一种具有较高安全性锂离子电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电池技术领域，特别是一种基于聚酰胺亚胺隔膜的锂离子电池。
【背景技术】
[0002] 化学电源在世界能源领域已具有举足轻重的地位，其中锂离子二次电池由于具有 电压高、体积小、能量密度大、循环性能好、自放电效率低、无记忆效应等优点，已广泛应用 于移动电话、笔记本电脑、便携式摄像机、电动工具、非便携式的医疗器具(如电子起搏器） 中，同时也逐渐运用到军事、太空等方面。
[0003] 锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜组成。隔膜作为锂离子电池的一个 重要的组成部分，其主要作用是将电池的正、负极隔开，防止两极直接接触而发生短路；此 夕卜，还应具有使离子自由通过的功能。目前作为锂离子电池隔膜材料的主流产品是以美国 Celgard和日本UBE为代表的经双向精密拉伸的聚乙烯（PE)，聚丙烯（PP)微孔薄膜和聚丙 烯/聚乙烯/聚丙烯（PP/PE/PP)三层微孔复合膜，孔隙率在40%左右，厚度25?40 y m。 然而，聚烯烃隔膜的安全性较差，在电池温度超过70°C，隔膜微孔就会关闭，影响电池的正 常工作，当电池温度超过150°C时，隔膜会熔化，造成正负极片直接接触从而导致电池短路， 可能引起起火或者爆炸，会导致严重安全性问题。
[0004] 聚酰亚胺隔膜(简称PI隔膜)由均苯四甲酸二酐（PMDA)和二胺基二苯醚（DDE)在 强极性溶剂中经缩聚并流延成膜再经亚胺化而成。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：提供一种高安全性能的锂离子电池，克服现有的锂 离子电池安全性差的问题。
[0006] 本发明的技术方案是：一种具有较高安全性锂离子电池，正极浆料的重量百分比 范围：正极材料：85%?95%，正极导电剂：5%?10%，正极粘结剂：3%?8%;负极浆料的重量 百分比范围：负极材料：88%?95%，负极导电剂：6%?10%，负极粘结剂：4%?8%;隔膜为聚 酰亚胺隔膜。
[0007] 所述的隔膜厚度为20?40 U m。
[0008]正极材料为钴酸锂，正极导电剂为碳黑、石墨、碳纳米管、乙炔黑中的一种或几种， 正极粘结剂为PVDF。
[0009]负极材料为天然石墨、中间相炭微球、聚合物炭中的一种或几种混合物，负极导电 剂为碳黑、石墨、碳纳米管、乙炔黑中的一种或几种混合物；负极粘结剂为羧甲基纤维素钠、 SBR橡胶中的一种或几种混合物。
[0010] 一种具有较高安全性锂离子电池的制备方法，正极材料、正极粘结剂与正极导电 剂混合成料浆后，在金属集流体上采用双面涂覆工艺，涂布温度为90?145°C，涂布速度： 1?3m/min，极片干燥后，经棍压后形成厚度为100?150iim的极片，压实密度3. 0?3. 8g/ cm3,上述正极片与盖板接触；负极材料、负极粘结剂与负极导电剂混合成料浆后，在金属集 流体上采用双面涂覆工艺，涂布温度为90?145°C，涂布速度：1?3m/min，极片干燥后，经 辊压后形成厚度为90?130 y m的极片，压实密度1. 2?1. 7g/cm3,上述负极片与壳体接触； 电池负极、隔膜和正极进行卷绕，将卷绕成长方形的电池芯用绝缘的包覆膜包覆，插入电池 壳体，正极铝极耳与电池铝盖板接触，负极镍极耳与电池壳体接触，向电池壳体内注入电解 质溶液。
