一種具有較高安全性鋰離子電池及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電池技術領域，特別是一種基于聚酰胺亞胺隔膜的鋰離子電池。
【背景技術】
[0002] 化學電源在世界能源領域已具有舉足輕重的地位，其中鋰離子二次電池由于具有 電壓高、體積小、能量密度大、循環性能好、自放電效率低、無記憶效應等優點，已廣泛應用 于移動電話、筆記本電腦、便攜式攝像機、電動工具、非便攜式的醫療器具(如電子起搏器） 中，同時也逐漸運用到軍事、太空等方面。
[0003] 鋰離子電池主要由正極、負極、電解液和隔膜組成。隔膜作為鋰離子電池的一個 重要的組成部分，其主要作用是將電池的正、負極隔開，防止兩極直接接觸而發生短路；此 夕卜，還應具有使離子自由通過的功能。目前作為鋰離子電池隔膜材料的主流產品是以美國 Celgard和日本UBE為代表的經雙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)三層微孔復合膜，孔隙率在40%左右，厚度25?40 y m。 然而，聚烯烴隔膜的安全性較差，在電池溫度超過70°C，隔膜微孔就會關閉，影響電池的正 常工作，當電池溫度超過150°C時，隔膜會熔化，造成正負極片直接接觸從而導致電池短路， 可能引起起火或者爆炸，會導致嚴重安全性問題。
[0004] 聚酰亞胺隔膜(簡稱PI隔膜)由均苯四甲酸二酐（PMDA)和二胺基二苯醚（DDE)在 強極性溶劑中經縮聚并流延成膜再經亞胺化而成。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是：提供一種高安全性能的鋰離子電池，克服現有的鋰 離子電池安全性差的問題。
[0006] 本發明的技術方案是：一種具有較高安全性鋰離子電池，正極漿料的重量百分比 范圍：正極材料：85%?95%，正極導電劑：5%?10%，正極粘結劑：3%?8%;負極漿料的重量 百分比范圍：負極材料：88%?95%，負極導電劑：6%?10%，負極粘結劑：4%?8%;隔膜為聚 酰亞胺隔膜。
[0007] 所述的隔膜厚度為20?40 U m。
[0008]正極材料為鈷酸鋰，正極導電劑為碳黑、石墨、碳納米管、乙炔黑中的一種或幾種， 正極粘結劑為PVDF。
[0009]負極材料為天然石墨、中間相炭微球、聚合物炭中的一種或幾種混合物，負極導電 劑為碳黑、石墨、碳納米管、乙炔黑中的一種或幾種混合物；負極粘結劑為羧甲基纖維素鈉、 SBR橡膠中的一種或幾種混合物。
[0010] 一種具有較高安全性鋰離子電池的制備方法，正極材料、正極粘結劑與正極導電 劑混合成料漿后，在金屬集流體上采用雙面涂覆工藝，涂布溫度為90?145°C，涂布速度： 1?3m/min，極片干燥后，經棍壓后形成厚度為100?150iim的極片，壓實密度3. 0?3. 8g/ cm3,上述正極片與蓋板接觸；負極材料、負極粘結劑與負極導電劑混合成料漿后，在金屬集 流體上采用雙面涂覆工藝，涂布溫度為90?145°C，涂布速度：1?3m/min，極片干燥后，經 輥壓后形成厚度為90?130 y m的極片，壓實密度1. 2?1. 7g/cm3,上述負極片與殼體接觸； 電池負極、隔膜和正極進行卷繞，將卷繞成長方形的電池芯用絕緣的包覆膜包覆，插入電池 殼體，正極鋁極耳與電池鋁蓋板接觸，負極鎳極耳與電池殼體接觸，向電池殼體內注入電解 質溶液。
[0011] 所述電解液由電解質和溶劑組成，其中電解質為六氟磷酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、高 氯酸鋰中的一種或幾種；溶劑是碳酸二甲脂、碳酸乙烯脂、碳酸丙烯脂中的一種或幾種。
