一種鋰離子電池壓電正極復合極片及其鋰離子電池應用制造技術

本發明專利技術屬于鋰離子電池制備領域，具體的說一種鋰離子電池壓電正極復合極片及其鋰離子電池，其正極復合極片是由正極極片和涂覆在表面的壓電陶瓷復合層組成，并通過電場極化處理制備出正極壓電復合極片。本發明專利技術的壓電正極復合極片應用于鋰離子電池，具有在電池極片受到擠壓時電池進行放電提高其安全性能，同時提高其鋰離子充放電過程中鋰離子的傳輸速率，并提高其鋰離子電池的快充能力及其倍率性能。

Lithium ion battery piezoelectric positive pole composite pole piece and application of lithium ion battery

The invention belongs to the field of preparation of lithium ion battery, a lithium ion battery piezoelectric composite cathode pole piece of lithium ion battery and its concrete, the composite cathode pole piece is composed of a positive pole piece and coated on the surface of the piezoelectric ceramic composite layer, and the electric field polarization treatment prepared positive piezoelectric composite pole piece. The invention of the piezoelectric composite cathode electrode used in lithium ion battery, when the battery discharge is squeezed to improve their safety performance in the battery pole, and improve the transmission rate of the lithium ion lithium ion charge discharge process, and improve the ability of fast charging lithium ion battery and its rate performance.

