一種正極添加納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑的安全鋰離子電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，特別涉及一種正極添加納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑的安全鋰離子電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其在電動(dòng)自行車(chē)和新能源汽車(chē)有著廣泛的應(yīng)用前景，隨著行業(yè)的發(fā)展，對(duì)鋰電池的性能要求越來(lái)越高。安全性問(wèn)題是高容量及動(dòng)力型鋰離子電池商業(yè)化推廣的主要制約因素，特別是在濫用條件下(如加熱、過(guò)充、過(guò)放、短路、振動(dòng)、擠壓等)會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱、著火、乃至爆炸，嚴(yán)重的還會(huì)造成人員傷亡等事件。鋰離子電池出現(xiàn)安全事故，主要是由電極和電解液間的化學(xué)反應(yīng)引起。電解液的溶劑為有機(jī)碳酸酯類(lèi)化合物，它們具有高活性，極易燃燒。處于充電態(tài)的電池正極材料為強(qiáng)氧化性化合物，同時(shí)處于充電態(tài)的負(fù)極材料為強(qiáng)還原性化合物。在濫用情況下，如過(guò)充、過(guò)熱和短路等，高氧化性正極材料穩(wěn)定性通常較差，易釋放出氧氣，而碳酸酯極易與氧氣反應(yīng)，放出大量的熱和氣體；產(chǎn)生的熱量會(huì)進(jìn)一步加速正極的分解，產(chǎn)生更多的氧氣，促進(jìn)更多放熱反應(yīng)的進(jìn)行；同時(shí)強(qiáng)還原性的負(fù)極的活潑性接近金屬鋰，與氧接觸會(huì)立即燃燒并引燃電解液、隔膜等。目前對(duì)鋰離子電池安全性的研宄多對(duì)外部電路添加保護(hù)措施，不能從根本上解決問(wèn)題。而從電池的自身內(nèi)部材料考慮的解決辦法還處在探索中，主要集中在電解液中阻燃添加劑的研宄應(yīng)用，關(guān)于電池活性材料中添加阻燃劑的研宄，專(zhuān)利CN101252189公開(kāi)了一種在鋰離子電池電極活性物質(zhì)中摻雜聚磷酸銨的技術(shù)，該技術(shù)可使極片在循環(huán)過(guò)程中形成結(jié)果完整、均勻、致密的SEI膜，從而降低高溫下SEI膜分解及放熱反應(yīng)發(fā)生幾率，但是一旦SEI膜熱分解，熱失控還是無(wú)可避免，同時(shí)聚磷酸銨也是一種成本較高的阻燃添加劑，。目前的研宄也未見(jiàn)有在正極極片中添加廉價(jià)且高效的樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種正極添加納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑的安全鋰離子電池，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，在正極極片中添加納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑，納米級(jí)的樹(shù)脂與正極顆粒均勻混合，一方面可以吸熱，抑制高氧化性正極材料的吸熱析氧，另一方面吸熱后樹(shù)脂軟化后包覆在正極材料表面，起到隔絕作用，切斷離子和電子通道，從而提高了電池的安全性。
[0004]一種正極添加納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑的安全鋰離子電池，電池結(jié)構(gòu)包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液四大主要材料，正極材料中添加了納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑，其中，固體阻燃劑為苯基硅樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂中的至少一種或苯基硅樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂中的至少一種與聚磷酸銨和/或四溴雙酚A組成的混合物；正極材料為鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、三元鎳鈷錳、磷酸鐵鋰、釩酸鋰及其上述摻雜化合物中的至少一種；負(fù)極材料為可脫嵌鋰的碳材料、碳合金材料、鈦酸鋰、娃基材料及其上述負(fù)極材料添加上述固體阻燃劑中的至少一種；隔膜為普通PP隔膜、PE隔膜或多層復(fù)合隔膜、陶瓷隔膜、無(wú)紡布隔膜中的至少一種；電解液為碳酸酯電解液或?yàn)樽枞夹碗娊庖骸?br>[0005]作為優(yōu)選，正極材料中添加的納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑質(zhì)量百分占比為0.1% -10% ；
[0006]作為優(yōu)選，正極材料中添加的納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑的粒徑為lnm-500nm ;
[0007]作為優(yōu)選，電池為軟包裝形式或膠殼形式或金屬殼形式；
[0008]作為優(yōu)選，正極材料中還添加有導(dǎo)電劑、粘接劑和溶劑；
[0009]作為優(yōu)選，導(dǎo)電劑為Super P ；
[0010]作為優(yōu)選，粘結(jié)劑為PVDF ；
[0011]一種正極添加納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑的安全鋰離子電池的制備方法:包括以下步驟:
[0012]I)將正極材料與固體阻燃劑、導(dǎo)電劑、粘接劑、溶劑按一定的配比混合配漿；
[0013]2)將正極漿料涂布、制片得到正極片；
[0014]3)將正極片與負(fù)極片進(jìn)行疊片得到電池電芯；
[0015]4)將電芯入殼，注入電解液后進(jìn)行化成分容后，得到一種添加了固體阻燃劑的安全鋰離子電池。
[0016]作為優(yōu)選，所述配比為90:2:4:4:100。
