箔正反两面表面的活性物质层1，活性物质层I正反两面的总厚度为16mm ;在电池集流体铜箔3上正反两面表面各预留出不涂布活性物质的7mm侧边作为电池全极耳；电池全极耳上涂覆有PTC浆料层2，正反两面PTC浆料层2的总厚度为:19mm。
[0030]其中，PTC浆料层2中的PTC材料为掺杂有稀土元素钇的三氧化二钒材料；稀土元素钇的掺杂比例为30%，PTC材料的常温电阻为0.005?I Ω.cm,居里温度为90?120°C。
[0031]锂离子储能电池负极极片的制备方法:主要为按照锂电的工艺进行配料，在集流体上涂布涂层，裁大片，滚压，分条，最后制成厚88μηι,宽99mm,长为192mm的负极片,其中涂布涂层步骤和PTC浆料的配制参照实施例1.基于实施例1和实施例2的电池正负极片制成的电池有效容积可增大1/5，将电池进行常规电化学容量循环测试，能够符合测试要求，满足实际需要。
[0032]对比例I
一种锂离子储能电池正负极极片:
一种锂离子储能电池正负极片，正极片包括集流体3铝箔和涂覆在集流体3铝箔正反两面表面的活性物质层1，活性物质层I的厚度为8.5mm ;负极片包括集流体3铜箔和涂覆在集流体铜箔正反两面表面的活性物质层1，活性物质层I的厚度为7mm。
[0033]一种锂离子储能电池正负极片制作方法:
正极片制作方法:主要为按照锂电的工艺进行配料，在集流体3铝箔上涂布常规活性物质涂层I，然后按照常规工艺进行裁大片，滚压，分条，最后制成厚120 μ m,宽96mm,长为204mm的正极片。
[0034]负极片制作方法:主要为按照锂电的工艺进行配料，在集流体3铜箔上涂布活性物质涂层I，然后按照常规工艺进行裁大片，滚压，分条，最后制成厚88 μ m,宽99mm,长为201mm的负极片。
[0035]按照常规工艺将本实施例的正极极片和负极极片制作成锂离子电池。
[0036]对比实施例1与实施例2正负电极形成的锂离子电池和对比例I正负电极制成的锂离子电池可以看出，本发明的电池的室温电阻在I Ω以下，转变温度为28°C，高电阻平台范围为32°C，在35°C后电池电阻下降，而常规锂离子电池在整个升温过程中，加热至40(T410°C后，电池短路发生爆炸。
【权利要求】
1.一种锂离子储能电池极片，极片包括集流体和涂覆在所述集流体正反两面表面的活性物质层，其特征在于:所述电池集流体上正反两面表面各预留出不涂布活性物质的任意侧边作为电池全极耳；所述电池全极耳上涂覆有PTC浆料层。
2.根据权利要求1所述的锂离子储能电池极片，其特征在于:所述活性物质层与PTC浆料层的涂覆表面积比例为2: f 3:1。
3.根据权利要求1所述的锂离子储能电池极片，其特征在于:所述正反两面PTC浆料层的总厚度为6?20 μ m。
4.根据权利要求1所述的锂离子储能电池极片，其特征在于:所述PTC浆料层中的PTC材料的常温电阻为0.005?I Ω.cm,居里温度为90?120°C。
5.根据权利要求1或4所述的锂离子储能电池极片，其特征在于:所述PTC浆料层中的PTC材料为掺杂有稀土元素钇的三氧化二钒材料；所述稀土元素钇的掺杂比例为5%?50%。
6.根据权利要求1所述的锂离子储能电池极片，其特征在于:所述锂离子电池极片为正极极片或负极极片。
7.一种实现权利要求1所述的锂离子储能电池极片的制作方法，主要为按照锂电的工艺进行配料，在集流体上涂布涂层，裁大片，滚压，分条，最后制成工艺要求的长度和宽度，其特征在于:所述涂布涂层步骤包括活性物质层的涂布和PTC浆料层的涂布； 所述活性物质层的涂布步骤为在电极极片上，正反两面各预留出7?1mm的集流体作为全极耳；在全极耳以外的部分将活性物质常规涂覆在极片集流体正反两面的表面作为活性物质层，活性物质层正反两面的总厚度为6?20 μ m ; 所述PTC浆料层的涂布步骤为将含PTC材料的浆料涂覆在电极预留的正反面全极耳上作为PTC浆料层，正反两面涂覆的总厚度为6?20Mm，涂覆完成后，进行烘烤操作，设置烘烤的时间为10?15h，烘烤温度为200?500°C。
8.根据权利要求7所述的锂离子储能电池极片的制作方法，其特征在于:所述PTC浆料的配制方法为将掺杂有5%?50%稀土元素钇的三氧化二钒V2O3粉体作为PTC材料，与粘结剂聚四氟乙烯PVDF、溶剂N-甲基吡咯烷酮NMP按照PTC:PVDF =NMP的质量比为90?93:4?10:3?10的比例，搅拌混合均匀制成含PTC材料的浆料。
9.根据权利要求7所述的锂离子储能电池极片的制作方法，其特征在于:所述电池极片为正极极片或负极极片。
10.根据权利要求7所述的锂离子储能电池极片的制作方法，其特征在于:所述电极为负极时，预留的不涂布活性物质的任意侧边宽度为8?10mm。
【文档编号】H01M4/139GK104201327SQ201410399592
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】吕林, 靳承铀, 薛驰, 赵映军, 缪永华 申请人:中天储能科技有限公司