1.本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改善鋰離子電池?zé)嵯湫阅艿姆椒案甙踩凿囯x子電池。

背景技術(shù)：

2.鋰離子電池作為一種綠色環(huán)保電池，具有高能量密度、高工作電壓、高安全性能和長(zhǎng)使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，鋰離子電池在進(jìn)行安全測(cè)試，如過(guò)充，擠壓、針刺過(guò)程中極易發(fā)生短路產(chǎn)生電火花而引燃電解液發(fā)生爆炸，存在很大的安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

3.為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種改善鋰離子電池?zé)嵯湫阅艿姆椒?，該方法為在鋰離子電池的正極漿料、和/或負(fù)極漿料中摻入低溫型可膨脹材料。當(dāng)電芯產(chǎn)熱達(dá)到一定溫度時(shí)，材料就會(huì)顯著膨脹，導(dǎo)致活性材料與集流體無(wú)法接觸，從而實(shí)現(xiàn)安全效果。

4.本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

5.一種改善鋰離子電池?zé)嵯湫阅艿姆椒ǎ摲椒樵阡囯x子電池的正極漿料、和/或負(fù)極漿料中摻入低溫型可膨脹材料。

6.所述低溫型可膨脹材料的膨脹溫度為110～130℃。當(dāng)電芯產(chǎn)熱達(dá)到110℃以上時(shí)，材料就會(huì)顯著膨脹，導(dǎo)致活性材料與集流體無(wú)法接觸，從而可以避免因發(fā)生短路產(chǎn)生電火花而引燃電解液發(fā)生爆炸，提高電池的安全性能。

7.所述低溫型可膨脹材料為可膨脹石墨，采用可膨脹石墨作為低溫型可膨脹材料，其既可在電池漿料中作為導(dǎo)電劑，同時(shí)當(dāng)電芯產(chǎn)熱達(dá)到一定溫度時(shí)，其就會(huì)顯著膨脹，導(dǎo)致活性材料與集流體無(wú)法接觸，從而可以避免因發(fā)生短路產(chǎn)生電火花而引燃電解液發(fā)生爆炸，提高電池的安全性能。

8.所述可膨脹石墨的膨脹溫度為120～130℃；優(yōu)選為125℃。如果其膨脹溫度過(guò)低而低于極片的烘烤及電芯的化成溫度的話，在制備電池的過(guò)程中其就會(huì)發(fā)生膨脹造成電芯不合格，而如果其膨脹溫度過(guò)高的話，在電池發(fā)生過(guò)熱時(shí)其不能有效膨脹來(lái)阻止活性材料與集流體接觸實(shí)現(xiàn)不了提高電池安全性的目的。

9.所述低溫型可膨脹材料的摻量為1～10％，優(yōu)選為2～5％。摻量過(guò)低在電池過(guò)熱時(shí)膨脹的程度較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)活性材料與集流體的有效分離，摻量過(guò)高的話活性材料的占比就會(huì)降低影響電池的性能且成本較高。

10.所述的摻量指的是低溫型可膨脹材料占漿料中固體原料總量的重量百分比。

11.所述低溫型可膨脹材料的制備方法，包括以下步驟：

12.(1)將高錳酸鉀的硝酸溶液和天然鱗片石墨顆粒按照質(zhì)量比2:1進(jìn)行攪拌混合，在28～32℃超聲40～60min，得預(yù)氧化石墨溶液；

13.(2)將無(wú)機(jī)酸加入到預(yù)氧化石墨溶液中，在28～32℃下攪拌反應(yīng)60～80min，得無(wú)機(jī)插層氧化石墨溶液；再加入冰醋酸，并于28～32℃攪拌反應(yīng)30～45min；所得的產(chǎn)物使用

去離子水洗至ph值為6，抽濾脫水，干燥；

14.(3)將步驟(2)得到的產(chǎn)物加入到插層強(qiáng)化劑水溶液中，并于28～32℃攪拌30～45min后靜置3～4h，而后用去離子水洗，抽濾脫水，干燥，得到顆粒較大且的可膨脹石墨；

