一种高安全正极极片及其制备方法和应用与流程

本发明涉及锂离子电池领域，涉及一种锂离子电池高安全正极极片及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池经过近些年的发展，其安全可靠性逐步提高，但电池起火、爆炸事故仍然时有发生，给使用者造成财产损失、甚至人身伤害。锂电池滥用是导致起火爆炸的重要原因。锂电池的滥用主要分为三类：热滥用、电滥用和机械滥用，其中机械滥用主要有挤压、碰撞、穿刺等方式，而穿刺又是最严重的机械滥用方式之一。ncm三元锂电池由于化学体系稳定性相对(lfp)较差，针刺时极易失效，导致起火燃烧，目前市面上的三元锂离子电池多数无法通过针刺测试。三元锂电池预防机械滥用的思路主要在于提升模组pack的安全可靠性，电芯极片层级的安全改善方案相对较少。

2、目前catl有类似的安全极片方案，如在集流体上附加一层pet膜，提升极片的机械强度，使电芯被穿透时，满充阳极不会直接接触铝箔，缓和电芯穿刺后的热失控程度。或者在集流体上涂一层热敏材料，在短路时电阻变大，阻止发生进一步的热失控。

3、cn109755462a公开了一种正极极片、电化学装置及安全涂层，正极极片包括集流体、正极活性材料层和设置于集流体与正极活性材料层之间的安全涂层，所述安全涂层包含聚偏氟烯烃和/或聚偏氯烯烃高分子基体、导电材料和无机填料。该正极极片可以在电化学装置(例如电容器、一次电池或二次电池等)处于高温条件或发生内短路时迅速断开电路，从而改善电化学装置的高温安全性。但是高分子基体的在高温下发生短路时的相应速度与阻断电流效果一般，而且成本较高，制备难度大，优率低，需要进一步改善。

4、cn110611076a公开了一种锂离子电池正极极片及其制备方法，包括集流体和涂覆在集流体上的涂层，所述涂层靠近所述集流体的部分导电剂的含量大于远离所述集流体部分导电剂的含量。由于靠近集流体的部分导电剂含量大，其导电性较所述远离集流体部分大，从而大大提高了涂层中活性物质与集流体之间的导电性，减小了电池的内阻，从而提高了电池的倍率性能和循环性能。虽然提高了电池的循环性能，但是对电池安全性能的提升并没有起到效果。

5、cn205900697u公开了一种高安全高功率锂离子电池正极极片，包括集流体铝箔、导电碳层、ptc涂层、活性物质涂层，集流体铝箔位于两层导电碳层之间，两层导电碳层分别位于集流体铝箔和一层ptc涂层之间，两层ptc涂层分别位于一层导电碳层和一层活性物质涂层之间，两层活性物质涂层分别位于两层ptc涂层外侧。可以实现大倍率充放电，仅仅是利用结构的优势，没有添加可添加的物质，对于电池安全性能还具有很大的提升空间。

6、如何低成本高工艺优率的制备一种高安全极片是本领域重要的研究方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低成本高工艺优率的高安全极片。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明目的之一在于提供一种正极极片，所述正极极片包括位于集流体表面的底涂涂层和位于所述底涂涂层表面的阴极活性涂层。

4、其中，所述底涂涂层的原料包括粘结剂、导电剂、磷酸铁锂和陶瓷颗粒。

5、本发明底涂涂层的原料廉价易得，包括通用的锂电原材料lfp、fb、ab、cnt、pvdf、paa、pva、pi、氧化物陶瓷等。极片的制备工艺简单，使用原有的锂电极片生产设备即可完成全部生产过程。电芯的安全性能大大提高。安全涂层在针刺测试时起到包覆作用，避免满充阳极与铝箔直接接触，同时形成大电阻，减缓电芯热失控。阴极活性涂层涂覆在安全涂层上，作为正极的主要构成。

6、作为本发明优选的技术方案，按照质量分数计所述底层涂层的原料包括40～60％粘结剂、10～20％导电剂、10～20％磷酸铁锂和10～20％陶瓷颗粒。

7、其中所述粘结剂的质量分数可以是40％、42％、44％、46％、48％、50％、52％、54％、56％、58％或60％等，其中所述导电剂的质量分数可以是10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％等，其中所述磷酸铁锂的质量分数可以是10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18、19％或20％等，其中所述陶瓷颗粒可以是10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％等，但不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。

