一种防过充隔膜及电解液组成的锂离子电池的制作方法

本发明属于锂电池薄膜领域，涉及一种防过充隔膜及电解液组成的锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池的高比能量、长循环寿命、低自放电以及宽温域等优点使其在储能、通信等领域被大规模应用。与此同时，由于锂离子电池滥用或不当使用引发的安全问题也在不断频发。这些滥用条件诱发了一系列的放热反应，当发热速率大于其散热速率时，锂离子电池内部就会迅速加速温度和压力的上升，从而导致热失控，其中过充电引发的热失控是锂离子电池最常见也是最危险的安全隐患之一。

2、解决这一安全问题的有效策略是从锂离子电池内部构建一种自我保护体系，采用防过充的功能性隔膜和过充保护电解液，两者协同使用可以有效地提高锂离子电池过充性能，从本质上提升锂离子电池的安全性能。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种防过充隔膜及电解液组成的锂离子电池。在防过充隔膜及电解液两者的作用下，锂离子电池在过充时可以在较短的充电时间内达到规定电压值，减缓了电极材料和电解液的分解，从而达到很好地过充保护效果。

2、本发明一方面提供了一种防过充锂离子电池，采用防过充隔膜和防过充电解液；

3、所述防过充隔膜包括基膜和涂敷在基膜表面的导电氧化铌涂层；所述基膜选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、芳纶中的一种或多种，优选聚乙烯基膜；所述导电氧化铌涂层为nb2o5粉体和粘结剂pvdf的混合物，其中nb2o5粉体所占质量比为92％～96％，优选94％，粉体粒径为0.1～10μm；

4、所述防过充电解液包括lipf6、有机溶剂和防过充添加剂；所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或一种以上的混合溶剂，优选为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯的混合溶剂；所述防过充添加剂为二苯基硅烷类化合物；所述lipf6的质量占比为10％-25％，所述有机溶剂的质量占比为70％-88％；所述防过充添加剂的质量占比为0.5％-5％。

5、作为优选，所述基膜的厚度为7～30μm，孔隙率为35％～50％；所述基膜的厚度优选为12μm。

6、作为优选，所述防过充隔膜的单面或双面涂敷所述导电氧化铌涂层；当所述防过充隔膜仅有单面涂敷导电氧化铌涂层时，涂层面朝向正极片。

7、作为优选，所述防过充隔膜中所述导电氧化铌涂层的涂覆厚度为1～4μm，优选2μm；所述防过充隔膜的总厚度为9～32μm。

8、作为优选，所述防过充添加剂包括二苯基硅烷，二甲氧基二苯基硅烷，二苯基二羟基硅烷，叔丁基二苯基硅烷的一种或多种，优选二甲氧基二苯基硅烷。

9、作为优选，所述lipf6的质量占比优选16％；优选的防过充添加剂占比4％。

10、作为优选，所述混合溶剂中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯的质量占比分别优选为28％-30％、48％-52％、2％，更优选29％:49％:2％；

11、作为优选：

12、正极片由以下方法制备：正极活性物质lifepo4，导电剂sp，粘结剂pvdf按95％：2.2％：2.8％比例混合，溶于nmp溶剂中分散形成粘度为8000-14000mpa·s的正极浆料；将正极浆料涂布在12+1+1μm涂碳铝箔上，涂覆厚度为210±3μm，经过干燥，辊压，分条得到正极片；

13、负极片由以下方法制备：负极活性物质石墨，导电剂sp，粘结剂la-132和羧甲基纤维素钠cmc按96％：1.5％：2.5％比例混合，溶于去离子水中分散形成粘度为6000-14000mpa·s的负极浆料，涂覆厚度为180±3μm；将负极浆料涂布在6μm光铜箔上，经过干燥，辊压，分条得到负极片。

14、本发明另一方面还提供了一种防过充隔膜的制备方法，包括以下步骤：

15、将nb2o5粉体与粘结剂pvdf按比例混合，其中nb2o5粉体与粘结剂pvdf的质量比为(92％-96％):(4％-8％)；再将混合物分散在nmp溶剂中，其中混合物的质量含量为60％～85％；不断搅拌制得涂覆浆料，以45m/min的速度均匀涂覆在基膜的单面或双面，涂覆厚度为1～4μm，于60烘干10～14h后即得到厚度为9～32μm的防过充nb2o5涂层隔膜；