【技術實現步驟摘要】
一種鋰離子電池壓電正極復合極片及其鋰離子電池應用
本專利技術屬于鋰離子電池制備領域，具體的是一種鋰離子電池壓電正極復合極片及其鋰離子電池應用。
技術介紹
鋰離子二次電池以其能量密度高、循環壽命長、環境友好等優點而受到人們的青睞，而鋰離子電池安全性能是決定電池能否推廣應用的關鍵所在。目前鋰電池主要存在以下安全隱患：電池內部短路、外部短路以及過充過放引起的金屬鋰析出，均會導致電池燃燒。為提高電池的安全性能主要通過使用陶瓷隔膜、功能性電解液及其極片涂覆技術等措施來提高電池的安全性能，但是存在安全性能提高的同時，對電池循環性能造成不利影響，或提高電池的循環性能，影響到電池的安全性能，目前急需一種在安全性能提高的同時，電池的電化學性能不受影響或得到提高的制備方法。專利（CN105449159A）公開了一種高安全性能的鋰離子電池正極片及其制作方法，其主要在正極材料層上涂覆氧化物陶瓷層，以提高其鋰離子電池的安全性能。其原理主要是一方面選擇了氧化物陶瓷材料作為涂層材料，有效地減少了電池短路的發生，當電池發生短路時，可隔絕極片表面熱量的積累，防止極片的進一步熱失控；另一方面，對涂層材料氧化物陶瓷粉體進行了處理，控制其粒徑尺寸，大幅減少了電池界面阻抗，額外提供電子傳輸隧道，隔離了電解液對正極材料的直接接觸，減少了電解液與正極材料副反應的發生，并且能容納鋰離子脫嵌過程中的體積變化，防止電極結構的破壞，還對氧化物陶瓷粉體的制漿過程及體系進行了控制，提高了漿料分散均一性，同時能有效地防止陶瓷粉體的微量脫落，在有效保證電池安全性的前提下，對電池自身的電化學性能也不造成影響，但是上述方法在電池處于擠壓狀態下，對鋰離子電池的安全性能改善幅度不大，同時其涂覆層的氧化物陶瓷材料僅僅起到隔絕熱量提高其散熱性能，而對循環性能并無改善。因此開發出一種安全性能高、循環性能佳的鋰離子電池極片顯得非常重要，并應用于鋰離子電池。
技術實現思路
針對目前鋰離子電池安全性能差等方面的缺陷，本專利技術的目的通過涂覆技術在正極極片表面涂覆壓電陶瓷材料以提高其鋰離子電池的安全性能。本專利技術的技術方案是：一種鋰離子電池壓電正極復合極片，正極復合極片是由正極極片和涂覆在正極極片表面的壓電陶瓷復合層組成，通過電場極化處理制備出正極壓電復合極片，其特征在于：所述的壓電陶瓷復合層厚度為1～10μm，；壓電陶瓷復合層由壓電陶瓷材料、粘結劑、導電劑、表面活性劑組成，質量比為：60～80：10～20:1～10：1～10。所述的導電劑為氧化石墨烯、空心碳球、氣相生長碳纖維、碳納米管中的一種；壓電陶瓷材料是鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸、鋯鈦酸鉛、鈮鎂酸、鈮鎂酸鉛、鉛鈮酸、鉭酸鉛中的一種；表面活性劑為烷基糖苷、氧化銨、甘油酯或烷基醇酰胺中的一種。所述的粘結劑由聚偏氟乙烯和聚苯乙烯碳酸酯組成，其質量比為80～90：10～20。本專利技術的制備方法包括以下步驟：1）制備壓電陶瓷復合漿料；2）制備正極極片；3）制備壓電正極復合極片；其特征在于：1）、制備粘結劑溶液：取質量比為8～9份的聚偏氟乙烯和1～2份的聚苯乙烯碳酸酯添加到500份N-甲基吡咯烷酮中，分散均勻后得到濃度為10%的粘結劑溶液；2）、制備壓電陶瓷復合漿料；稱取上述固體質量10～20份粘結劑溶液、1～10份導電劑、1～10份表面活性劑分散均勻，再添加60～80份壓電陶瓷材料，并通過球磨機分散均勻，得到壓電陶瓷復合漿料；3）、制備正極極片：稱取4～6份聚偏氟乙烯溶解于200份的N-甲基吡咯烷酮中分散均勻后，再添加4～6份導電劑及其88～92份LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元材料制備出漿料，通過涂布機將漿料涂覆在正極鋁箔集流體A上表面，干燥后在集流體A上表面得到含有活性物質層B的正極極片；4）、通過凹版印刷機將壓電陶瓷復合漿料噴涂在正極極片表面，干燥完畢后得到含有壓電陶瓷層C的正極復合極片，涂覆厚度為1～10μm；之后在100～150℃的溫度下，將復合極片置于平行板電場中，在6～20kV/mm的電壓下極化1～3min，最后得到壓電正極復合極片。所述的一種鋰離子電池壓電正極復合極片，應用于鋰離子電池。本專利技術的有益效果：1、在鋰離子電池受到擠壓時，正極復合極片中的壓電陶瓷涂覆層可以實現放電，提高其鋰離子電池的安全性能；并結合陶瓷層中的導電劑提高其鋰離子及其電子的傳導速率；并利用其高壓粘結劑使其粘結劑在高壓狀態下具有穩定性強，粘附力強及其膨脹率低等優點。2、通過對極片進行電場處理，使壓電陶瓷涂層中的電疇沿極化電場取向排列，形成電場排列方向，提高其鋰離子的傳輸速率及其極片的結構穩定性，并改善極片的循環性能。附圖說明圖1、實施例的極片結構示意圖；其中：A—集流體，B—活性物質層，C—壓電陶瓷復合層。圖2、實施例與對比例的循環曲線比較圖。具體實施方式一種鋰離子電池壓電正極復合極片，由正極極片和涂覆在表面的壓電陶瓷復合層組成，壓電陶瓷復合層厚度為1～10μm，通過電場極化處理制備出正極壓電復合極片；所述的壓電陶瓷復合層是由壓電陶瓷材料、粘結劑、導電劑、表面活性劑組成，其質量比為：60～80：10～20:1～10：1～10。實施例1：鋰離子電池壓電正極復合極片的制備：稱取8.5g聚偏氟乙烯和1.5g聚苯乙烯碳酸酯添加到500gN-甲基吡咯烷中，分散均勻后得到粘結劑溶液；之后稱取1.5倍的粘結劑溶液，并添加5g氧化石墨烯及其5g烷基糖苷,并分散均勻，之后添加70g鈦酸鋇陶瓷材料，并通過球磨機分散均勻，得到壓電陶瓷復合漿料；同時稱取5g聚偏氟乙烯溶解于200g的N-甲基吡咯烷酮中分散均勻后，再添加5gSP導電劑及其90gLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元材料制備出漿料，之后通過涂布機將漿料涂覆在正極鋁箔集流體A上表面，干燥后在集流體A上面得到含有活性物質層B的正極極片；之后通過凹版印刷機將壓電陶瓷復合漿料噴涂在正極極片表面，干燥完畢后得到含有壓電陶瓷層C的正極復合極片，其涂覆厚度為5μm；之后在120℃的溫度下，將所述復合極片置于平行板電場中，在10kV/mm的電壓下極化2min，最后得到壓電正極復合極片。實施例2：稱取8.0g聚偏氟乙烯和2.0g聚苯乙烯碳酸酯添加到500gN-甲基吡咯烷中，分散均勻后得到粘結劑溶液；之后稱取上述的粘結劑溶液，并添加1g氣相生長碳纖維及其1g氧化銨,并分散均勻，之后添加80g鈦酸鉛陶瓷材料，并通過球磨機分散均勻，得到壓電陶瓷復合漿料；同時稱取5g聚偏氟乙烯溶解于200g的N-甲基吡咯烷酮中分散均勻后，再添加5gSP導電劑及其90gLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元材料制備出漿料，之后通過涂布機將漿料涂覆在正極鋁箔集流體A上表面，干燥后在集流體表面得到含有活性物質層B的正極極片；之后通過凹版印刷機將壓電陶瓷復合漿料噴涂在正極極片表面，干燥完畢后得到含有壓電陶瓷層C的正極復合極片，涂覆厚度為1μm；之后在100℃的溫度下，將所述復合極片置于平行板電場中，在20kV/mm的電壓下極化3min，最后得到壓電正極復合極片。實施例3：稱取9.0g聚偏氟乙烯和1.0g聚苯乙烯碳酸酯添加到500gN-甲基吡咯烷中，分散均勻后得到粘結劑溶液；之后稱取2倍的粘結劑溶液，并添加10g碳納米管及其10g甘油酯,并分散均勻，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋰離子電池壓電正極復合極片，正極復合極片是由正極極片和涂覆在正極極片表面的壓電陶瓷復合層組成，通過電場極化處理制備出正極壓電復合極片，其特征在于：所述的壓電陶瓷復合層厚度為1～10μm，；壓電陶瓷復合層由壓電陶瓷材料、粘結劑、導電劑、表面活性劑組成，質量比為：60～80：10～20:1～10：1～10。