15.(4)將步驟(3)中的可膨脹石墨置于氣流粉碎機(jī)，調(diào)整參數(shù)50hz，風(fēng)機(jī)出口0.5，循環(huán)剪切5分鐘，得到平均粒度為10μm的多元復(fù)合插層的低溫可膨脹石墨。

16.步驟(1)中，高錳酸鉀的硝酸溶液中高錳酸鉀和硝酸的重量比為1:30，硝酸的濃度為67％。

17.步驟(1)中，天然鱗片石墨是購(gòu)自青島德順坤石墨新材料有限公司的粒度為50～200μm的天然鱗片石墨顆粒。

18.步驟(2)中，無(wú)機(jī)酸的重量為預(yù)氧化石墨溶液重量的40％；冰醋酸的重量為預(yù)氧化石墨溶液重量的15％。

19.步驟(2)中，無(wú)機(jī)酸是濃硫酸和高氯酸按照重量比為1:3組成的混合酸液；所述濃硫酸濃度為98％；所述高氯酸的濃度為72％。

20.步驟(2)、步驟(3)中，所述干燥為48～52℃烘箱中干燥30～40min。

21.步驟(3)中，所述插層強(qiáng)化劑水溶液是正十六烷基三甲基溴化銨、溴化鉀和水按照重量百分比2.86％、1.90％、95.24％組成。

22.步驟(3)中，步驟(2)得到的產(chǎn)物與插層強(qiáng)化劑水溶液的重量比為1:1。

23.本發(fā)明提供的一種高安全性鋰離子電池，所述鋰離子電池的正極膜片中含有低溫型可膨脹材料。

24.本發(fā)明提供的一種高安全性鋰離子電池，所述鋰離子電池的負(fù)極膜片中含有低溫型可膨脹材料。

25.本發(fā)明提供的一種高安全性鋰離子電池，所述鋰離子電池的正極膜片和負(fù)極膜片中均含有低溫型可膨脹材料。

26.所述低溫型可膨脹材料的膨脹溫度為110～130℃。

27.所述低溫型可膨脹材料為可膨脹石墨，所述可膨脹石墨的膨脹溫度為120～130℃。

28.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

29.1.本發(fā)明提供的改善鋰離子電池?zé)嵯湫阅艿姆椒商岣唠姵氐陌踩阅?，其中?duì)熱濫用改善效果尤為顯著，可以推遲失效發(fā)生的溫度；

30.2.本發(fā)明通過(guò)在鋰離子電池的正極漿料、和/或負(fù)極漿料中摻入低溫型可膨脹材料可以顯著提高極片的導(dǎo)電性，可代替導(dǎo)電劑在電極材料中的使用；

附圖說(shuō)明

31.圖1為對(duì)比例1及實(shí)例1中的正極極片加熱之后的圖片；

32.圖2為對(duì)比例1及實(shí)例1中的正極極片加熱前后的膜片電阻；

33.圖3為對(duì)比例1及實(shí)例1中的負(fù)極極片加熱之后的圖片；

34.圖4為對(duì)比例1及實(shí)例2中的負(fù)極極片加熱前后的膜片電阻；

35.圖5為對(duì)比例1中電池的熱濫用曲線；

36.圖6為實(shí)例1中電池的熱濫用曲線；

37.圖7為實(shí)例2中電池的熱濫用曲線。

具體實(shí)施方式

38.下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

39.本發(fā)明各實(shí)施例使用的低溫型可膨脹石墨，按照下述制備方法進(jìn)行制備：

40.(1)將高錳酸鉀的硝酸溶液和天然鱗片石墨顆粒按照質(zhì)量比2:1進(jìn)行攪拌混合，在28～32℃超聲40～60min，得預(yù)氧化石墨溶液；其中，高錳酸鉀的硝酸溶液中高錳酸鉀和硝酸的重量比為1:30，硝酸的濃度為67％；天然鱗片石墨是購(gòu)自青島德順坤石墨新材料有限公司的粒度為50～200μm的天然鱗片石墨顆粒；

