一种多涂层智能高安全聚合物锂离子二次电池的制作方法

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一种多涂层智能高安全聚合物锂离子二次电池的制造方法与工艺

本发明涉及新能源动力电池技术领域,涉及一种锂离子二次电池,特别涉及一种多涂层智能高安全聚合物锂离子二次电池。



背景技术:

近年来,锂离子二次电池作为高功率大电流放电电池,应用越来越广泛,对电池的各项性能要求也越来越高。

传统卷绕结构的电池生产效率高,易于批量化生产,但不适合高倍率充、放电和高安全性场合的使用。

随着市场的拓展,高功率密度电力设备对锂离子二次电池的需求也越来越大,如电动机车电源、电动类工具、航模等市场均有很大的需求。要求电池在-30℃~+60℃,(15—30)C放电倍率下,仍能正常工作,其常规锂离子二次电池有难以逾越的缺陷。主要体现在:

1)在高温65℃以上充、放电时,电池气胀,造成电池失效或形成安全问题;

2)放电倍率小,通常适合于常温3C以下电流的连续放电,无法满足高功率设备工作时的所需的功率要求;

3)满电态针刺、挤压、热滥用的情况下容易起火、冒烟形成安全问题;

4)外部电路失效等造成电池过热时,易起火、冒烟形成安全问题。

目前公知的锂离子二次电池智能多涂层极片通用结构有:多涂层负极片如申请人于2015.12.21申请的CN201521067338.5《一种多涂层负极聚合物锂离子二次电池》,正极片、多涂层负极片层叠排布于聚偏氟乙烯涂层隔膜纸两面,层叠后的正极片、聚偏氟乙烯涂层隔膜纸、多涂层负极片卷绕形成电池芯,所述电池芯注入电解液后,经热聚合,电解液形成胶体电解质,卷芯内正极片、多涂层负极片粘贴于聚偏氟乙烯涂层隔膜纸两侧,电池芯形成非液态的聚合电池芯,所述电池芯、胶体电解质位于壳体内。减小了电池芯的内阻,增加电池的充、放电倍率和循环寿命,改善电池在高荷电状态时负极活性物被还原、产热,改善电池的安全性能和循环。延长了电池的使用寿命。

将正极活性物质涂敷在正极片基材上。如CN201310053579.3《锂离子二次电池的正极极片及其制备方法》所述锂离子二次电池的正极极片包括:正极集流体;底层涂层,覆盖在正极集流体上表面,包含锂复合金属氧化物活性材料、导电剂、粘接剂;以及顶层涂层,覆盖并与底层涂层一起压实在正极集流体且嵌入底层涂层,包含超级电容炭材料、导电剂、粘接剂。本发明提供的锂离子二次电池的正极极片及其制备方法,其能在不降低体积能量密度的前提下,可明显改善正极极片与电解液的浸润性,因此提高正极活性材料的利用率、使得首次效率提高、并可明显提高循环性能。

尽管如此,现有技术还需不断优化。



技术实现要素:

为了解决上述技术问题,本发明提供一种在正极片基材上涂一层温控智能可变阻抗涂层,生产效率高、放电倍率好、安全可靠的多涂层正极聚合物锂离子二次电池。

本发明是这样实现的:

一种多涂层智能高安全聚合物锂离子二次电池,包括负极片、正极片、聚偏氟乙烯涂层隔膜纸、胶体电解质及壳体,所述正极片含有温控智能可变阻抗涂层;负极片和正极片分别层叠排布于聚偏氟乙烯涂层隔膜纸的两面,层叠后的负极片、聚偏氟乙烯涂层隔膜纸、正极片卷绕形成电池芯,所述电池芯注入电解液后,经热聚合,电解液形成胶体电解质,电池芯内负极片、正极片粘贴于聚偏氟乙烯涂层隔膜纸两侧,形成非液态的聚合电池芯,电池芯、胶体电解质位于壳体内。

进一步,

所述正极片还包括正极片基材、超导电碳涂层、活性物质涂层、氧化物涂层、聚偏氟乙烯涂层和正极极耳,所述正极片基材的两侧从里至外依次连接温控智能可变阻抗涂层、超导电碳涂层、活性物质涂层、氧化物涂层和聚偏氟乙烯涂层,正极片基材上焊有正极耳,正极耳处贴有聚酰亚胺胶纸。

进一步,

当电池温度升高到(80—100)℃时,含有温控智能可变阻抗涂层的电池阻抗升高,呈现高阻抗状态,切断对外输出,阻止电池芯热失控;当电池芯温度下降到正常状态时,由高阻抗状态自动恢复到低阻抗的导通状态,实现了随温度的智能控制;

高密度聚乙烯/聚乙烯与炭黑的组合或聚苯乙烯与炭黑的组合或 聚偏氟乙烯与炭黑的组合中的一种或多种互相组合制浆后均匀的涂敷在正极片基材两侧上,经干燥后形成厚度为2-20um的温控智能可变阻抗涂层。

进一步,

超导电炭涂层由包括石墨烯、纳米碳管、石墨炔中的一种或多种导电碳均匀的涂敷在温控智能可变阻抗涂层两侧上,经干燥后形成;