[0011] 所述电解液由电解质和溶剂组成，其中电解质为六氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂、高 氯酸锂中的一种或几种；溶剂是碳酸二甲脂、碳酸乙烯脂、碳酸丙烯脂中的一种或几种。
[0012] 本发明的有益效果： 1.使用的原材料和普通锂离子电池相同，不会增加额外的成本。
[0013] 2.本发明工艺简单、容易控制和操作，安全性和稳定性好，易实现工业化规模生 产。
[0014] 3.本发明电池具有良好的电化学性能和加工性能。
[0015] 4.本发明电池结构稳定，与电解液相容性较好，具有良好的循环使用性。
[0016] 5.锂离子电池具有较高的安全性，适用于对电池要求性高的领域，具有广阔的应 用前景。
[0017] 聚酰亚胺隔膜具有优良的耐高低温性、电气绝缘性、粘结性、耐辐射性、耐介质性， 能在一 269?280°C的温度范围内长期使用，短时可达到400°C的高温。20°C时拉伸强度为 200MPa，200°C时大于lOOMPa。因此，用PI隔膜做锂电池的隔膜，在电池温度较高时，不会发 生隔膜的收缩损坏，从而可以提高锂离子电池的安全性。本发明所生产的锂离子电池具有 较高的安全性， 可以广泛应用于对安全性要求较高的领域，包括电动汽车、电动摩托车、电动自行车、 电动玩具、数码相机、摄像机、笔记本电脑、移动电话、智能芯片等在内的各种用电器。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的锂离子电池的外形图； 图2为本发明的锂离子电池的倍率放电曲线； 图3为本发明的锂离子电池的循环曲线； 图4为本发明的锂离子电池的温度一电压曲线。
【具体实施方式】
[0019] 下面将结合具体实施例对本发明做进一步详细说明： 如附图1所示，本发明它包括正极片1、负极片2,隔膜3、包覆膜4、壳体5、正极铝极耳 6,盖板7、负极镍极耳8。将正极片、负极片、隔膜卷绕成电芯，并用胶带粘好，将粘好胶带的 电池芯沿长边装入金属电池壳5中，包覆膜将电芯进行包覆，和金属壳体5绝缘，将电芯的 正极铝极耳与盖板焊接，负极镍极耳与壳体焊接，采用激光焊将金属壳体与盖板焊接，焊接 完后加注电解液、化成，得到具有高安全性的锂离子电池。
[0020] 实施例1 1.钴酸锂（91.5% )、导电炭黑（(3%)、碳纳米管（2%)、PVDF(3. 5%)混合研磨、烘干预 混、制成正极粉末。将混好的正极粉末与丙烯酸类聚合物（(5%)的去离子水混合，制成浆 料，粘度在7000?9000mPaS之间，将浆料涂覆于铝箔的两面，在130°C下干燥后，辊压，经辊 压后形成厚度为125 pm的极片，其压实密度为3. 5g/cm3,得到正极极片。
[0021] 2.天然石墨（93%)、导电碳黑（3%)与含有羧甲基纤维素纳（1.5%)、丁苯橡胶 (2. 5%)粘结剂的去离子水混合，制成浆料，粘度在3500?5000mPaS之间，将浆料均匀地涂 覆于铜箔的两面，在120°C下干燥后，辊压，经辊压后形成厚度为105 y m的极片，其压实密 度为1.5g/cm3,得到负极片。将上述正、负极片进行裁减。
[0022] 3.电池极片具体尺寸如下： 正极极片尺寸（mm) =600X55X0. 125 负极极片尺寸（mm) :640X 57X0. 105 隔膜尺寸（mm ) : 1650X61X0. 025 4. 将负极、隔膜、正极、卷绕成长方形电芯，将该电池经过极耳焊接后在90°C真空干燥 24小时，其中正极铝极耳与电池铝盖板接触，负极镍极耳与电池壳体接触。 5. 在干燥房中加入电解液，注入电解液为lmol/L LiPF6/EC+DMC+EMC(体积比1:1:1)、 体积为17ml。