[0017]電池在濫用(如加熱、過(guò)充、過(guò)放、短路、振動(dòng)、擠壓等)或者異常(內(nèi)部短路等)條件下會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱、著火甚至爆炸，這跟電池內(nèi)部的反應(yīng)有著直接的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，鋰離子電池出現(xiàn)安全事故，主要是由電極和電解液間的化學(xué)反應(yīng)引起。電解液的溶劑為有機(jī)碳酸酯類(lèi)化合物，它們具有高活性，極易燃燒。處于充電態(tài)的電池正極材料為強(qiáng)氧化性化合物，同時(shí)處于充電態(tài)的負(fù)極材料為強(qiáng)還原性化合物。在濫用情況下，如過(guò)充、過(guò)熱和短路等，高氧化性正極材料穩(wěn)定性通常較差，易釋放出氧氣，而碳酸酯極易與氧氣反應(yīng)，放出大量的熱和氣體；產(chǎn)生的熱量會(huì)進(jìn)一步加速正極的分解，產(chǎn)生更多的氧氣，促進(jìn)更多放熱反應(yīng)的進(jìn)行；同時(shí)強(qiáng)還原性的負(fù)極的活潑性接近金屬鋰，與氧接觸會(huì)立即燃燒并引燃電解液、隔膜等。我們通過(guò)在正極中添加了納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑，在出現(xiàn)內(nèi)部熱失控時(shí)，樹(shù)脂類(lèi)阻燃劑首先吸熱，這樣可以抑制處于高氧化態(tài)的正極材料吸熱放氧，另一方面阻燃劑吸熱后軟化溶解包覆在正極材料表面，起到隔絕作用，切斷離子和電子通道，延緩甚至阻止電池內(nèi)部的進(jìn)一步連鎖反應(yīng)導(dǎo)致的熱失控，保證電池的安全性。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0019]本發(fā)明的一種正極添加納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑的鋰離子電池從根本上解決正極材料組分的不穩(wěn)定性，從而提高了電池的安全性。
[0020]同時(shí)，本發(fā)明的鋰離子電池原料成本較低，制備工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，易于工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0021]以下，結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案，其中:
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1及對(duì)比例I三元鎳鈷錳電池1C10V充電電壓容量曲線圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2及對(duì)比例2鈷酸鋰電池針刺后圖片；
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體的實(shí)施例，并參照數(shù)據(jù)進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例只是為了舉例說(shuō)明本發(fā)明，而非以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]一種正極添加納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑的安全鋰離子電池，電池結(jié)構(gòu)包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液四大主要材料，正極材料中添加了納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑，其中，固體阻燃劑為苯基硅樹(shù)脂；正極材料為三元鎳鈷錳；負(fù)極材料為可脫嵌鋰的碳材料；隔膜為普通PP隔膜；電解液為碳酸酯電解液；納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑的粒徑為50nm ;
[0027]其制備方法:包括以下步驟:
[0028]I)將正極三元鎳鈷錳材料與固體阻燃添加劑苯基硅樹(shù)脂、導(dǎo)電劑Super P、粘接劑PVDF、溶劑按90:2:4:4:100的配比混合配漿；
[0029]2)將正極漿料涂布、制片得到正極片；
[0030]3)將正極片與負(fù)極片進(jìn)行疊片得到20Ah電池電芯；
[0031]4)將電芯入殼，注入碳酸酯電解液后進(jìn)行化成分容后，得到添加了固體阻燃劑的三元鎳鈷錳鋰離子電池。
[0032]實(shí)施例2:
[0033]一種正極添加納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑的安全鋰離子電池，電池結(jié)構(gòu)包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液四大主要材料，正極材料中添加了納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑，其中，固體阻燃劑為苯基硅樹(shù)脂；正極材料為鈷酸鋰；負(fù)極材料為可脫嵌鋰的碳材料；隔膜為普通PP隔膜；電解液為碳酸酯電解液；納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑的粒徑為10nm。
[0034]其制備方法:包括以下步驟:
[0035]I)將正極鈷酸鋰材料與苯基硅樹(shù)脂、導(dǎo)電劑Super P、粘接劑PVDF、溶劑按90:2:4:4:100的配比混合配漿；
[0036]2)將正極漿料涂布、制片得到正極片；
[0037]3)將正極片與負(fù)極片進(jìn)行疊片得到1Ah電池電芯；
[0038]4)將電芯入殼，注入碳酸酯電解液后進(jìn)行化成分容后，得到添加了固體阻燃劑的鈷酸鋰鋰離子電池。
[0039]實(shí)施例3:
[0040]一種正極添加納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑的安全鋰離子電池，電池結(jié)構(gòu)包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液四大主要材料，正極材料中添加了納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑，其中，固體阻燃劑為環(huán)氧樹(shù)脂；正極材料為鎳酸鋰；負(fù)極材料為碳合金材料；隔膜為PE隔膜；電解液為阻燃型電解液；納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑的粒徑為30nm。
[0041]其制備方法:包括以下步驟:
[0042]I)將正極鎳酸鋰材料與固體阻燃添加劑環(huán)氧樹(shù)脂、導(dǎo)電劑Super P、粘接劑PVDF、溶劑按90:2:4:4:100的配比混合配漿；
[0043]2)將正極漿料涂布、制片得到正極片；
[0044]3)將正極片與負(fù)極片進(jìn)行疊片得到20Ah電池電芯；
[0045]4)將電芯入殼，注入阻燃型電解液后進(jìn)行化成分容后，得到添加了固體阻燃劑的鎳酸鋰鋰離子電池。
[0046]實(shí)施例4:
[0047]一種正極添加納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑的安全鋰離子電池，電池結(jié)構(gòu)包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液四大主要材料，正極材料中添加了納米樹(shù)脂類(lèi)固體阻燃劑，其中，固體阻燃劑為酚醛樹(shù)脂；正極材料為三元鎳鈷錳；負(fù)極材料為