一种高安全性电池的制作方法

本发明属于锂离子电池和电化学领域，尤其是涉及一种高安全性电池。
背景技术：
：在汽车行业的未来发展方向上，电动汽车的全面发展正成为一个不可逆转的趋势。其原因主要在两个方面：其一是因为能源的有限性，化石燃料都是有限的能源；其二是人们的环境保护意识和各国政府的排放要求日益提高。尽管目前采用锂离子电池的新能源汽车还受到高成本的制约，但从长远看，锂离子电池新能源汽车的购买者会越来越多，生产成本将随着生产规模的扩大而降低。作为电动汽车的“心脏”，动力电池的进步成就了今天的电动汽车，也决定着未来电动汽车市场化的步伐快慢。随着锂离子电池能量密度的不断提高，提高其安全性对电动汽车的发展日益迫切。安全问题是妨碍锂离子电池在电动汽车中大规模应用的主要障碍。因此开发高安全性能的锂离子动力电池具有重要意义。技术实现要素：有鉴于此，本发明旨在提出一种高安全性电池，可提高电芯的安全性能。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种新型涂层浆料，该涂层浆料由包括如下重量份的原料制成：进一步，所述的粘结剂为丁苯橡胶、聚丙烯酸、丙烯酸酯、苯乙烯、苯丙烯、丁二烯、丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯或聚偏氟乙烯中的至少一种；所述的溶剂为氮甲基吡咯烷酮、去离子水、甲基乙基酮或异丙醇中的至少一种；所述的导电剂为乙炔黑、superpli、碳纳米管、vgcf或石墨烯中的至少一种；所述的可膨胀石墨的粒径为0.05-10um；优选的，所述的可膨胀石墨的粒径为0.1-5um。一种新型涂层箔材，所述的新型涂层箔材由所述的新型涂层浆料中的各组分匀浆后涂覆于集流体上得到。所述的新型涂层箔材上的新型涂层浆料层的厚度为0.01μm-1000μm；优选的，所述的新型涂层箔材上的新型涂层浆料层的厚度为0.05μm-500μm。一种新型电极浆料，该电极浆料由包括如下重量份的原料制成：进一步，所述的粘结剂为pvdf、cmc、聚丙烯酸酯或sbr中的至少一种；所述的溶剂为氮甲基吡咯烷酮、去离子水、甲基乙基酮或异丙醇中的至少一种；所述的导电剂为乙炔黑、superpli、碳纳米管、vgcf或石墨烯中的至少一种；所述的可膨胀石墨的粒径为0.5-50um；优选的，所述的可膨胀石墨的粒径为0.5-30um。一种新型电极极片，所述的电极极片由包括如下方案一或方案二中的一种方法制得：方案一：将所述的新型电极浆料中的各组分匀浆后涂覆于所述的新型涂层箔材或集流体表面，即得所述的新型电极极片；方案二：将电极浆料中的各组分匀浆后涂覆于所述的新型涂层箔材表面，即得所述的新型电极极片。一种高安全性电池，该电池包括所述的新型电极极片。所述的高安全性电池的制备方法，包括如下步骤：将所述的新型电极极片经过碾压、模切、叠片、封装、注液、高温预化成、高温陈化、常温老化、分容等工序，制成所述的高安全性电池。所述的可膨胀石墨是一种利用物理或化学的方法使非碳质反应物插入石墨层间，与炭素的六角网络平面结合的同时又保持了石墨层状结构的晶体化合物。它不仅保持石墨优异的理化性质，而且由于插入物质与石墨层的相互作用而呈现出原有石墨及插层物质不具备的新性能。插有层间化合物的石墨在遇到高温时，层间化合物将分解，产生一种沿石墨层间c轴方向的推力，这个推力远大于石墨粒子的层间结合力，在这个推力的作用下石墨层间被推开，从而使石墨粒子沿c轴方向高倍地膨胀，形成蠕虫状的膨胀石墨。膨胀后的石墨由片状变为蠕虫状，从而结构松散，多孔而弯曲，表面积扩大、表面能提高、吸附鳞片石墨力增强，是一种性能优良的吸附剂，对有机化合物具有强大的吸附能力，1g膨胀石墨可吸附80g石油。相对于现有技术，本发明所述的高安全性电池具有以下优势：(1)本发明所述的高安全性电池在正极或负极中混掺一定量可膨胀石墨，当电池在使用过程中热量发生积聚，达到可膨胀石墨的膨胀温度时，可膨胀石墨出现膨胀，增加极片电阻，同时吸附电解液，阻止进一步的热失控发生，显著提高了电芯的安全性能，可膨胀石墨的原材料广泛，价格便宜，制作工艺简单，适合大规模推广。(2)本发明所述的新型涂层箔材在电芯达到一定的温度，可膨胀石墨膨胀后电阻增大，可降低正负极活性材料与集流体的电连接。在正常使用条件下，具有更大的比表面积，使极片的箔材和料具有更好的粘结性，从而提高电池的循环寿命。(3)本发明所述的高安全性电池相比传统锂离子动力电池，具有较高的实用价值和较高的实际意义。附图说明图1为本发明实施例7-8与对比例2的新型涂层电芯循环性能测试图。具体实施方式除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下面结合实施例来详细说明本发明。实施例1一种高安全性电池，该高安全性电池由包括如下步骤的制备方法制得：(1)正极极片：将三元材料(ni0.5co0.2mn0.3o2)、导电炭黑、碳纳米管、可膨胀石墨、聚偏氟乙烯按照93：1.5：1：2：2.5比例混合，并添加上述粉料50％的n-n-二甲基吡咯烷酮搅拌均匀形成正极浆液，均匀涂覆在16um厚的铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极极片；(2)负极极片：将人造石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照95：1：1.7：2.3比例，并添加上述粉料80％去离子水搅拌均匀形成负极浆液，均匀的涂覆在10um厚的负极集流体铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极极片；(3)准备隔膜：隔膜采用厚度为20微米的微孔复合膜，透气度236cm3/sec，孔隙率41％；(4)准备电解液：电解液采用1.20mol/l的六氟磷酸锂溶解到碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的重量比为(31:46:7.5)；(5)准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成37ah锂离子动力电池。