【技術特征摘要】
1.一種鋰離子電池壓電正極復合極片，正極復合極片是由正極極片和涂覆在正極極片表面的壓電陶瓷復合層組成，通過電場極化處理制備出正極壓電復合極片，其特征在于：所述的壓電陶瓷復合層厚度為1～10μm，；壓電陶瓷復合層由壓電陶瓷材料、粘結劑、導電劑、表面活性劑組成，質量比為：60～80：10～20:1～10：1～10。2.根據權利要求1的所述的一種鋰離子電池壓電正極復合極片，其特征在于：所述的導電劑為氧化石墨烯、空心碳球、氣相生長碳纖維、碳納米管中的一種；壓電陶瓷材料是鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸、鋯鈦酸鉛、鈮鎂酸、鈮鎂酸鉛、鉛鈮酸、鉭酸鉛中的一種；表面活性劑為烷基糖苷、氧化銨、甘油酯或烷基醇酰胺中的一種。3.根據權利要求1的所述的一種鋰離子電池壓電正極復合極片，其特征在于：所述的粘結劑由聚偏氟乙烯和聚苯乙烯碳酸酯組成，其質量比為80～90：10～20。4.一種制備權利要求1所述的鋰離子電池壓電正極復合極片的方法，包括以下步驟：1）制備壓電陶瓷復合漿料；2）制備正極極片；3）制備壓電正極復合極片；其特征在于：1）、制備粘結劑溶液：取質...

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁建民，
申請(專利權)人：江蘇樂能電池股份有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32