保护层、其制备方法及锂离子电池与流程

本申请涉及电池，具体涉及一种保护层、其制备方法及锂离子电池。

背景技术：

1、作为一种清洁能源，锂离子电池被广泛应用于电动汽车、电动工具和储能等领域。然而，频发的电池火灾事故已经引起广泛的关注，在不同的滥用条件下，包括热滥用、电滥用和机械滥用等，单个锂离子电池的热失控可以很容易识别控制，但是，在电池模组或电池包中，单个锂离子电池出现热失控将会向相邻锂离子电池传递足够的热量，整个电池模组或电池包会发生热蔓延甚至起火爆炸，因此，电池热蔓延是一个亟待解决的问题。

2、为解决电池热蔓延，现有专利cn107845742a公开了一种动力电池及电池模组，其包括电池壳体、收容于电池壳体中的电池，以及安装于电池壳体上的电池顶盖，其中，电池壳体上设有阻燃涂层，阻燃涂层包含阻燃剂和粘结剂。该专利提供的动力电池的电池壳体上涂覆有阻燃涂层，当动力电池由于局部温度过高热失控时，阻燃涂层可以快速吸热分解，一方面吸收大量热量以降低动力电池的温度，另一方面分解产生大量不燃性气体以稀释氧气浓度和灭火，因此可避免动力电池起火、爆炸的风险。但是，该专利提供的阻燃涂层，吸热性阻燃剂选自无机水合盐，无机水合盐在吸热相变过程中容易分离出较多的结晶水，容易引发电池间的短路，同样会引发热蔓延的问题。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种保护层、其制备方法及锂离子电池，可以解决现有电池因热蔓延无法得到及时有效控制导致电池模组或电池包起火甚至爆炸的问题。

2、本申请的第一方面提供一种保护层，所述保护层包括隔热层和吸热层，所述隔热层和所述吸热层层叠设置；所述隔热层包括隔热粒子、玻璃纤维和耐高温树脂；所述吸热层包括吸热粒子、聚醚多元醇和热塑性树脂。

3、可选的，所述隔热层的厚度为1mm～10mm；所述吸热层的厚度为0.05mm～5mm。

4、可选的，所述隔热粒子、所述玻璃纤维和所述耐高温树脂的质量比为(50～90)：(1～20)：(10～30)；所述吸热粒子、所述聚醚多元醇和所述热塑性树脂的质量比为(40～80)：(1～10)：(20～50)。

5、可选的，所述隔热粒子包括二氧化硅、氧化锆、氧化钛、三氧化二铝、二氧化钛、膨胀蛙石、膨胀珍珠岩中的至少一者；所述隔热粒子的粒径为10nm～500nm；所述隔热粒子的导热系数为0.01w/(m×k)～0.05w/(m×k)；所述玻璃纤维的长度为0.1mm～5mm，直径为1μm～10μm，所述玻璃纤维的长径比为100～500；所述耐高温树脂包括聚酰亚胺树脂、聚四氟乙烯、聚苯醚、氰酸酯树脂、有机硅树脂、酚醛树脂中的至少一者。

6、可选的，所述吸热粒子包括脲基化合物，所述脲基化合物具有如式(i)所示的结构：

7、

8、式(i)中，r1和r2分别独立地包括氢、卤素、脂肪族碳链或芳香族碳链。

9、可选的，所述脲基化合物的分解温度为50℃～200℃；所述脲基化合物包括碳酰二胺脲、n-乙基脲、n-甲酸基脲、n-羟基脲、n-苯基脲、磷酸脲、磷酸脒基脲、炔丙基脲、4-甲氧基苯脲、二甲基脲中的至少一者。

10、可选的，所述聚醚多元醇包括聚氧化乙烯二醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化氯丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇中的至少一者；所述聚醚多元醇的平均分子量为10000～50000；所述热塑性树脂包括聚氨酯树脂、聚丙烯酸酯、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚碳酸脂、聚酯树脂、聚醚醚酮、环氧树脂、酚醛树脂、氨基树脂中的至少一者。