实施例2一种高安全性电池，该高安全性电池由包括如下步骤的制备方法制得：(1)正极极片：将三元材料(ni0.6co0.2mn0.2o2)、导电炭黑、碳纳米管、可膨胀石墨、聚偏氟乙烯按照91.5：1.5：1：3.5：2.5比例混合，并添加上述粉料40％n-n-二甲基吡咯烷酮搅拌均匀形成正极浆液，均匀涂覆在铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极极片；(2)负极极片：将人造石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照95：1：1.7：2.3比例，并添加上述粉料60％去离子水搅拌均匀形成负极浆液，均匀的涂覆在负极集流体铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极极片；(3)准备隔膜：隔膜采用厚度为20微米的微孔复合膜，透气度236cm3/sec，孔隙率41％；(4)准备电解液：电解液采用1.20mol/l的六氟磷酸锂溶解到碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的重量比为(31:46:7.5)；(5)准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成37ah锂离子动力电池。实施例3一种高安全性电池，该高安全性电池由包括如下步骤的制备方法制得：(1)正极极片：将三元材料(ni0.8co0.1mn0.1o2)、导电炭黑、碳纳米管、可膨胀石墨、聚偏氟乙烯按照90：1.5：1：5：2.5比例混合，并添加上述粉料40％n-n-二甲基吡咯烷酮搅拌均匀形成正极浆液，均匀涂覆在铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极极片；(2)负极极片：将人造石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照95：1：1.7：2.3比例，并添加上述粉料60％去离子水搅拌均匀形成负极浆液，均匀的涂覆在负极集流体铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极极片；(3)准备隔膜：隔膜采用厚度为20微米的微孔复合膜，透气度236cm3/sec，孔隙率41％；(4)准备电解液：电解液采用1.20mol/l的六氟磷酸锂溶解到碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的重量比为(31:46:7.5)；(5)准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成37ah锂离子动力电池。实施例4一种高安全性电池，该高安全性电池由包括如下步骤的制备方法制得：(1)正极极片：三元材料(ni0.5co0.2mn0.3o2)、导电炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯按照95：1.5：1：2.5比例混合，并添加上述粉料40％n-n-二甲基吡咯烷酮搅拌均匀形成正极浆液，均匀涂覆在铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极极片；(2)负极极片：将人造石墨、导电炭黑、可膨胀石墨、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照91：1：4：1.7：2.3比例，并添加上述粉料60％去离子水搅拌均匀形成负极浆液，均匀的涂覆在负极集流体铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极极片；(3)准备隔膜：隔膜采用厚度为20微米的微孔复合膜，透气度236cm3/sec，孔隙率41％；(4)准备电解液：电解液采用1.20mol/l的六氟磷酸锂溶解到碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的重量比为(31:46:7.5)；(5)准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成37ah锂离子动力电池。