[0012] 本發明的有益效果： 1.使用的原材料和普通鋰離子電池相同，不會增加額外的成本。
[0013] 2.本發明工藝簡單、容易控制和操作，安全性和穩定性好，易實現工業化規模生 產。
[0014] 3.本發明電池具有良好的電化學性能和加工性能。
[0015] 4.本發明電池結構穩定，與電解液相容性較好，具有良好的循環使用性。
[0016] 5.鋰離子電池具有較高的安全性，適用于對電池要求性高的領域，具有廣闊的應 用前景。
[0017] 聚酰亞胺隔膜具有優良的耐高低溫性、電氣絕緣性、粘結性、耐輻射性、耐介質性， 能在一 269?280°C的溫度范圍內長期使用，短時可達到400°C的高溫。20°C時拉伸強度為 200MPa，200°C時大于lOOMPa。因此，用PI隔膜做鋰電池的隔膜，在電池溫度較高時，不會發 生隔膜的收縮損壞，從而可以提高鋰離子電池的安全性。本發明所生產的鋰離子電池具有 較高的安全性， 可以廣泛應用于對安全性要求較高的領域，包括電動汽車、電動摩托車、電動自行車、 電動玩具、數碼相機、攝像機、筆記本電腦、移動電話、智能芯片等在內的各種用電器。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明的鋰離子電池的外形圖； 圖2為本發明的鋰離子電池的倍率放電曲線； 圖3為本發明的鋰離子電池的循環曲線； 圖4為本發明的鋰離子電池的溫度一電壓曲線。
【具體實施方式】
[0019] 下面將結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明： 如附圖1所示，本發明它包括正極片1、負極片2,隔膜3、包覆膜4、殼體5、正極鋁極耳 6,蓋板7、負極鎳極耳8。將正極片、負極片、隔膜卷繞成電芯，并用膠帶粘好，將粘好膠帶的 電池芯沿長邊裝入金屬電池殼5中，包覆膜將電芯進行包覆，和金屬殼體5絕緣，將電芯的 正極鋁極耳與蓋板焊接，負極鎳極耳與殼體焊接，采用激光焊將金屬殼體與蓋板焊接，焊接 完后加注電解液、化成，得到具有高安全性的鋰離子電池。
[0020] 實施例1 1.鈷酸鋰（91.5% )、導電炭黑（(3%)、碳納米管（2%)、PVDF(3. 5%)混合研磨、烘干預 混、制成正極粉末。將混好的正極粉末與丙烯酸類聚合物（(5%)的去離子水混合，制成漿 料，粘度在7000?9000mPaS之間，將漿料涂覆于鋁箔的兩面，在130°C下干燥后，輥壓，經輥 壓后形成厚度為125 pm的極片，其壓實密度為3. 5g/cm3,得到正極極片。
[0021] 2.天然石墨（93%)、導電碳黑（3%)與含有羧甲基纖維素納（1.5%)、丁苯橡膠 (2. 5%)粘結劑的去離子水混合，制成漿料，粘度在3500?5000mPaS之間，將漿料均勻地涂 覆于銅箔的兩面，在120°C下干燥后，輥壓，經輥壓后形成厚度為105 y m的極片，其壓實密 度為1.5g/cm3,得到負極片。將上述正、負極片進行裁減。
[0022] 3.電池極片具體尺寸如下： 正極極片尺寸（mm) =600X55X0. 125 負極極片尺寸（mm) :640X 57X0. 105 隔膜尺寸（mm ) : 1650X61X0. 025 4. 將負極、隔膜、正極、卷繞成長方形電芯，將該電池經過極耳焊接后在90°C真空干燥 24小時，其中正極鋁極耳與電池鋁蓋板接觸，負極鎳極耳與電池殼體接觸。 5. 在干燥房中加入電解液，注入電解液為lmol/L LiPF6/EC+DMC+EMC(體積比1:1:1)、 體積為17ml。
