一种负极极片及其制备方法、二次电池与流程

本发明属于二次电池，尤其涉及一种负极极片及其制备方法、二次电池。

背景技术：

1、随着移动电话、笔记本电脑、电动汽车和电动工具等应用的耗电量不断增加，所用锂离子电池的能量密度也越来越高，一旦发生滥用将会造成非常可怕的后果，其安全性也越来越受到人们的重视。锂离子电池的滥用测试通常包括机械滥用、热滥用和电滥用。一般来说，机械滥用是指电池或电池组在外部的机械作用下发生形变，进而发生起火、爆炸。实验室中通常采用针刺和单边挤压等来测试电池的机械滥用性能，测试时电池内隔膜发生破裂，阴阳极片直接接触发生内短路，大量的能量在极短的时间内被释放，电池的升温速率远大于散热速率，达到某个临界温度(通常高于200℃)后发生热失控。而在电池的热滥用测试中，随着热量在电池内部不断累积，电池温度不断上升，当达到隔膜的熔点(约130℃左右)后，隔膜开始融化，正负极片短接，释放出更多的热量，不可避免的发生热失控。而在过充等电滥用测试中，则存在析出的锂枝晶刺破隔膜的风险，最后同样会导致电池的热失控。

2、由上述分析可知，电池滥用的实质是电池在各种因素的作用下发生内短路，最终导致电池的热失控。有很多措施可以改善电池的滥用性能，如使用正温度系数热敏电阻(positive temperature coefficient，ptc)，当电池的温度达到ptc元件的居里温度时，其电阻快速增加3～4个数量级，从而切断电路，阻止进一步的热失控。但该措施也存在弊端，由于传热速率的限制，ptc元件对温度的响应存在滞后性，其发生作用时电池内部的温度通常高于其居里点。当电池发生热失控时，这种滞后性可能造成非常严重的后果。另外也可以采用在隔膜表面涂覆陶瓷的方法，但这种做法成本较高，且陶瓷在循环过程中有脱落的风险。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种负极极片，能够在高温条件下发生膨胀，减小空隙，使安全涂层的电阻增加，减小甚至切断短路电流。此外，交联结构的引入增加了安全涂层的热稳定性，使其在高温下也能够稳定地发挥作用。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种负极极片，包括负极集流体、设置于负极集流体至少一表面的负极活性涂层以及安全涂层，所述安全涂层设置于所述负极活性涂层远离所述负极集流体的一侧面，所述安全涂层包括改性聚烯烃粒子、无机填料、粘结剂和交联剂，所述改性聚烯烃粒子、无机填料、粘结剂和交联剂的重量份数比为90～110:5～20:10～20:0.05～3。

4、优选地，所述无机填料为氧化铝、勃母石或尖晶石型钛酸锂中的一种或多种。

5、优选地，所述尖晶石型钛酸锂的颗粒粒径为0.1～1μm。

6、优选地，所述尖晶石型钛酸锂的表面设置有碳包覆涂层，所述碳包覆涂层的厚度为1～10nm。

7、优选地，所述安全涂层的厚度为h，无机填料的粒径为d，二者满足以下关系：h＝kd+c，其中，k、c为常数，0<k<30，0<c<2μm。

8、优选地，所述安全涂层的厚度为1～20μm。

9、优选地，所述交联剂包括官能度大于或等于二的有机分子，所述有机分子包括环氧类的缩水甘油醚、三聚氰胺类的六甲氧基羟甲基三聚氰胺、异氰酸酯类的甲苯二异氰酸酯中的一种或多种。

10、本发明的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种负极极片的制备方法，制备方法简单，易操作，可控性好。

11、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

12、一种负极极片的制备方法，包括以下步骤：

13、步骤s1、将上述重量份数的改性聚烯烃粒子、无机填料、粘结剂和交联剂混合搅拌得到涂覆浆料；

14、步骤s2、将涂覆浆料涂覆于具有负极活性涂层的极片表面，热处理，交联形成安全涂层，制得负极极片。

15、优选地，所述热处理的温度为80～120℃，热处理的时间为30～90s。

16、本发明的目的之三在于：针对现有技术的不足，提供一种二次电池，具有良好的安全性能，安全及热滥用测试通过率高。

17、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

18、一种二次电池，包括上述的负极极片。

19、相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明的一种负极极片，能够在高温条件下发生膨胀，减小空隙，使安全涂层的电阻增加，减小甚至切断短路电流。此外，通过对聚乙烯粒子的改性处理，在其表面引入能够与交联剂反应的活性位点，从而在安全涂层中引入交联结构，增加安全涂层的热稳定性，提高负极极片的安全性能。

技术特征：

1.一种负极极片，其特征在于，包括负极集流体、设置于负极集流体至少一表面的负极活性涂层以及安全涂层，所述安全涂层设置于所述负极活性涂层远离所述负极集流体的一侧面，所述安全涂层包括改性聚烯烃粒子、无机填料、粘结剂和交联剂，所述改性聚烯烃粒子、无机填料、粘结剂和交联剂的重量份数比为90～110:5～20:10～20:0.05～3。

2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述无机填料为氧化铝、勃母石或尖晶石型钛酸锂中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的负极极片，其特征在于，所述尖晶石型钛酸锂的颗粒粒径为0.1～1μm。

4.根据权利要求3所述的负极极片，其特征在于，所述尖晶石型钛酸锂的表面设置有碳包覆涂层，所述碳包覆涂层的厚度为1～10nm。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的负极极片，其特征在于，所述安全涂层的厚度为h，无机填料的粒径为d，二者满足以下关系：h＝kd+c，其中，k、c为常数，0<k<30，0<c<2μm。

6.根据权利要求5所述的负极极片，其特征在于，所述安全涂层的厚度为1～20μm。

7.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述交联剂包括官能度大于或等于二的有机分子，所述有机分子包括环氧类的缩水甘油醚、三聚氰胺类的六甲氧基羟甲基三聚氰胺、异氰酸酯类的甲苯二异氰酸酯中的一种或多种。

8.如权利要求1-7中任一项所述的负极极片的制备方法，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的负极极片的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为80～120℃，热处理的时间为30～90s。

10.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的负极极片。

技术总结
本发明属于二次电池技术领域，尤其涉及一种负极极片及其制备方法、二次电池，该负极极片包括负极集流体、设置于负极集流体至少一表面的负极活性涂层以及安全涂层，所述安全涂层设置于所述负极活性涂层远离所述负极集流体的一侧面，所述安全涂层包括改性聚烯烃粒子、无机填料、粘结剂和交联剂，所述改性聚烯烃粒子、无机填料、粘结剂和交联剂的重量份数比为90～110:5～20:10～20:0.05～3。本发明所述一种负极极片，能够在高温条件下发生膨胀，减小空隙，使安全涂层的电阻增加，减小甚至切断短路电流。此外，交联结构的引入增加了安全涂层的热稳定性，使其在高温下也能够稳定地发挥作用。

技术研发人员：黄旭,魏小亮,谭远高
受保护的技术使用者：惠州锂威新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13