专利名称：一种高安全性能锂离子电池的制作方法
一种高安全性能锂离子电池技术领域
本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及添加导电剂的高安全性能锂离子电池领 域。
背景技术：
自锂离子电池问世以来，由于其具有工作电压高，比能量大，自放电小，无记忆效 应，寿命长及对环境污染小等优点，各国均对军事，民用便携式电子产品，电动车等领域的 应用表现出极大的兴趣和热情。有越来越多的使用者和研发人员对锂离子电池的性能和工 艺进行不断的探索和改进。
锂离子电池的安全性能备受行业内人员重视，因锂离子电池用在手机、玩具、汽车 等领域，都要求防火、防爆，电池在使用过程中易发生短路或者遭撞击等导致电池起火或爆 炸。一般电池在出厂前都必须进行品质检测，比如进行过充、过放或炉热或高温储存等试 验，或在情况相似环境下使用，看是否有起火或爆炸等情况发生。
一般现有都是在锂离子电池上设置安全阀或防爆刻痕，但其均不能从根源上解决 电池起火或爆炸等的安全问题，且其方案也较复杂。发明内容
本发明为解决电池起火或爆炸的技术问题，提供一种能从根源上解决防火、防爆 炸的高安全性能锂离子电池。
本发明提供的高安全性能锂离子电池，包括正极片、隔膜、负极片，隔膜位于正极 片、负极片之间；正极片包括正极集流体和涂敷在正极集流体上的正极浆料，负极片包括负 极集流体和涂敷在负极集流体上的负极浆料；正极浆料和/或负极浆料内含有导电剂，导 电剂为高分子正温度系数热敏材料。
该高分子正温度系数热敏材料的电阻率对温度敏感，常温下这种导电高分子物质 的电阻率要远远低于传统使用的正极片、负极片的电阻率，而随着温度升高，该物质电阻率 急剧增大。添加有这种高分子正温度系数热敏材料的极片，在异常情况下，电流或温度急剧 升高时，电阻率随之升高，进而破坏导电网络，由于该导电剂的电阻增加，致使极片导电性 能下降，防止电池产生热失控，对锂离子电池的热失控起到了预防的作用。因此极大地提高 例锂离子电池的安全性能，可以说是从根源上解决了电池的安全问题。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 附图
及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用 以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的高安全性能锂离子电池，包括正极片、隔膜、负极片；隔膜位于正极 片、隔膜、负极片之间；正极片包括正极集流体和涂敷在正极集流体上的正极浆料，负极片包括负极集流体和涂敷在负极集流体上的负极浆料；正极浆料和/或负极浆料内含有导电 剂，导电剂为高分子正温度系数热敏材料。
高分子正温度系数热敏材料为公众所知，常用于正温度系数热名电阻中，一般为 高分子基体内嵌入导电填料得到。高分子基体选自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚环氧乙 烷中的一种或几种，导电填料选自金属、金属合金、金属氧化物和炭黑中的一种或几种。
一般，还可在高分子正温度系数热敏材料中加入抗氧化剂。
其制造方法也为公众所知，一般为混炼，交联等。因其为公众所知，不再熬述。
所谓在正极浆料和/或负极浆料中加入导电剂即可能有三种情况a)只在正极浆 料中加入高分子正温度系数热敏材料做导电剂，负极浆料中可加入常规导电剂；b)只在负 极浆料中加入高分子正温度系数热敏材料做导电剂，正极浆料中可加入常规导电剂；c)在 正极浆料和负极浆料中均加入高分子正温度系数热敏材料做导电剂。
在正极浆料中加入该种高分子正温度系数热敏材料做导电剂相比加入负极浆料 中做导电剂效果更加显著。
根据本发明提供的锂离子二次电池，正极片包括正极集流体以及涂覆和/或填充 在集流体上的正极浆料。所述正极集流体为本领域技术人员所公知，例如可以选自铝箔、铜 箔、镀镍钢带或冲孔钢带。正极浆料包括有正极活性物质、正极用粘结剂、添加剂、正极用导 电剂(导电剂也可看做一种添加剂)；正极活性物质可以选自锂离子电池常规的正极活性 物质。如锂钴氧化物LiCo02，锂镍氧化物LiNi02，锂锰氧化物LiMn204，磷酸锂铁盐Li!^eP04 以及锂镍锰氧化体系中的一种或几种。
正极用粘结剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如，所述正极用粘结剂 可以选自含氟树脂和/或聚烯烃化合物，如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)或 丁苯橡胶(SBR)中的一种或几种。一般来说，所述正极用粘结剂的含量为正极活性物质的 0.01-8重量％，优选为1-5重量％。