实施例5一种高安全性电池，该高安全性电池由包括如下步骤的制备方法制得：(1)正极极片：三元材料(ni0.6co0.2mn0.2o2)、导电炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯按照95：1.5：1：2.5比例混合，并添加上述粉料40％n-n-二甲基吡咯烷酮搅拌均匀形成正极浆液，均匀涂覆在铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极极片；(2)负极极片：将人造石墨、导电炭黑、可膨胀石墨、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照90：1：5：1.7：2.3比例，并添加上述粉料60％去离子水搅拌均匀形成负极浆液，均匀的涂覆在负极集流体铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极极片；(3)准备隔膜：隔膜采用厚度为20微米的微孔复合膜，透气度236cm3/sec，孔隙率41％；(4)准备电解液：电解液采用1.20mol/l的六氟磷酸锂溶解到碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的重量比为(31:46:7.5)；(5)准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成37ah锂离子动力电池。实施例6一种高安全性电池，该高安全性电池由包括如下步骤的制备方法制得：(1)正极极片：三元材料(ni0.8co0.1mn0.1o2)、导电炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯按照90：1.5：1：2.5比例混合，并添加上述粉料40％n-n-二甲基吡咯烷酮搅拌均匀形成正极浆液，均匀涂覆在铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极极片；(2)负极极片：将人造石墨、导电炭黑、可膨胀石墨、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照90：1：7：1.7：2.3比例，并添加上述粉料60％去离子水搅拌均匀形成负极浆液，均匀的涂覆在负极集流体铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极极片；(3)准备隔膜：隔膜采用厚度为20微米的微孔复合膜，透气度236cm3/sec，孔隙率41％；(4)准备电解液：电解液采用1.20mol/l的六氟磷酸锂溶解到碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的重量比为(31:46:7.5)；(5)准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成37ah锂离子动力电池。实施例7一种高安全性电池，该高安全性电池由包括如下步骤的制备方法制得：(1)涂层铝箔：采用5％聚丙烯酸酯、8％导电炭黑、92％可膨胀石墨，以上述粉料70％的去离子水作为溶剂，搅拌均匀后涂布在正极集流体铝箔上，烘干后得涂层铝箔，涂层单面厚度3-5um；(2)正极极片：将三元材料(ni0.8co0.1mn0.1o2)、导电炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯按照95：1.5：1：2.5比例，并添加上述粉料40％的n-n-二甲基吡咯烷酮搅拌均匀形成正极浆液，均匀涂覆在步骤(1)中的涂层铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极极片；(3)负极极片：将人造石墨、导电炭黑sp、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照95：1：1.7：2.3比例，并添加上述粉料60％的去离子水搅拌均匀形成负极浆液，均匀的涂覆在10um厚的普通负极集流体铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极极片；(4)准备隔膜：隔膜采用厚度为20微米的微孔复合膜，透气度236cm3/sec，孔隙率41％；(5)准备电解液：电解液采用1.20mol/l的六氟磷酸锂溶解到碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的重量比为(31:46:7.5)；(6)准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成37ah锂离子动力电池。实施例8一种高安全性电池，该高安全性电池由包括如下步骤的制备方法制得：(1)涂层铜箔：采用5％聚偏氟乙烯、8％导电炭黑、92％可膨胀石墨，以上述粉料70％的n-n-二甲基吡咯烷酮溶剂，搅拌均匀后涂布在负极集流体铜箔上，烘干后得涂层铜箔，涂层单面厚度3-5um；(2)正极极片：将三元材料(ni0.8co0.1mn0.1o2)、导电炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯按照95：1.5：1：2.5比例，并添加上述粉料40％的n-n-二甲基吡咯烷酮搅拌均匀形成正极浆液，均匀涂覆在16um厚的普通铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极极片；(3)负极极片：将人造石墨、导电炭黑、可膨胀石墨、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照91：1：4：1.7：2.3比例，并添加。。。的去离子水搅拌均匀形成负极浆液，均匀的涂覆在步骤(1)的涂层铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极极片；(4)准备隔膜：隔膜采用厚度为20微米的微孔复合膜，透气度236cm3/sec，孔隙率41％；(5)准备电解液：电解液采用1.20mol/l的六氟磷酸锂溶解到碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的重量比为(31:46:7.5)；(6)准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成37ah锂离子动力电池。