[0023] 6.电池经45 °C，24h老化后，进行化成，化成后进行倍率试验，循环试验，安全性试 验。
[0024] 7.电池进行针刺时，电池安全阀冲开，电池温度上升，最高达到312°C，电池不燃 烧，不爆炸。
[0025] 如附图2所示，实施例1制备锂离子电池的倍率放电曲线； 如附图3所示，实施例1制备锂离子电池的循环曲线； 如附图4所示，实施例1制备锂离子电池的温度一电压曲线。
【主权项】
1. 一种具有较高安全性裡离子电池，其特征在于：正极浆料的重量百分比范围：正极 材料；85%?95%，正极导电剂；5%?10%，正极粘结剂；3%?8% ;负极浆料的重量百分比范 围：负极材料；88%?95%，负极导电剂；6%?10%，负极粘结剂；4%?8% ;隔膜为聚醜亚胺隔 膜。
2. 根据权利要求1所述的一种具有较高安全性裡离子电池，其特征在于：所述的隔膜 厚度为20?40。
3. 根据权利要求1所述的一种具有较高安全性裡离子电池，其特征在于：正极材料为 钻酸裡，正极导电剂为碳黑、石墨、碳纳米管、己快黑中的一种或几种，正极粘结剂为PVDF。
4. 根据权利要求1所述的一种具有较高安全性裡离子电池，其特征在于：负极材料为 天然石墨、中间相炭微球、聚合物炭中的一种或几种混合物，负极导电剂为碳黑、石墨、碳纳 米管、己快黑中的一种或几种混合物；负极粘结剂为駿甲基纤维素轴、SBR橡胶中的一种或 几种混合物。
5. 如权利要求1-4之一所述的一种具有较高安全性裡离子电池的制备方法，其特征 在于：正极材料、正极粘结剂与正极导电剂混合成料浆后，在金属集流体上采用双面涂覆 工艺，涂布温度为90?145°C，涂布速度；1?3m/min，极片干燥后，经親压后形成厚度为 100?ISOym的极片，压实密度3. 0?3. 8g/cm3,上述正极片与盖板接触；负极材料、负极 粘结剂与负极导电剂混合成料浆后，在金属集流体上采用双面涂覆工艺，涂布温度为90? 145。涂布速度；1?3m/min，极片干燥后，经親压后形成厚度为90?130 y m的极片，压实 密度1. 2?1. 7g/cm3,上述负极片与壳体接触；电池负极、隔膜和正极进行卷绕，将卷绕成 长方形的电池芯用绝缘的包覆膜包覆，插入电池壳体，正极铅极耳与电池铅盖板接触，负极 媒极耳与电池壳体接触，向电池壳体内注入电解质溶液。
6. 根据权利要求5所述的一种具有较高安全性裡离子电池的制备方法，其特征在于： 所述电解液由电解质和溶剂组成，其中电解质为六氣磯酸裡、H氣甲基賴酸裡、高氯酸裡中 的一种或几种；溶剂是碳酸二甲脂、碳酸己帰脂、碳酸丙帰脂中的一种或几种。
【专利摘要】本发明公开了一种具有较高安全性锂离子电池，其特征在于：正极浆料的重量百分比范围：正极材料：85%～95%，正极导电剂：5%～10%，正极粘结剂：3%～8%；负极浆料的重量百分比范围：负极材料：88%～95%，负极导电剂：6%～10%，负极粘结剂：4%～8%；隔膜为聚酰亚胺隔膜。聚酰亚胺隔膜具有较高的耐温性能，能在－269℃～280℃的温度范围内长期使用，短时可达到400℃的高温。使用聚酰亚胺作为锂离子电池的隔膜，不仅使电池具有较好的倍率性能，循环性能，还能提高锂离子电池的安全性。
【IPC分类】H01M2-16, H01M10-0525
【公开号】CN104538668
【申请号】CN201410816290
【发明人】乐红春, 王庆杰, 魏俊华, 陈铤, 石斌, 赵洪楷, 万伟华
【申请人】贵州梅岭电源有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月25日