一種多涂層智能高安全聚合物鋰離子二次電池的制作方法

本發明涉及新能源動力電池技術領域，涉及一種鋰離子二次電池，特別涉及一種多涂層智能高安全聚合物鋰離子二次電池。

背景技術：

近年來，鋰離子二次電池作為高功率大電流放電電池，應用越來越廣泛，對電池的各項性能要求也越來越高。

傳統卷繞結構的電池生產效率高，易于批量化生產，但不適合高倍率充、放電和高安全性場合的使用。

隨著市場的拓展，高功率密度電力設備對鋰離子二次電池的需求也越來越大，如電動機車電源、電動類工具、航模等市場均有很大的需求。要求電池在-30℃～+60℃,（15—30）C放電倍率下，仍能正常工作，其常規鋰離子二次電池有難以逾越的缺陷。主要體現在：

1）在高溫65℃以上充、放電時，電池氣脹，造成電池失效或形成安全問題；

2）放電倍率小，通常適合于常溫3C以下電流的連續放電，無法滿足高功率設備工作時的所需的功率要求；

3）滿電態針刺、擠壓、熱濫用的情況下容易起火、冒煙形成安全問題；

4）外部電路失效等造成電池過熱時，易起火、冒煙形成安全問題。

目前公知的鋰離子二次電池智能多涂層極片通用結構有：多涂層負極片如申請人于2015.12.21申請的CN201521067338.5《一種多涂層負極聚合物鋰離子二次電池》，正極片、多涂層負極片層疊排布于聚偏氟乙烯涂層隔膜紙兩面，層疊后的正極片、聚偏氟乙烯涂層隔膜紙、多涂層負極片卷繞形成電池芯，所述電池芯注入電解液后，經熱聚合，電解液形成膠體電解質，卷芯內正極片、多涂層負極片粘貼于聚偏氟乙烯涂層隔膜紙兩側，電池芯形成非液態的聚合電池芯，所述電池芯、膠體電解質位于殼體內。減小了電池芯的內阻，增加電池的充、放電倍率和循環壽命，改善電池在高荷電狀態時負極活性物被還原、產熱，改善電池的安全性能和循環。延長了電池的使用壽命。

將正極活性物質涂敷在正極片基材上。如CN201310053579.3《鋰離子二次電池的正極極片及其制備方法》所述鋰離子二次電池的正極極片包括：正極集流體；底層涂層，覆蓋在正極集流體上表面，包含鋰復合金屬氧化物活性材料、導電劑、粘接劑；以及頂層涂層，覆蓋并與底層涂層一起壓實在正極集流體且嵌入底層涂層，包含超級電容炭材料、導電劑、粘接劑。本發明提供的鋰離子二次電池的正極極片及其制備方法，其能在不降低體積能量密度的前提下，可明顯改善正極極片與電解液的浸潤性，因此提高正極活性材料的利用率、使得首次效率提高、并可明顯提高循環性能。

盡管如此，現有技術還需不斷優化。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提供一種在正極片基材上涂一層溫控智能可變阻抗涂層，生產效率高、放電倍率好、安全可靠的多涂層正極聚合物鋰離子二次電池。

本發明是這樣實現的：

一種多涂層智能高安全聚合物鋰離子二次電池，包括負極片、正極片、聚偏氟乙烯涂層隔膜紙、膠體電解質及殼體，所述正極片含有溫控智能可變阻抗涂層；負極片和正極片分別層疊排布于聚偏氟乙烯涂層隔膜紙的兩面，層疊后的負極片、聚偏氟乙烯涂層隔膜紙、正極片卷繞形成電池芯，所述電池芯注入電解液后，經熱聚合，電解液形成膠體電解質，電池芯內負極片、正極片粘貼于聚偏氟乙烯涂層隔膜紙兩側，形成非液態的聚合電池芯，電池芯、膠體電解質位于殼體內。

進一步，

所述正極片還包括正極片基材、超導電碳涂層、活性物質涂層、氧化物涂層、聚偏氟乙烯涂層和正極極耳，所述正極片基材的兩側從里至外依次連接溫控智能可變阻抗涂層、超導電碳涂層、活性物質涂層、氧化物涂層和聚偏氟乙烯涂層，正極片基材上焊有正極耳，正極耳處貼有聚酰亞胺膠紙。

進一步，

當電池溫度升高到（80—100）℃時，含有溫控智能可變阻抗涂層的電池阻抗升高，呈現高阻抗狀態，切斷對外輸出，阻止電池芯熱失控；當電池芯溫度下降到正常狀態時，由高阻抗狀態自動恢復到低阻抗的導通狀態，實現了隨溫度的智能控制；

高密度聚乙烯/聚乙烯與炭黑的組合或聚苯乙烯與炭黑的組合或 聚偏氟乙烯與炭黑的組合中的一種或多種互相組合制漿后均勻的涂敷在正極片基材兩側上，經干燥后形成厚度為2-20um的溫控智能可變阻抗涂層。

進一步，

超導電炭涂層由包括石墨烯、納米碳管、石墨炔中的一種或多種導電碳均勻的涂敷在溫控智能可變阻抗涂層兩側上，經干燥后形成；

在超導電碳涂層兩側均勻的涂敷一層包括鋰鈷氧化合物、鋰錳氧化合物、鋰鎳鈷錳氧多元化合物中的一種或多種正極活性物質，經二次干燥處理后將AL₂O₃、SiO₂一種或兩種陶瓷氧化物涂敷在正極活性物質上，經再次干燥形成氧化物涂層；

