CN105789537A - 锂离子电池正负极极卷外置陶瓷层组分及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池正负极极卷外置陶瓷层组分，组分按以下质量百分比计量并经混合配制浆料：PVP3.0%～5.0%、H2O45%～85%、AL2O310%～40%、SiO21.0%～5.0%、ZrO21.0%～5.0%。本发明还公开了实施锂离子电池正负极极卷外置陶瓷的应用方法，具体工艺步骤如下：①首先在正、负极极卷集流体单面涂胶；②接着将涂胶的正、负极极卷送入烘箱烘干；③在已固化的胶层上涂覆陶瓷浆料；④将涂覆陶瓷浆料的正、负极极卷送入烘箱烘干；⑤分别将外置陶瓷层的正、负极极卷展开，按配套尺寸冲切成正、负极极片。应用本发明制成的锂离子电池在极卷叠合层之间不用隔膜，此结构既能简化电池极卷层叠结构，又能显著提高电池组装工效，最重要的是从结构上消除安全隐患。
Description
技术领域
本发明属于金属构件表面涂层技术领域，具体地讲，本发明涉及一种锂离子电池正负极极卷外置陶瓷层组分，本发明还涉及到锂离子电池正负极极卷外置陶瓷层应用方法。
背景技术
传统锂离子电池主要由正极极卷、负极极卷、隔膜、电解液和外壳组成。结构中，绝缘材质的隔膜介于正极极卷和负极极卷之间主要有二个方面的作用，一是作层间绝缘，二是便于让电解液析出的离子通过。本行业制作隔膜通常使用聚烯烃材料，该塑料具有一定的机械强度和良好的绝缘性能，完全能满足常态下运行的锂离子电池配套要求。现实中使用的锂离子电池存在偶发事故，例如内部短路、外部过充或短路，这些事故都产生高温。因聚烯烃材料热收缩大、熔点相对较低，其中最常用的PE材质熔点温度仅130～140℃，PP材质熔点温度为130℃。一旦锂离子电池因故障构成内部热失控，首先损坏的是聚烯烃材质隔膜，过热消融的隔膜易造成层叠的正极极卷接触负极极卷而发生短路，发生此种事故可能引发明火，甚至引起爆炸。本行业为了克服塑料质隔膜热稳定性差的问题，不少制造商有针对性地开展专项研究，目前最具有代表性的技术方案是在隔膜表面涂覆陶瓷层。陶瓷是公认的绝缘性能极好材料之一，在隔膜表面涂覆陶瓷层能够大大提高层间绝缘等级。但是，该方案仍然没有从根本上解决隔膜基材热性能差的问题，以及隔膜与外涂陶瓷层热收缩性差距悬殊的问题，所以说现有技术仍然不是解决锂离子电池安全的最佳方案。
发明内容
本发明主要针对现有技术用隔膜作正负极极片层间绝缘安全性差的问题，提出一种在正负极极卷集流体单面分别外置陶瓷层，并以此作为层间绝缘的技术方案，该技术方案因弃用了传统的隔膜，进一步优化了极卷层叠结构，既做到热稳定性好，又提高层间绝缘等级。
本发明通过下述技术方案实现技术目标。
锂离子电池正负极极卷外置陶瓷层组分，其改进之处在于组分按以下质量百分比计量并经混合配制成浆料：
PVP3.0%～5.0%
H2O45%～85%
AL2O310%～40%
SiO21.0%～5.0%
ZrO21.0%～5.0%。
本发明还包括锂离子电池正负极极卷外置陶瓷层的应用方法，其特征在于具体工艺步骤如下：
①首先在辊压后的正、负极极卷集流体单面涂覆一层PVDF胶；
②接着将涂胶的正、负极极卷送入烘箱烘干，在温度60℃～120℃中，烘干2min～8min，形成厚1.0～5.0μm的胶层；
③在已固化的胶层上涂覆陶瓷浆料；
④将涂覆陶瓷浆料的正、负极极卷送入烘箱烘干，在80℃～140℃烘箱内烘干2min～8min，形成厚15～50μm陶瓷层；
⑤分别将外置陶瓷层的正、负极极卷展开，按配套尺寸冲切成正、负极极片。