11、本申请的第二方面提供一种保护层的制备方法，包括如下步骤：

12、将耐高温树脂和隔热粒子混合、干燥，得到混合物料；

13、将混合物料、抗氧剂和玻璃纤维熔融混合，挤出，冷却，造粒，干燥，得到复合粒子；

14、将复合粒子熔融，成型，得到隔热层；

15、将吸热粒子、聚醚多元醇和热塑性树脂以及无水溶剂制成复合胶液；

16、将复合胶液涂覆于所述隔热层的至少一面，烘烤，得到所述保护层。

17、可选的，所述抗氧剂为亚磷酸三壬基苯酯，所述抗氧剂的用量为所述耐高温树脂质量的0.01％～0.05％；所述无水溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、丙酮、乙醇、二氯甲烷中的至少一者；所述复合胶液的粘度为5000mps～20000mps。

18、本申请的第三方面提供一种锂离子电池，包括壳体、收容于所述壳体中的电池以及安装于所述壳体上的顶盖，所述锂离子电池还包括如前所述的保护层或包括如前所述的保护层的制备方法制备的保护层；所述保护层设置于所述壳体表面。

19、本申请的有益效果在于，提供一种保护层、该保护层的制备方法以及具有该保护层的锂离子电池，所述保护层设置叠置的吸热层和隔热层，通过吸热层和隔热层的共同起作用完成对电池热蔓延的改善，一方面，吸热层的吸热粒子能够有效保证电池在热失控触发之前将相邻电池热量的传递通过分解反应的吸热作用进行遏制，此外吸热粒子的分解过程将主要产生不可燃气体，能够有效稀释热失控电池周围空间的可燃气体浓度，进而减缓电池模组或电池包明火的出现；另一方面，隔热层中使用隔热粒子进行绝热作用，隔热层中引入玻璃纤维，除了能够进一步降低隔热层导热系数提升绝热能力之外，还能够有效保证整个隔热层在高温条件下的尺寸稳定性，进而保证保护层的性能得到有效发挥，提升电池的使用安全性。

技术特征：

1.一种保护层，其特征在于，所述保护层包括隔热层和吸热层，所述隔热层和所述吸热层层叠设置；

2.如权利要求1所述的保护层，其特征在于，所述隔热层的厚度为1mm～10mm；所述吸热层的厚度为0.05mm～5mm。

3.如权利要求1所述的保护层，其特征在于，所述隔热粒子、所述玻璃纤维和所述耐高温树脂的质量比为(50～90)：(1～20)：(10～30)；

4.如权利要求3所述的保护层，其特征在于，所述隔热粒子包括二氧化硅、氧化锆、氧化钛、三氧化二铝、二氧化钛、膨胀蛙石、膨胀珍珠岩中的至少一者；

5.如权利要求3所述的保护层，其特征在于，所述吸热粒子包括脲基化合物，所述脲基化合物具有如式(i)所示的结构：

6.如权利要求5所述的保护层，其特征在于，所述脲基化合物的分解温度为50℃～200℃；

7.如权利要求3所述的保护层，其特征在于，所述聚醚多元醇包括聚氧化乙烯二醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化氯丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇中的至少一者；

8.一种如权利要求1～7任一项所述的保护层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.如权利要求8所述的保护层的制备方法，其特征在于，所述抗氧剂为亚磷酸三壬基苯酯，所述抗氧剂的用量为所述耐高温树脂质量的0.01％～0.05％；

10.一种锂离子电池，包括壳体、收容于所述壳体中的电池以及安装于所述壳体上的顶盖，其特征在于，所述锂离子电池还包括如权利要求1～7任一项所述的保护层或包括如权利要求8～9任一项所述的保护层的制备方法制备的保护层；

技术总结
本申请实施例公开了一种保护层、其制备方法及锂离子电池，所述保护层设置叠置的吸热层和隔热层，通过吸热层和隔热层的共同起作用完成对电池热蔓延的改善，一方面，吸热层的吸热粒子能够有效保证电池在热失控触发之前将相邻电池热量的传递通过分解反应的吸热作用进行遏制，此外吸热粒子的分解过程将主要产生不可燃气体，能够有效稀释热失控电池周围空间的可燃气体浓度，进而减缓电池模组或电池包明火的出现；另一方面，隔热层中使用隔热粒子进行绝热作用，隔热层中引入玻璃纤维，除了能够进一步降低隔热层导热系数提升绝热能力之外，还能够有效保证整个隔热层在高温条件下的尺寸稳定性，进而保证保护层的性能得到有效发挥，提升电池的使用安全性。

技术研发人员：尚旭,郑帅,王强,请求不公布姓名
受保护的技术使用者：蜂巢能源科技（无锡）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13