本例中特别强调的重点是在正极浆料中加入有高分子正温度系数热敏材料，以正 极浆料比重为100%，一般其正极浆料中包含2% -6%高分子正温度系数热敏材料作为正 极用导电剂，优选4% -6%高分子正温度系数热敏材料作为正极用导电剂，而不是常规的 炭黑，与现有导电剂相比，添加有这种高分子正温度系数热敏材料的极片，在异常情况下， 电流或温度急剧升高时，电阻率随之升高，进而破坏导电网络，由于该导电剂的电阻增加， 致使极片导电性能下降，防止电池产生热失控，对锂离子电池的热失控起到了预防的作用。
本具体实施方式
中负极片采用含有负极集流体和涂覆和/或填充在该负极集流 体上的负极浆料。负极浆料通常包括负极活性物质、负极用粘结剂以及含有负极用导电剂。 所述负极活性物质可以采用现有技术中常用的各种负极活性物质，例如，可以是非石墨化 炭、石墨或由多炔类高分子材料通过高温氧化得到的炭，也可使用其它例如热解炭、焦炭、 有机高分子烧结物、活性炭等碳材料。有机高分子烧结物可以是通过将酚醛树脂、环氧树脂 等烧结并炭化后所得的产物。
上述负极用导电剂也可采用高分子正温度系数热敏材料。导电剂的含量可为 2% -4%，优选 3% -4%。
负极用粘结剂可以选自锂离子二次电池常规的负极用粘结剂，如聚乙烯醇、聚四 氟乙烯、羟甲基纤维素(CMC)、丁苯橡胶(SBR)中的一种或几种。一般来说，所述负极用粘结剂的含量为负极活性物质的0. 5-8重量％，优选为2-5重量％。
本发明用于正极材料和负极材料的溶剂可以选自本领域内常规使用的溶剂，如可 以选自N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二乙基甲酰胺(DEF)、 二甲亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)以及水和醇类中的一种或几种。溶剂的用量使所述浆料 能够涂覆到所述集流体上即可。一般来说，溶剂的用量为使浆料中正极活性物质的浓度为 40-90重量％，优选为50-85重量％。
根据本发明提供的锂离子二次电池，电解液为非水电解液。所述的非水电解液 为电解质锂盐在非水溶剂中形成的溶液，可以使用本领域技术人员已知的常规的非水 电解液。比如电解质锂盐可以选自六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(Lia04)、四氟硼酸 锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、六氟硅酸锂(LiSiF6)、四苯基硼酸锂(LiB(C6H5)4)、 氯化锂(LiCl)、溴化锂(LiBr)、氯铝酸锂(LiAlC14)及氟烃基磺酸锂(LiC(S02CF3) 3)、 LiCH3S03、LiN (S02CF3) 2中的一种或几种。非水溶剂可以选自链状酸酯和环状酸酯混合溶 液，其中链状酸酯可以为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲 丙酯(MPC)、碳酸二丙酯(DPC)以及其它含氟、含硫或含不饱和键的链状有机酯类中的一种 或几种。环状酸酯可以为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、γ-丁内 酯(Y-BL)、磺内酯以及其它含氟、含硫或含不饱和键的环状有机酯类中的一种或几种。在 所述非水电解液中，电解质锂盐的浓度一般为0. 1-2摩尔/升，优选为0. 8-1. 2摩尔/升。
根据本发明提供的锂离子二次电池，该电池的制备方法主要步骤为本领域的技术 人员所公知，一般来说，该电池的制备方法包括将电极组置入电池壳中，加入电解液，然后 密封，得到锂离子二次电池。其中，密封的方法，电解液的用量为本领域技术人员所公知。
只要注意在制作正极浆料和/或负极浆料中加入导电剂时，注意导电剂使用高分 子正温度系数热敏材料即可。
实施例1
正极活性材料采用LiCo02，粘结剂采用PVDF。将PVDF溶解于溶剂NMP中制得PVDF 溶液，将正极活性材料和作为导电剂的导电高分子物质一起放入该溶剂中，充分混合均勻 制成正极浆料，其组成为LiCo02 PVDF 高分子导电剂=100 8 6.89。将制好的正 极浆料进行涂布、制片。
