一种快速导热的锂离子电池正极极片的制作方法

本实用新型涉及一种快速导热的锂离子电池正极极片。

背景技术：

锂离子电池因为具有高能量密度、长循环寿命、良好的机械性能以及对环境友好等优点，广泛运用于各消费类电子产品、各种电动汽车和风能太阳能、各种航模，无人机等动力设备上。近年来，人们对电池不仅满足于能量密度的提高，而且对电池的输入和输出功率的要求也越来越高，比如智能手机的快速充电，航模无人机的瞬间爆发力等都是对电池高功率输入和输出的体现，通常电池的快速充电和放电，由于电池本身物理内阻以及电池内部离子迁移等产生的极化所形成的阻抗，在教大的电流充电或放电的情况下，电池内部会产生大量的热量。而根据电池内部电流的流向，其电池内部各区域热量产生的是不均等的，这表现为电池极耳位置温度教高，电池底部温度偏低，同时由于正极集流体为铝箔，而负极集流体为铜箔，两者的电阻率分别为2.83*10^‐3Ω·m和1.75*10^‐3Ω·m，电池工作时在正负极集流体上产生的热量不一致，且正极极片热量高于负极极片，同时由于电流通过极耳导出电池外部，使电池各区域放电温度为正极极耳区>负极极耳区>正极底部区>负极底部区。

电池各部分区域产生的热量不一致，电池内部各区域的活性物质受热后膨胀系数出现不同步，因而使电池内部产生一定的应力，极片和隔膜受应力的影响而变形，使正极片、负极片和隔膜之间界面接触不良，容易产生锂枝尖，同时容易导致正负极材料中胶粘剂的迅速劣化而活性物质容易出现剥离和脱离现象，导致电池加速劣化，电池组性能急剧下降，甚至发生起火或爆炸。

为解决电池内部发热现象，减少热量对电池伤害，卷绕结构的电池为采用多卷芯并联结构减少电芯的阻抗；叠片型电池增加叠片的极片的数量降低电池阻抗，同时采用更高电导率的电解液，这仅能对电池发热现象有一定的缓解，无法解决长时间充电和放电时，电池内部正极片发热累积热量不均匀的问题。

因此非常需要从根本上解决上述问题的技术，有必要提供一种具有快速导热的锂离子电池正极极片，该极片将电池各部位产生的热量迅速扩散，使电池整体的温度趋向一致，解决电池内部膨胀不一致的问题，提高电池的安全性和可靠性。

技术实现要素：

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种能快速导热，使电池整体温度趋向一致，解决电池内部膨胀不一致的问题，提高电池的安全性和可靠性的锂离子电池正极极片。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种快速导热的锂离子电池正极极片，包括有集流体1，在所述集流体1的两侧设置有能将热量迅速扩散的导热层2，在所述的导热层2的外侧设置有活性物质层3。

所述的导热层2由导热材料和粘结剂混合物组成，所述的导热材料为石墨烯或氧化石墨烯，所述的粘结剂混合物为高分子链状结构化合物。

所述的活性物质层3由正负极活性物质、导电剂和粘结剂等混合物组成。

本实用新型与现有技术相比，有以下优点：

本实用新型采用以上技术方案，通过在集流体上两侧层设置导热层，在导热层的外侧设置有活性物质层，导热层的导热材料为石墨烯或氧化石墨烯，由于石墨烯具有独特的晶粒取向，可沿两个方向均匀导热，不会造成局部过热，能使电池极片迅速导热，解决电池充电和放电过程中电池内部热量不均衡的问题，避免电池内部产生应力而形成形变，提高电池的安全性和稳定性。

【附图说明】

图1为本实用新型剖视图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型进行详细描述：

一种快速导热的锂离子电池正极极片，包括有集流体1，在所述集流体1的两侧设置有能将热量迅速扩散的导热层2，在所述的导热层2的外侧设置有活性物质层3。

所述的导热层2由导热材料和粘结剂混合物组成。所述的导热材料为石墨烯或氧化石墨烯，为保证良好的导热效果，以及有效的导电性，所述石墨烯或氧化石墨烯占总体比例的70％‐95％，涂层厚度为3‐10um，为保证涂布厚度的均匀性，石墨烯的粒径为0.05‐5um。由于石墨烯具有独特的晶粒取向,可沿两个方向均匀导热,不会造成局部过热，能迅速将产生的热量迅速扩散，使整个极片表面的温度趋向一致，避免电池各区域产生应力变形。所述的粘结剂混合物为高分子链状结构化合物，如聚偏氟乙烯，其与集流体1有一定的附着力，确保导热涂层2与集流体1有良好的接触，保证导热层2具有良好的导热性和导电性。导热层2通过涂布方式，将石墨烯和粘结剂混合物均匀涂在集流体1上。

所述的活性物质层3由正负极活性物质、导电剂和粘结剂等混合物组成。

所述的活性物质层3的涂层厚度为20‐400um。

锂离子电池正极极片包括集流体，导热层和活性物质层，导热层位于集流体的两面，活性物质层位于导热层的外侧。其中正极导热层厚度为4um，由聚偏氟乙烯和石墨烯组成，其中石墨烯占导热层总质量的质量百分百为95％，正极的活性物质层为钴酸锂、聚偏氟乙烯和导电剂的混合物，负极导热层厚度为4um，由丁苯橡胶和石墨烯组成，其中石墨烯占导热层总质量的质量百分百为95％，负极活性物质层为石墨，CMC，导电剂，丁苯橡胶的混合物。

正极片制备时，先将聚偏氟乙烯溶解于N‐甲基吡咯烷酮，得到粘结剂胶液，再将石墨烯加入粘结剂胶液中(石墨烯与聚偏氟乙烯的质量比例为95：5，石墨烯的粒径为5um)搅拌均匀，再通过涂布设备，将石墨烯和聚偏氟乙烯的混合物均匀涂覆在集流体的正反面上。完全干燥后，在将活性物质涂覆在导热层上方，制作成所需的锂离子电池正极极片。

锂离子电池组装，将上述制备所得到的锂离子电池正极极片，和对应的负极及隔膜组装成锂离子电池，通过封装，注液活化，得到具有快速导热的实施例锂离子电池。

按照上述方法，正极采用无导热层的正极极片，和对应的负极及隔膜组装成对比例锂离子电池，其型号为P9050150‐5000mAh,倍率为35C。

对实施例提供的电池和对比例提供的电池以倍率为35C的电流进行快速放电，其放电过程中电池表面各区域的温度如下表所示。

由上表数据说明，通过正极片增加导热层的电池，各区域的温度差异均一性较好，循环100周后各区域厚度变化率不明显，而无导热层的电池，各区域温差较大，循环后电池表面各区域的厚度变化较大。这表明增加导热层后，有助于电池内部热量的扩散，避免局部热量累积，导致电池各区域内应力变化而产生形变。有效的提高电池的安全性和稳定性。