在氧化物涂層兩側均勻的涂敷一層聚偏氟乙烯，形成聚偏氟乙烯涂層；

聚偏氟乙烯涂層隔膜紙包括隔膜紙聚偏氟乙烯涂層和隔膜紙聚丙烯基材，聚偏氟乙烯涂層隔膜紙為隔膜紙聚偏氟乙烯涂層均勻的涂敷在隔膜紙聚丙烯基材的兩面。

本發明電池芯由負極片、聚偏氟乙烯（PVDF)涂層隔膜紙、正極片層疊后卷繞而成，并通過在正極片基材上涂一層溫控智能可變阻抗涂層，當電池溫度升高到（80—100）℃時，電池的阻抗顯著升高，呈現高阻抗狀態，切斷對外輸出，阻止電池芯熱失控；當電池芯溫度下降到正常狀態時，由高阻抗狀態自動恢復到低阻抗的導通狀態，實現了隨溫度的智能控制；超導電涂層增加正極片溫控智能可變阻抗涂層與正極活性物的粘附性與電子導電性，減小了電池芯的內阻，增加電池的充、放電倍率和循環壽命，通過在正極活性物上涂氧化物涂層，改善電池在高荷電狀態時正極活性物被氧化、產熱，改善電池的安全性能和循環。達到改善了智能溫控了電池的安全性，延長了電池的使用壽命。

附圖說明

圖1為本發明正極片橫切面結構示意圖。

圖2為本發明正極片基材橫切面結構示意圖。

圖3為本發明正極片溫控智能可變阻抗涂層橫切面結構示意圖。

圖4為本發明正極片超導電碳涂層橫切面結構示意圖。

圖5為本發明正極片正極活性物涂層橫切面結構示意圖。

圖6為本發明正極片氧化物涂層橫切面結構示意圖。

圖7為本發明正極片聚偏氟乙烯涂層橫切面結構示意圖。

圖8為本發明聚偏氟乙烯涂層隔膜紙橫切面結構示意圖。

圖9為本發明的鋰離子二次電池外部示意圖。

圖中：正極片基材1，溫控智能可變阻抗涂層2，超導電碳涂層3，活性物質涂層4，氧化物涂層5，聚偏氟乙烯涂層6，正極片7，隔膜紙聚丙烯基材8，隔膜紙聚偏氟乙烯涂層9，聚偏氟乙烯涂層隔膜紙10，負耳極11，正耳極12。

具體實施方式

為了使本發明實現的技術手段、技術特征、達成目的與效果易于明白了解，以下結合附圖和具體實施方式來進一步說明本發明。

實施例1：

如圖所示，

正極片7包括正極片基材1、溫控智能可變阻抗涂層2、超導電碳涂層3、活性物質涂層4、氧化物涂層5、聚偏氟乙烯涂層6和正極極耳，正極片基材1的兩側從里至外依次連接溫控智能可變阻抗涂層2、超導電碳涂層3、活性物質涂層4、氧化物涂層5、聚偏氟乙烯涂層6，正極片基材1上焊有正極耳12，正極耳12處貼有聚酰亞胺膠紙。

由高密度聚乙烯/聚乙烯(HDPE/PE)與炭黑(CB)的組合或聚苯乙烯(HIPS)與炭黑(CB)的組合或 聚偏氟乙烯(PVDF) 與炭黑(CB)的組合中的一種或多種互相組合制漿后均勻的涂敷在正極片基材1兩側上，經干燥后形成溫控智能可變阻抗涂層2，厚度為2-20um。

超導電炭涂層3由石墨烯、納米碳管、石墨炔等一種或多種導電碳均勻的涂敷在溫控智能可變阻抗涂層2兩側上，經干燥后形成超導電炭涂層3，在超導電碳涂層3兩側均勻的涂敷一層鋰鈷氧化合物、鋰錳氧化合物、鋰鎳鈷錳氧多元化合物等鋰氧化合物中的一種或多種正極活性物質，經二次干燥處理后將AL₂O₃、SiO₂等一種或多種陶瓷氧化物涂敷在正極活性物質上，經再次干燥形成氧化物涂層5，在氧化物涂層5兩側均勻的涂敷一層聚偏氟乙烯（PVDF)，形成聚偏氟乙烯涂層6。

聚偏氟乙烯（PVDF)涂層隔膜紙包括隔膜紙聚偏氟乙烯涂層9和隔膜紙聚丙烯基材8，聚偏氟乙烯（PVDF)涂層隔膜紙為聚偏氟乙烯（PVDF)涂層均勻的涂敷在隔膜紙聚丙烯基材的兩面。

多涂層智能高安全聚合物鋰離子二次電池，包括負極片、正極片7、聚偏氟乙烯（PVDF)涂層隔膜紙、膠體電解質及殼體，負極片、正極片7層疊排布于聚偏氟乙烯涂層隔膜紙10的兩面，層疊后的負極片、聚偏氟乙烯涂層隔膜紙10、正極片7卷繞形成電池芯，焊接好極耳的電池芯位于鋁塑復合膜殼體內，電芯有一對正極耳12、負極耳11，電池芯注入電解液后，經熱聚合，電解液形成膠體電解質，卷芯內負極片、正極片粘貼于聚偏氟乙烯涂層隔膜紙兩側，電池芯形成非液態的聚合電池芯，電池芯、膠體電解質位于鋁塑復合膜殼體內。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征、結構方式和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。