8、优选地，所述底涂涂层的厚度为5～10μm，其中所述厚度可以是5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

9、作为本发明优选的技术方案，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯或聚酰亚胺中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有聚偏氟乙烯和聚丙烯酸酯的组合、聚丙烯酸酯和聚酰亚胺的组合或聚偏氟乙烯和聚酰亚胺的组合等。

10、优选地，所述导电剂包括sp-li、cnt、炭黑、乙炔黑或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有sp-li和cnt的组合、炭黑和乙炔黑的组合、cnt和石墨烯的组合或sp-li和石墨烯的组合等。

11、优选地，所述陶瓷颗粒包括氧化铝、二氧化钛或氧化铍中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有氧化铝和二氧化钛的组合、二氧化钛和氧化铍的组合、氧化铝和氧化铍的组合等。

12、作为本发明优选的技术方案，所述底涂涂层的原料还包括溶剂。

13、优选地，所述溶剂包括nmp。

14、优选地，按照质量分数计所述溶剂占原料总质量的82～87％，其中所述溶剂的质量分数可以是82％、83％、84％、85％、86％或87％等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

15、作为本发明优选的技术方案，所述集流体包括铝箔。

16、优选地，所述阴极活性涂层为正极浆料。

17、优选地，所述正极浆料包括磷酸铁锂正极浆料、三元正极浆料或钴酸锂正极浆料中的任意一种。

18、本发明的目的之二在于提供一种如目的之一所述的正极极片的制备方法，所述制备方法包括：

19、将粘结剂与溶剂进行第一混合，得到第一混合物料；

20、将导电剂、磷酸铁锂和陶瓷颗粒与所述第一混合物料进行第二混合，得到第二混合物料；

21、将所述第二混合物料涂覆于集流体表面，经干燥处理后得到底涂涂层；

22、将正极浆料涂覆于所述底涂涂层表面，经过干燥处理后得到所述正极极片。

23、作为本发明优选的技术方案，所述第一混合为第一真空搅拌。

24、优选地，所述第一真空搅拌的真空度为≤-80kpa，其中所述真空度可以是-80kpa、-85kpa、-90kpa、-95kpa或-100kpa等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

25、优选地，所述第一真空搅拌的搅拌速率为800～1300rmp，其中所述搅拌速率可以是800rmp、850rmp、900rmp、950rmp、1000rmp、1050rmp、1100rmp、1150rmp、1200rmp、1250rmp或1300rmp等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

26、优选地，所述第一真空搅拌的搅拌时间为25～35min，其中所述搅拌时间可以是25min、26min、27min、28min、29min、30min、31min、32min、33min、34min或35min等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

27、作为本发明优选的技术方案，所述第二混合为第二真空搅拌。

28、优选地，所述第二真空搅拌的真空度为≤-80kpa，其中所述真空度可以是-80kpa、-85kpa、-90kpa、-95kpa或-100kpa等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

29、优选地，所述第二真空搅拌的搅拌速率为其中所述搅拌速率可以是800rmp、850rmp、900rmp、950rmp、1000rmp、1050rmp、1100rmp、1150rmp、1200rmp、1250rmp或1300rmp等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

30、优选地，所述第二真空搅拌的搅拌时间为150～210min，其中所述搅拌时间可以是150min、155min、160min、165min、170min、175min、180min、185min、190min、195min、200min、205min或210min等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

31、作为本发明优选的技术方案，所述干燥处理的温度为90～150℃，其中所述温度可以是90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃或150℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

32、优选地，所述干燥处理的时间为3～8min，其中所述时间可以是3min、4min、5min、6min、7min或8min等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

33、本发明的目的之三在于提供一种如目的之一所述的正极极片的应用，所述正极极片应用于锂离子电池领域。

34、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

35、本发明制备的正极极片安全性能高，以ncm523为例，不使用本发明极片结构设计的电芯进行针刺实验，100％不通过；使用本发明正极极片设计的电芯，进行针刺测试，通过率达到70％以上。