负极活性材料采用石墨，粘结剂采用CMC和SBR。将CMC溶解于水中制得CMC溶 液，将石墨加入到入该溶剂中，充分混合均勻，然后加入SBR乳液制成浆料，其组成为石 墨CMC SBR 高分子导电剂=100 1.5 2.5 3.22。将制好的负极浆料进行涂 布、制片。
用上述制得正极片与负极片、隔膜卷绕制成锂离子方形电池的极芯，将极芯放入 电池壳体内，焊接盖板，注入非水电解液，陈化、化成、封口，最后制作成锂离子电池。
实施例2
将实施例1中正极浆料组成改变为LiCo02 PVDF 高分子导电剂= 100 8 4. 5。
实施例3
将实施例1中正极浆料组成改变为LiCo02 PVDF 高分子导电剂= 100 8 3. 22。
比较例1
将实施例1中正极浆料中的高分子导电剂改为乙炔黑，比例为LiCo02 PVDF 乙炔黑=100 8 4. 5。
比较例2
只将比较例1中正极导电剂改为炭纤维。
比较例3
只将比较例1中正极导电剂改为碳纳米管。
比较例4
将比较例1中负极浆料中的高分子导电剂改为乙炔黑，比例为石墨CMC SBR 乙炔黑=100 1. 5 2. 5 3. 22。
比较例5
只将比较例4中负极导电剂改为炭纤维。
比较例6
只将比较例4中负极导电剂改为碳纳米管。
性能测试
1.炉热测试
充满电的实施例和比较例电池，每一样品取10支电池，在130和150°C存放Ih停 止或者热失控后立即停止，采集电池电压和电池表面温度变化，记录实验现象。认为电池冒 烟，着火，爆炸为该测试失败，而电池发鼓和安全阀破裂算通过。
权利要求
1.一种高安全性能锂离子电池，包括正极片、隔膜、负极片，所述隔膜位于正极片、负极 片之间；所述正极片包括正极集流体和涂敷在正极集流体上的正极浆料，所述负极片包括 负极集流体和涂敷在负极集流体上的负极浆料；其特征在于所述正极浆料和/或负极浆 料内含有导电剂，所述导电剂为高分子正温度系数热敏材料。
2.如权利要求1所述的高安全性能锂离子电池，其特征在于所述高分子正温度系数 热敏材料为高分子基体内嵌入导电填料。
3.如权利要求1所述的高安全性能锂离子电池，其特征在于所述高分子基体选自聚 乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷中的一种或几种，所述导电填料选自金属、金属合 金、金属氧化物和炭黑中的一种或几种。
4.如权利要求2或3所述的高安全性能锂离子电池，其特征在于所述高分子正温度 系数热敏材料中还包括抗氧化剂。
5.如权利要求1所述的高安全性能锂离子电池，其特征在于所述正极浆料包括正极 活性物质、正极用粘结剂、添加剂及正极用导电剂，高分子正温度系数热敏材料作为正极用 导电剂。
6.如权利要求1所述的高安全性能锂离子电池，其特征在于所述正极浆料包括负极 活性物质、负极用粘结剂、添加剂及负极用导电剂，高分子正温度系数热敏材料作为负极用 导电剂。
7.如权利要求1所述的高安全性能锂离子电池，其特征在于在正极浆料中加入高分 子正温度系数热敏材料做导电剂，以正极浆料重量为100%，则正极浆料中加入的高分子正 温度系数热敏材料占2-6%。
8.如权利要求7所述的高安全性能锂离子电池，其特征在于正极浆料中加入的高分 子正温度系数热敏材料占4-6 %。
9.如权利要求1所述的高安全性能锂离子电池，其特征在于在负极浆料中加入高分 子正温度系数热敏材料做导电剂，以负极浆料重量为100%，则负极浆料中加入的高分子正 温度系数热敏材料占2-4%。
10.如权利要求1所述的高安全性能锂离子电池，其特征在于负极浆料中加入的高分 子正温度系数热敏材料占3-4%。
全文摘要
本发明为解决电池起火或爆炸的技术问题，提供一种能从根源上解决防火、防爆炸的高安全性能锂离子电池。包括正极片、隔膜、负极片，隔膜位于正极片、负极片之间；正极片包括正极集流体和涂敷在正极集流体上的正极浆料，负极片包括负极集流体和涂敷在负极集流体上的负极浆料；正极浆料和/或负极浆料内含有导电剂，导电剂为高分子正温度系数热敏材料。添加有这种高分子正温度系数热敏材料的极片，在异常情况下，电流或温度急剧升高时，电阻率随之升高，进而破坏导电网络，防止电池产生热失控，对锂离子电池的热失控起到了预防的作用。因此极大地提高例锂离子电池的安全性能，可以说是从根源上解决了电池的安全问题。
文档编号H01M10/36GK102035039SQ20091020410
公开日2011年4月27日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者王丽姝, 王慧颖, 顾高炜 申请人:上海比亚迪有限公司