[0023] 6.電池經45 °C，24h老化后，進行化成，化成后進行倍率試驗，循環試驗，安全性試 驗。
[0024] 7.電池進行針刺時，電池安全閥沖開，電池溫度上升，最高達到312°C，電池不燃 燒，不爆炸。
[0025] 如附圖2所示，實施例1制備鋰離子電池的倍率放電曲線； 如附圖3所示，實施例1制備鋰離子電池的循環曲線； 如附圖4所示，實施例1制備鋰離子電池的溫度一電壓曲線。
【主權項】
1. 一種具有較高安全性裡離子電池，其特征在于：正極漿料的重量百分比范圍：正極 材料；85%?95%，正極導電劑；5%?10%，正極粘結劑；3%?8% ;負極漿料的重量百分比范 圍：負極材料；88%?95%，負極導電劑；6%?10%，負極粘結劑；4%?8% ;隔膜為聚醜亞胺隔 膜。
2. 根據權利要求1所述的一種具有較高安全性裡離子電池，其特征在于：所述的隔膜 厚度為20?40。
3. 根據權利要求1所述的一種具有較高安全性裡離子電池，其特征在于：正極材料為 鉆酸裡，正極導電劑為碳黑、石墨、碳納米管、己快黑中的一種或幾種，正極粘結劑為PVDF。
4. 根據權利要求1所述的一種具有較高安全性裡離子電池，其特征在于：負極材料為 天然石墨、中間相炭微球、聚合物炭中的一種或幾種混合物，負極導電劑為碳黑、石墨、碳納 米管、己快黑中的一種或幾種混合物；負極粘結劑為駿甲基纖維素軸、SBR橡膠中的一種或 幾種混合物。
5. 如權利要求1-4之一所述的一種具有較高安全性裡離子電池的制備方法，其特征 在于：正極材料、正極粘結劑與正極導電劑混合成料漿后，在金屬集流體上采用雙面涂覆 工藝，涂布溫度為90?145°C，涂布速度；1?3m/min，極片干燥后，經親壓后形成厚度為 100?ISOym的極片，壓實密度3. 0?3. 8g/cm3,上述正極片與蓋板接觸；負極材料、負極 粘結劑與負極導電劑混合成料漿后，在金屬集流體上采用雙面涂覆工藝，涂布溫度為90? 145。涂布速度；1?3m/min，極片干燥后，經親壓后形成厚度為90?130 y m的極片，壓實 密度1. 2?1. 7g/cm3,上述負極片與殼體接觸；電池負極、隔膜和正極進行卷繞，將卷繞成 長方形的電池芯用絕緣的包覆膜包覆，插入電池殼體，正極鉛極耳與電池鉛蓋板接觸，負極 媒極耳與電池殼體接觸，向電池殼體內注入電解質溶液。
6. 根據權利要求5所述的一種具有較高安全性裡離子電池的制備方法，其特征在于： 所述電解液由電解質和溶劑組成，其中電解質為六氣磯酸裡、H氣甲基賴酸裡、高氯酸裡中 的一種或幾種；溶劑是碳酸二甲脂、碳酸己帰脂、碳酸丙帰脂中的一種或幾種。
【專利摘要】本發明公開了一種具有較高安全性鋰離子電池，其特征在于：正極漿料的重量百分比范圍：正極材料：85%～95%，正極導電劑：5%～10%，正極粘結劑：3%～8%；負極漿料的重量百分比范圍：負極材料：88%～95%，負極導電劑：6%～10%，負極粘結劑：4%～8%；隔膜為聚酰亞胺隔膜。聚酰亞胺隔膜具有較高的耐溫性能，能在－269℃～280℃的溫度范圍內長期使用，短時可達到400℃的高溫。使用聚酰亞胺作為鋰離子電池的隔膜，不僅使電池具有較好的倍率性能，循環性能，還能提高鋰離子電池的安全性。
【IPC分類】H01M2-16, H01M10-0525
【公開號】CN104538668
【申請號】CN201410816290
【發明人】樂紅春, 王慶杰, 魏俊華, 陳鋌, 石斌, 趙洪楷, 萬偉華
【申請人】貴州梅嶺電源有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月25日