41.(2)將無(wú)機(jī)酸加入到預(yù)氧化石墨溶液中，在28～32℃下攪拌反應(yīng)60～80min，得無(wú)機(jī)插層氧化石墨溶液；再加入冰醋酸，并于28～32℃攪拌反應(yīng)30～45min；所得的產(chǎn)物使用去離子水洗至ph值為6，抽濾脫水，置于48～52℃烘箱中干燥30～40min；其中，無(wú)機(jī)酸的重量為預(yù)氧化石墨溶液重量的40％；冰醋酸的重量為預(yù)氧化石墨溶液重量的15％；無(wú)機(jī)酸是濃硫酸和高氯酸按照重量比為1:3組成的混合酸液；所述濃硫酸濃度為98％；所述高氯酸的濃度為72％；

42.(3)將步驟(2)得到的產(chǎn)物加入到插層強(qiáng)化劑水溶液中，并于28～32℃攪拌30～45min后靜置3～4h，而后用去離子水洗，抽濾脫水，置于48～52℃烘箱中干燥30～40min，得到顆粒較大且的可膨脹石墨；其中，插層強(qiáng)化劑水溶液是正十六烷基三甲基溴化銨、溴化鉀和水按照重量百分比2.86％、1.90％、95.24％組成；步驟(2)得到的產(chǎn)物與插層強(qiáng)化劑水溶液的重量比為1:1。

43.(4)將步驟(3)中的可膨脹石墨置于氣流粉碎機(jī)中，調(diào)整參數(shù)50hz，風(fēng)機(jī)出口0.5，循環(huán)剪切5分鐘，得到平均粒度為10μm的多元復(fù)合插層的低溫可膨脹石墨。其膨脹溫度為125℃。

44.對(duì)比例1[lco+石墨]

[0045]

使用質(zhì)量比為93％的lco正極極片與質(zhì)量比為91％的石墨負(fù)極極片，做成3ah軟包電池，最后做熱濫用安全測(cè)試。

[0046]

其中3ah軟包電池制作流程為：

[0047]

1、將質(zhì)量比為93％lco、2％導(dǎo)電碳黑、5％聚偏氟乙烯等加入攪拌罐中，再加入n

?

甲基吡咯烷酮溶劑，然后進(jìn)行高速攪拌制成固含量為70％的正極漿料；

[0048]

2、將步驟1中所述的正極漿料涂覆在鋁箔上，然后進(jìn)行100

±

5℃烘烤、輥壓，裁片，制成正極極片。此處保留一截極片測(cè)試加熱性能，發(fā)現(xiàn)加熱前后的極片無(wú)顯著差異；再保留一截極片測(cè)試膜片電阻；

[0049]

3、將質(zhì)量比91％石墨、3％導(dǎo)電碳黑、5％丁苯橡膠、1％羧甲基纖維素鈉等加入攪拌罐中，再加入去離子水，然后進(jìn)行高速攪拌制成固含量為51％的負(fù)極漿料；

[0050]

4、將步驟3中所述的負(fù)極漿料涂覆在銅箔上，然后進(jìn)行95

±

5℃烘烤、輥壓，裁片，制成負(fù)極極片。此處同樣保留一截極片測(cè)試加熱性能，發(fā)現(xiàn)加熱前后電芯無(wú)顯著變化；再保留一截極片測(cè)試膜片電阻；

[0051]

5、將正負(fù)極極片、pe隔離膜、電解液通過(guò)卷繞、組裝、90

±

5℃下烘烤、焊接密封、注液、化成等工序做成軟包電芯；

[0052]

6、將電芯滿充后，置于貝爾高低溫烘箱中做熱濫用安全測(cè)試。熱濫用流程采用標(biāo)準(zhǔn)sae j2464

?

2009進(jìn)行測(cè)試，熱濫用曲線見(jiàn)附圖5，從圖中可見(jiàn)其失效溫度為118

±

5℃附近；相關(guān)性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

[0053]

實(shí)例1[lco+石墨+低溫型可膨脹石墨(放在正極中)]

[0054]

使用質(zhì)量比為93％的lco正極極片與質(zhì)量比為91％的石墨負(fù)極極片，做成3ah軟包電池，最后做熱濫用安全測(cè)試。

[0055]

其中3ah軟包電池制作流程為：

[0056]

1、將質(zhì)量比為93％lco、2％低溫型可膨脹石墨(直接代替導(dǎo)電劑)、5％聚偏氟乙烯等加入攪拌罐中，再加入n

?

