一種快速導熱的鋰離子電池正極極片的制作方法

本實用新型涉及一種快速導熱的鋰離子電池正極極片。

背景技術：

鋰離子電池因為具有高能量密度、長循環壽命、良好的機械性能以及對環境友好等優點，廣泛運用于各消費類電子產品、各種電動汽車和風能太陽能、各種航模，無人機等動力設備上。近年來，人們對電池不僅滿足于能量密度的提高，而且對電池的輸入和輸出功率的要求也越來越高，比如智能手機的快速充電，航模無人機的瞬間爆發力等都是對電池高功率輸入和輸出的體現，通常電池的快速充電和放電，由于電池本身物理內阻以及電池內部離子遷移等產生的極化所形成的阻抗，在教大的電流充電或放電的情況下，電池內部會產生大量的熱量。而根據電池內部電流的流向，其電池內部各區域熱量產生的是不均等的，這表現為電池極耳位置溫度教高，電池底部溫度偏低，同時由于正極集流體為鋁箔，而負極集流體為銅箔，兩者的電阻率分別為2.83*10^‐3Ω·m和1.75*10^‐3Ω·m，電池工作時在正負極集流體上產生的熱量不一致，且正極極片熱量高于負極極片，同時由于電流通過極耳導出電池外部，使電池各區域放電溫度為正極極耳區>負極極耳區>正極底部區>負極底部區。

電池各部分區域產生的熱量不一致，電池內部各區域的活性物質受熱后膨脹系數出現不同步，因而使電池內部產生一定的應力，極片和隔膜受應力的影響而變形，使正極片、負極片和隔膜之間界面接觸不良，容易產生鋰枝尖，同時容易導致正負極材料中膠粘劑的迅速劣化而活性物質容易出現剝離和脫離現象，導致電池加速劣化，電池組性能急劇下降，甚至發生起火或爆炸。

為解決電池內部發熱現象，減少熱量對電池傷害，卷繞結構的電池為采用多卷芯并聯結構減少電芯的阻抗；疊片型電池增加疊片的極片的數量降低電池阻抗，同時采用更高電導率的電解液，這僅能對電池發熱現象有一定的緩解，無法解決長時間充電和放電時，電池內部正極片發熱累積熱量不均勻的問題。

因此非常需要從根本上解決上述問題的技術，有必要提供一種具有快速導熱的鋰離子電池正極極片，該極片將電池各部位產生的熱量迅速擴散，使電池整體的溫度趨向一致，解決電池內部膨脹不一致的問題，提高電池的安全性和可靠性。

技術實現要素：

本實用新型克服了現有技術的不足，提供一種能快速導熱，使電池整體溫度趨向一致，解決電池內部膨脹不一致的問題，提高電池的安全性和可靠性的鋰離子電池正極極片。

為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案：

一種快速導熱的鋰離子電池正極極片，包括有集流體1，在所述集流體1的兩側設置有能將熱量迅速擴散的導熱層2，在所述的導熱層2的外側設置有活性物質層3。

所述的導熱層2由導熱材料和粘結劑混合物組成，所述的導熱材料為石墨烯或氧化石墨烯，所述的粘結劑混合物為高分子鏈狀結構化合物。

所述的活性物質層3由正負極活性物質、導電劑和粘結劑等混合物組成。

本實用新型與現有技術相比，有以下優點：

本實用新型采用以上技術方案，通過在集流體上兩側層設置導熱層，在導熱層的外側設置有活性物質層，導熱層的導熱材料為石墨烯或氧化石墨烯，由于石墨烯具有獨特的晶粒取向，可沿兩個方向均勻導熱，不會造成局部過熱，能使電池極片迅速導熱，解決電池充電和放電過程中電池內部熱量不均衡的問題，避免電池內部產生應力而形成形變，提高電池的安全性和穩定性。

【附圖說明】

圖1為本實用新型剖視圖。

【具體實施方式】

下面結合附圖對本實用新型進行詳細描述：

一種快速導熱的鋰離子電池正極極片，包括有集流體1，在所述集流體1的兩側設置有能將熱量迅速擴散的導熱層2，在所述的導熱層2的外側設置有活性物質層3。

所述的導熱層2由導熱材料和粘結劑混合物組成。所述的導熱材料為石墨烯或氧化石墨烯，為保證良好的導熱效果，以及有效的導電性，所述石墨烯或氧化石墨烯占總體比例的70％‐95％，涂層厚度為3‐10um，為保證涂布厚度的均勻性，石墨烯的粒徑為0.05‐5um。由于石墨烯具有獨特的晶粒取向,可沿兩個方向均勻導熱,不會造成局部過熱，能迅速將產生的熱量迅速擴散，使整個極片表面的溫度趨向一致，避免電池各區域產生應力變形。所述的粘結劑混合物為高分子鏈狀結構化合物，如聚偏氟乙烯，其與集流體1有一定的附著力，確保導熱涂層2與集流體1有良好的接觸，保證導熱層2具有良好的導熱性和導電性。導熱層2通過涂布方式，將石墨烯和粘結劑混合物均勻涂在集流體1上。

所述的活性物質層3由正負極活性物質、導電劑和粘結劑等混合物組成。

所述的活性物質層3的涂層厚度為20‐400um。

鋰離子電池正極極片包括集流體，導熱層和活性物質層，導熱層位于集流體的兩面，活性物質層位于導熱層的外側。其中正極導熱層厚度為4um，由聚偏氟乙烯和石墨烯組成，其中石墨烯占導熱層總質量的質量百分百為95％，正極的活性物質層為鈷酸鋰、聚偏氟乙烯和導電劑的混合物，負極導熱層厚度為4um，由丁苯橡膠和石墨烯組成，其中石墨烯占導熱層總質量的質量百分百為95％，負極活性物質層為石墨，CMC，導電劑，丁苯橡膠的混合物。

正極片制備時，先將聚偏氟乙烯溶解于N‐甲基吡咯烷酮，得到粘結劑膠液，再將石墨烯加入粘結劑膠液中(石墨烯與聚偏氟乙烯的質量比例為95：5，石墨烯的粒徑為5um)攪拌均勻，再通過涂布設備，將石墨烯和聚偏氟乙烯的混合物均勻涂覆在集流體的正反面上。完全干燥后，在將活性物質涂覆在導熱層上方，制作成所需的鋰離子電池正極極片。

鋰離子電池組裝，將上述制備所得到的鋰離子電池正極極片，和對應的負極及隔膜組裝成鋰離子電池，通過封裝，注液活化，得到具有快速導熱的實施例鋰離子電池。

按照上述方法，正極采用無導熱層的正極極片，和對應的負極及隔膜組裝成對比例鋰離子電池，其型號為P9050150‐5000mAh,倍率為35C。

對實施例提供的電池和對比例提供的電池以倍率為35C的電流進行快速放電，其放電過程中電池表面各區域的溫度如下表所示。

由上表數據說明，通過正極片增加導熱層的電池，各區域的溫度差異均一性較好，循環100周后各區域厚度變化率不明顯，而無導熱層的電池，各區域溫差較大，循環后電池表面各區域的厚度變化較大。這表明增加導熱層后，有助于電池內部熱量的擴散，避免局部熱量累積，導致電池各區域內應力變化而產生形變。有效的提高電池的安全性和穩定性。