16、在某些优选的实施方式中，所用的电解液水分要求≤10ppm；隔膜水分要求≤1200ppm。该防过充隔膜导电率、耐热性较高，且具有优异的过充响应功能。

17、所述基膜优选聚乙烯基膜，厚度为7～30μm，优选12μm，孔隙率为35％～50％。

18、本发明另一方面还提供了一种上述的防过充锂离子电池的制备方法：将正极片、防过充隔膜和负极片依次堆叠，密封入铝壳内，高温烘烤后向其中注入所述防过充电解液；其中正、负极片水分均≤450ppm；再经过化成，高温静置，分容，老化等工序得到防过充锂离子电池。

19、本发明具有以下有益效果：

20、相较于普通隔膜和常规电解液所组成的锂离子电池,本发明制备的nb2o5涂层的功能性隔膜具有优异的导电性和耐热性，在高温下较小的热收缩可以防止在过充情况下引起的内部短路，减少电池热失控风险。二苯基硅烷类化合物防过充电解液，在4.8v高电压下会发生聚合反应，生成的电聚合化合物会附着在电极表面，形成阻断层，增大电池内阻，使电池电压较快增加，缩短了充电时间，避免了电极材料和电解液的过多分解和热量的积累。两者共同作用对电池过充起到双重防护作用，从而避免因锂离子电池过充导致的起火、爆炸等安全事故。

技术特征：

1.一种防过充锂离子电池，其特征在于，采用防过充隔膜和防过充电解液；

2.根据权利要求1所述的防过充锂离子电池，其特征在于，所述基膜的厚度为7～30μm，孔隙率为35％～50％；所述基膜的厚度优选为12μm。

3.根据权利要求1所述的防过充锂离子电池，其特征在于，所述防过充隔膜的单面或双面涂敷所述导电氧化铌涂层；当所述防过充隔膜仅有单面涂敷导电氧化铌涂层时，涂层面朝向正极片。

4.根据权利要求1所述的防过充锂离子电池，其特征在于，所述防过充隔膜中所述导电氧化铌涂层的涂覆厚度为1～4μm，优选2μm；所述防过充隔膜的总厚度为9～32μm。

5.根据权利要求1所述的防过充锂离子电池，其特征在于，所述防过充添加剂包括二苯基硅烷，二甲氧基二苯基硅烷，二苯基二羟基硅烷，叔丁基二苯基硅烷的一种或多种，优选二甲氧基二苯基硅烷。

6.根据权利要求1所述的防过充锂离子电池，其特征在于，所述lipf6的质量占比优选16％；优选的防过充添加剂占比4％。

7.根据权利要求1所述的防过充锂离子电池，其特征在于，所述混合溶剂中碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯的质量占比分别优选为28％-30％、48％-52％、2％，更优选29％:49％:2％。

8.根据权利要求1所述的防过充锂离子电池，其特征在于：

9.一种防过充隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种如权利要求1所述的防过充锂离子电池的制备方法，其特征在于，将正极片、防过充隔膜和负极片依次堆叠，密封入铝壳内，高温烘烤后向其中注入所述防过充电解液；其中正、负极片水分均≤450ppm；再经过化成，高温静置，分容，老化等工序得到防过充锂离子电池。

技术总结
本发明公开了一种防过充隔膜及电解液组成的锂离子电池。相较于由普通隔膜和常规电解液体系组成的锂离子电池，本发明的电池利用Nb2O5涂层的高导电性，耐热特性与二苯基硅烷类化合物可以在高电压下生成电聚合化合物特性。本发明将Nb2O5涂层隔膜和二苯基硅烷类化合物电解液相结合，在过充时能够在较短的时间内达到规定的电压值，明显改善了电池的过充性能，进而提升了锂离子电池的安全性能。

技术研发人员：温舒婷,王盈来,蒋勤虚,方玲,李艳红,曹华燕,黄文,徐留扣,陈相档,王磊
受保护的技术使用者：浙江南都电源动力股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8