甲基吡咯烷酮溶劑，然后進(jìn)行高速攪拌制成固含量為72％正極漿料；

[0057]

2、將步驟1中所述的正極漿料涂覆在鋁箔上，然后進(jìn)行100

±

5℃(該溫度低于低溫型可膨脹材料的膨脹啟動(dòng)溫度)烘烤、輥壓，裁片，制成正極極片。此處保留一截極片測(cè)試加熱性能，并對(duì)加熱前后的極片，相關(guān)對(duì)比圖片見(jiàn)附圖1，從圖中可以看出加了低溫型可膨脹石墨的正極極片在加熱后極片表面明顯膨脹，而對(duì)比例1中的極片表面仍然光滑，說(shuō)明低溫型可膨脹石墨已經(jīng)開(kāi)始膨脹；再保留一截極片測(cè)試膜片電阻附圖2，從圖中可以看出其膜片電阻顯著小于對(duì)比例1中的膜片電阻，可見(jiàn)低溫型可膨脹石墨的加入顯著提高了極片的導(dǎo)電性；

[0058]

3、將質(zhì)量比91％石墨、3％導(dǎo)電碳黑、5％丁苯橡膠、1％羧甲基纖維素鈉等加入攪拌罐中，再加入去離子水，然后進(jìn)行高速攪拌制成固含量為52％的負(fù)極漿料；

[0059]

4、將步驟3中所述的負(fù)極漿料涂覆在銅箔上，然后進(jìn)行95

±

5℃(該溫度低于低溫型可膨脹材料的膨脹啟動(dòng)溫度)烘烤、輥壓，裁片，制成負(fù)極極片；

[0060]

5、將正負(fù)極極片、pe隔離膜、電解液通過(guò)卷繞、組裝、90

±

5℃(該溫度低于低溫型可膨脹材料的膨脹啟動(dòng)溫度)下烘烤、焊接密封、注液、化成等工序做成軟包電芯；

[0061]

7、將電芯滿充后，置于貝爾高低溫烘箱中做熱濫用安全測(cè)試。熱濫用流程采用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)sae j2464

?

2009進(jìn)行測(cè)試，熱濫用曲線見(jiàn)附圖6，從圖中可見(jiàn)其失效溫度為190

±

5℃附近；相關(guān)性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

[0062]

實(shí)例2[lco+石墨+低溫型可膨脹石墨(放在負(fù)極中)]

[0063]

使用質(zhì)量比為93％的lco正極極片與質(zhì)量比為91％的石墨負(fù)極極片，做成3ah軟包電池，最后做熱濫用安全測(cè)試。

[0064]

其中3ah軟包電池制作流程為：

[0065]

1、將質(zhì)量比為93％lco、2％導(dǎo)電碳黑、5％聚偏氟乙烯等加入攪拌罐中，再加入n

?

甲基吡咯烷酮溶劑，然后進(jìn)行高速攪拌制成固含量為70％的正極漿料；

[0066]

2、將步驟1中所述的正極漿料涂覆在鋁箔上，然后進(jìn)行100

±

5℃(該溫度低于低溫型可膨脹材料的膨脹啟動(dòng)溫度)烘烤、輥壓，裁片，制成正極極片；

[0067]

3、將質(zhì)量比91％石墨、3％低溫型可膨脹石墨(直接代替導(dǎo)電劑)、5％丁苯橡膠、1％羧甲基纖維素鈉等加入攪拌罐中，再加入去離子水，然后進(jìn)行高速攪拌制成負(fù)極漿料；

[0068]

4、將步驟3中所述的負(fù)極漿料涂覆在銅箔上，然后進(jìn)行95

±

5℃(該溫度低于低溫型可膨脹材料的膨脹啟動(dòng)溫度)烘烤、輥壓，裁片，制成固含量為55％的負(fù)極極片。此處同樣保留一截極片測(cè)試加熱性能，并對(duì)加熱前后的極片，相關(guān)對(duì)比圖片見(jiàn)附圖3從圖中可以看出