在超导电碳涂层两侧均匀的涂敷一层包括锂钴氧化合物、锂锰氧化合物、锂镍钴锰氧多元化合物中的一种或多种正极活性物质,经二次干燥处理后将AL2O3、SiO2一种或两种陶瓷氧化物涂敷在正极活性物质上,经再次干燥形成氧化物涂层;

在氧化物涂层两侧均匀的涂敷一层聚偏氟乙烯,形成聚偏氟乙烯涂层;

聚偏氟乙烯涂层隔膜纸包括隔膜纸聚偏氟乙烯涂层和隔膜纸聚丙烯基材,聚偏氟乙烯涂层隔膜纸为隔膜纸聚偏氟乙烯涂层均匀的涂敷在隔膜纸聚丙烯基材的两面。

本发明电池芯由负极片、聚偏氟乙烯(PVDF)涂层隔膜纸、正极片层叠后卷绕而成,并通过在正极片基材上涂一层温控智能可变阻抗涂层,当电池温度升高到(80—100)℃时,电池的阻抗显著升高,呈现高阻抗状态,切断对外输出,阻止电池芯热失控;当电池芯温度下降到正常状态时,由高阻抗状态自动恢复到低阻抗的导通状态,实现了随温度的智能控制;超导电涂层增加正极片温控智能可变阻抗涂层与正极活性物的粘附性与电子导电性,减小了电池芯的内阻,增加电池的充、放电倍率和循环寿命,通过在正极活性物上涂氧化物涂层,改善电池在高荷电状态时正极活性物被氧化、产热,改善电池的安全性能和循环。达到改善了智能温控了电池的安全性,延长了电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明正极片横切面结构示意图。

图2为本发明正极片基材横切面结构示意图。

图3为本发明正极片温控智能可变阻抗涂层横切面结构示意图。

图4为本发明正极片超导电碳涂层横切面结构示意图。

图5为本发明正极片正极活性物涂层横切面结构示意图。

图6为本发明正极片氧化物涂层横切面结构示意图。

图7为本发明正极片聚偏氟乙烯涂层横切面结构示意图。

图8为本发明聚偏氟乙烯涂层隔膜纸横切面结构示意图。

图9为本发明的锂离子二次电池外部示意图。

图中:正极片基材1,温控智能可变阻抗涂层2,超导电碳涂层3,活性物质涂层4,氧化物涂层5,聚偏氟乙烯涂层6,正极片7,隔膜纸聚丙烯基材8,隔膜纸聚偏氟乙烯涂层9,聚偏氟乙烯涂层隔膜纸10,负耳极11,正耳极12。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、技术特征、达成目的与效果易于明白了解,以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

实施例1:

如图所示,

正极片7包括正极片基材1、温控智能可变阻抗涂层2、超导电碳涂层3、活性物质涂层4、氧化物涂层5、聚偏氟乙烯涂层6和正极极耳,正极片基材1的两侧从里至外依次连接温控智能可变阻抗涂层2、超导电碳涂层3、活性物质涂层4、氧化物涂层5、聚偏氟乙烯涂层6,正极片基材1上焊有正极耳12,正极耳12处贴有聚酰亚胺胶纸。

由高密度聚乙烯/聚乙烯(HDPE/PE)与炭黑(CB)的组合或聚苯乙烯(HIPS)与炭黑(CB)的组合或 聚偏氟乙烯(PVDF) 与炭黑(CB)的组合中的一种或多种互相组合制浆后均匀的涂敷在正极片基材1两侧上,经干燥后形成温控智能可变阻抗涂层2,厚度为2-20um。

超导电炭涂层3由石墨烯、纳米碳管、石墨炔等一种或多种导电碳均匀的涂敷在温控智能可变阻抗涂层2两侧上,经干燥后形成超导电炭涂层3,在超导电碳涂层3两侧均匀的涂敷一层锂钴氧化合物、锂锰氧化合物、锂镍钴锰氧多元化合物等锂氧化合物中的一种或多种正极活性物质,经二次干燥处理后将AL2O3、SiO2等一种或多种陶瓷氧化物涂敷在正极活性物质上,经再次干燥形成氧化物涂层5,在氧化物涂层5两侧均匀的涂敷一层聚偏氟乙烯(PVDF),形成聚偏氟乙烯涂层6。

聚偏氟乙烯(PVDF)涂层隔膜纸包括隔膜纸聚偏氟乙烯涂层9和隔膜纸聚丙烯基材8,聚偏氟乙烯(PVDF)涂层隔膜纸为聚偏氟乙烯(PVDF)涂层均匀的涂敷在隔膜纸聚丙烯基材的两面。

多涂层智能高安全聚合物锂离子二次电池,包括负极片、正极片7、聚偏氟乙烯(PVDF)涂层隔膜纸、胶体电解质及壳体,负极片、正极片7层叠排布于聚偏氟乙烯涂层隔膜纸10的两面,层叠后的负极片、聚偏氟乙烯涂层隔膜纸10、正极片7卷绕形成电池芯,焊接好极耳的电池芯位于铝塑复合膜壳体内,电芯有一对正极耳12、负极耳11,电池芯注入电解液后,经热聚合,电解液形成胶体电解质,卷芯内负极片、正极片粘贴于聚偏氟乙烯涂层隔膜纸两侧,电池芯形成非液态的聚合电池芯,电池芯、胶体电解质位于铝塑复合膜壳体内。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征、结构方式和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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