对比例1一种电池，该高安全性电池由包括如下步骤的制备方法制得：(1)正极极片：三元材料(ni1/3co1/3mn1/3o2)、导电炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯按照95：1.5：1：2.5比例混合，并添加上述粉料40％n-n-二甲基吡咯烷酮搅拌均匀形成正极浆液，均匀涂覆在16um铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极极片；(2)负极极片：将人造石墨、导电炭黑、可膨胀石墨、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照95：1：1.7：2.3比例，并添加上述粉料60％去离子水搅拌均匀形成负极浆液，均匀的涂覆在负极集流体铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极极片；(3)准备隔膜：隔膜采用厚度为20微米的微孔复合膜，透气度236cm3/sec，孔隙率41％；(4)准备电解液：电解液采用1.20mol/l的六氟磷酸锂溶解到碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的重量比为(31:46:7.5)；(5)准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，制成37ah锂离子动力电池。对比例2一种电池，该高安全性电池由包括如下步骤的制备方法制得：(1)正极极片：将三元材料(ni0.8co0.1mn0.1o2)、导电炭黑、碳纳米管、聚偏氟乙烯按照95：1.5：1：2.5比例，并添加上述粉料40％n-n-二甲基吡咯烷酮搅拌均匀形成正极浆液，均匀涂覆在16um厚的普通铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极极片；(2)负极极片：将人造石墨、导电炭黑、可膨胀石墨、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶按照95：1：1.7：2.3比例，并添加上述粉料60％去离子水搅拌均匀形成负极浆液，均匀的涂覆在负极10um集流体铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极极片；(3)准备隔膜：隔膜采用厚度为20微米的微孔复合膜，透气度236cm3/sec，孔隙率41％；(4)准备电解液：电解液采用1.20mol/l的六氟磷酸锂溶解到碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的重量比为(31:46:7.5)；将上述实施例1-8和对比例1-2制得的电池各取5只测定25℃能量密度。测定方法为：在25℃下将电流以37a恒定电流充电至上限电压，然后转恒压充电，截至电流1850ma；搁置10分钟，以37a恒定电流放电至下限电压，得到电池的放电容量；搁置10分钟后，重复上述步骤3次，计算3次放电容量平均值。使用精度为0.1g的电子天平称量不同类型电池的重量。按照下式计算25℃电池能量密度：电池能量密度＝放电平均容量×3.65v/电池重量。电池能量密度测试结果见表1。从表1中可知，实施例1-8电池能量较高，密度为185-220wh/kg，而对比例1电池能量密度为168wh/kg。实施例的能量密度远远优于对比例1。安全针刺性能测试：将上述实施例1-8和对比例1-2制得的电池各取10只测试单只电池针刺安全实验。测定方法为：将单只电池充电至100％soc，然后使用直径为5mm的钢针以25mm/min速度垂直穿透电芯中心(钢针停留在电芯中300s)。安全性能测试结果见表1。从表中可知，实施例电池不冒烟、不起火，但是对比例1-2，5只电池未出现起火状况。这说明采用此发明制作的电池针刺安全性得到了很大的提高表1是对比例和实施例的单只电池针刺安全测试结果。检测项目电池能量密度(wh/kg)单只电池针刺现象对比例11685只电池均起火对比例22155只电池均起火、爆炸实施例11855只电池均不冒烟，不起火实施例22035只电池均不冒烟，不起火实施例32205只电池均不冒烟，不起火实施例41855只电池均不冒烟，不起火实施例52035只电池均不冒烟，不起火实施例62205只电池均不冒烟，不起火实施例72185只电池均不冒烟，不起火实施例82165只电池均不冒烟，不起火所述的新型涂层电芯的循环性能测试：将上述实施例7-8和对比例2制得的电池各取1只测试单只电池的高温循环寿命。测试方法为：在(45±2)℃烘箱里，以1c/1c条件进行循环测试，充放电截止条件为4.15v，0.05c和2.75v。电芯循环结果见表2。从图1可以看出，对比例2的循环寿命约为1500周@80％容量保持率(图上数据为1479周@81％容量保持率)，实施例7-8的循环寿命约为2000周@80％容量保持率(图上数据为实施例7为1661周@84％容量保持率，实施例8为1481周@85.7％容量保持率)。可见，本发明中的涂层对电池的循环寿命有明显改善。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12