加了低溫型可膨脹石墨的負(fù)極極片在加熱后極片表面明顯膨脹，而對(duì)比例1中的極片表面仍然光滑，說(shuō)明低溫型可膨脹石墨已經(jīng)開(kāi)始膨脹；再保留一截極片測(cè)試膜片電阻見(jiàn)附圖4，從圖中可以看出其膜片電阻顯著小于對(duì)比例1中的膜片電阻，可見(jiàn)低溫型可膨脹石墨的加入顯著提高了極片的導(dǎo)電性；

[0069]

5、將正負(fù)極極片、pe隔離膜、電解液通過(guò)卷繞、組裝、90

±

5℃(該溫度低于低溫型可膨脹材料的膨脹啟動(dòng)溫度)下烘烤、焊接密封、注液、化成等工序做成軟包電芯。

[0070]

6、將電芯滿充后，置于貝爾高低溫烘箱中做熱濫用安全測(cè)試。熱濫用流程采用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)sae j2464

?

2009進(jìn)行測(cè)試，熱濫用曲線見(jiàn)附圖7，從圖中可見(jiàn)其失效溫度為191

±

5℃附近；相關(guān)性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

[0071]

表1

[0072][0073]

上述參照實(shí)施例對(duì)一種改善鋰離子電池?zé)嵯湫阅艿姆椒案甙踩凿囯x子電池進(jìn)行的詳細(xì)描述，是說(shuō)明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個(gè)實(shí)施例，因此在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思下的變化和修改，應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種改善鋰離子電池?zé)嵯湫阅艿姆椒?，其特征在于，在鋰離子電池的正極漿料、和/或負(fù)極漿料中摻入低溫型可膨脹材料。2.如權(quán)利要求1所述的改善鋰離子電池?zé)嵯湫阅艿姆椒?，其特征在于，所述低溫型可膨脹材料的膨脹溫度?10～130℃。3.如權(quán)利要求1或2所述的改善鋰離子電池?zé)嵯湫阅艿姆椒?，其特征在于，所述低溫型可膨脹材料為可膨脹石墨?.如權(quán)利要求3所述的改善鋰離子電池?zé)嵯湫阅艿姆椒?，其特征在于，所述可膨脹石墨的膨脹溫度?20～130℃。5.如權(quán)利要求1或2所述的改善鋰離子電池?zé)嵯湫阅艿姆椒ǎ涮卣髟谟?，所述低溫型可膨脹材料的摻量?～10％。6.一種高安全性鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池的正極膜片中含有低溫型可膨脹材料。7.一種高安全性鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池的負(fù)極膜片中含有低溫型可膨脹材料。8.一種高安全性鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池的正極膜片和負(fù)極膜片中均含有低溫型可膨脹材料。9.如權(quán)利要求6

?

8任意一項(xiàng)所述的高安全性鋰離子電池，其特征在于，所述低溫型可膨脹材料的膨脹溫度為110～130℃。10.如權(quán)利要求6

?

8任意一項(xiàng)所述的高安全性鋰離子電池，其特征在于，所述低溫型可膨脹材料為可膨脹石墨，所述可膨脹石墨的膨脹溫度為120～130℃。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種改善鋰離子電池?zé)嵯湫阅艿姆椒案甙踩凿囯x子電池，通過(guò)在鋰離子電池的正極漿料、和/或負(fù)極漿料中摻入低溫型可膨脹材料來(lái)改善鋰離子電池?zé)嵯湫阅懿⑻岣邩O片的導(dǎo)電性，當(dāng)電芯產(chǎn)熱達(dá)到一定溫度時(shí)，低溫型可膨脹材料就會(huì)顯著膨脹，導(dǎo)致活性材料與集流體無(wú)法接觸，從而可以避免因發(fā)生短路產(chǎn)生電火花而引燃電解液發(fā)生爆炸，提高電池的安全性能。性能。性能。

技術(shù)研發(fā)人員：王靈君

受保護(hù)的技術(shù)使用者：蕪湖天弋能源科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.06.07

技術(shù)公布日：2021/9/9