上述工艺步骤中的涂覆陶瓷浆料采用喷涂工艺。
本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：
1、锂离子电池的正、负极极卷基材为金属箔，在金属箔上外置的陶瓷层通过胶层媒介，附着力强，使用可靠；
2、在锂离子电池正、负极极卷集流体单面外置陶瓷层，充分发挥陶瓷的绝缘特性，大大提升正、负极极卷层间绝缘等级；
3、锂离子电池正、负极极卷的金属箔基材和外置陶瓷层均为固体物，两者结合热稳定性好，可比现有技术所用聚烯烃熔点温度至少高30℃，因能量密度高，可显著提高配套电池的使用安全性；
4、因锂离子电池正、负极极卷集流体单面已分别外置绝缘的陶瓷层，这样的替代结构可在极卷叠合层之间不用隔膜，此结构既能简化电池极卷层叠结构，又能显著提高电池组装工效，最重要的是从结构上消除安全隐患。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步说明。
以10Ah钴酸锂离子电池为例，所用组分按质量百分比计量并经混合配制成四例陶瓷浆料，具体配比见下表一：
表一四例陶瓷浆料组分配比表
按上表制成的陶瓷浆料，具体应用方法如下：
①第一步，在辊压后的正、负极极卷集流体单面涂覆一层PVDF胶；
②接着将已涂胶的正、负极极卷送入烘箱烘干；
③在已固化的胶层上涂覆陶瓷浆料，本实施例涂覆陶瓷浆料采用喷涂工艺；
④将涂覆陶瓷浆料的正、负极极卷送入烘箱烘干；
⑤分别将外置陶瓷层的正、负极极卷展开，按配套尺寸冲切成正、负极极片。
实施上述方法的具体工艺参数见下表二：
表二工艺参数表
为了验证本发明的应用技术效果，将制成的正、负极极卷直接叠片成电芯，电芯经150℃热压后，在130℃中烘烤12h作常规除水处理，然后进行封装注液化成成品电池。
取用按本发明制成的正、负极极片，组装规格为10Ah钴酸锂离子电池做测试样，对比样是现有商品规格为10Ah钴酸锂离子电池，在同等测试条件下作安全性测试，具体测试结果见下表三：
表三电池安全性测试结果表
测试结果表明，利用本发明制成的锂离子电池，所测安全性能全部满足设计要求，达到预期技术效果，解决了锂离子电池安全问题。而对比样仅有过放电指标与本发明的设计指标相同，其余5项指标都达不到预期要求，产品使用存在安全隐患。
Claims (3)
1.一种锂离子电池正负极极卷外置陶瓷层组分，其特征在于组分按以下质量百分比计量并经混合配制成浆料：
PVP3.0%～5.0%
H2O45%～85%
AL2O310%～40%
SiO21.0%～5.0%
ZrO21.0%～5.0%。
2.一种实施权利要求1所述的应用方法，其特征在于具体工艺步骤如下：
①首先在辊压后的正、负极极卷集流体单面涂覆一层PVDF胶；
②接着将涂胶的正、负极极卷送入烘箱烘干，在温度60℃～120℃中，烘干2min～8min，形成厚1.0～5.0μm的胶层；
③在已固化的胶层上涂覆陶瓷浆料；
④将涂覆陶瓷浆料的正、负极极卷送入烘箱烘干，在80℃～140℃烘箱内烘干2min～8min，形成厚15～50μm陶瓷层；
⑤分别将外置陶瓷层的正、负极极卷展开，按配套尺寸冲切成正、负极极片。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池正负极极卷外置陶瓷层组分的应用方法，其特征在于：所述涂覆陶瓷浆料采用喷涂工艺。
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