安全层及锂二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种安全层及锂二次电池。所述安全层用于隔开正极片和负极片。所述安全层包括至少两层电子绝缘离子导通层以及至少一层吸收层。所述吸收层位于每相邻两层电子绝缘离子导通层之间。在安全层中，分别靠近正极片和负极片的一侧为电子绝缘离子导通层。吸收层包括能够可逆脱嵌锂的物质，且吸收层的电导率不小于10‑1S/m。所述安全层应用到锂二次电池中后，能够有效缓解锂枝晶的生长，降低锂二次电池在各种极端及复杂环境中发生短路的风险，延长锂二次电池的循环寿命，提高锂二次电池的安全性能。同时本发明专利技术的安全层不会降低锂二次电池的能量密度。

【技术实现步骤摘要】
安全层及锂二次电池
本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种安全层及锂二次电池。
技术介绍
目前锂二次电池的应用范围越来越广，使用的条件及环境也越来越复杂，如需要满足高倍率充放电或具有长循环寿命或满足在低温环境下使用等，因此一次的使用不当或误操作导致锂二次电池负极析锂的风险越来越高，且锂二次电池在循环过程中，由于本身极化的影响，循环中后期负极析锂的风险明显增加，导致锂二次电池发生内短路的风险明显增加，造成非常大的安全隐患。因此需要有效的技术来降低锂二次电池在整个使用期间由于负极析锂带来的安全风险。在实际使用中，虽然在常规聚烯烃隔离膜上涂覆氧化物陶瓷层可以在一定程度上减轻锂二次电池循环初期析锂的风险，但是随着循环的进行，析出的锂会在负极不断累积，因此仍不能从根本上解决问题；特别是在循环后期，遇到复杂的使用条件时，例如气温低时(如冬天)充电等，锂枝晶的生长速度非常快，安全风险会更大。因此如何提供一种可在复杂条件下使用且环境安全的锂二次电池成为整个锂电企业不得不面对的难题。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的一目的在于提供一种安全层及锂二次电池，当所述安全层应用到锂二次电池中后，能够有效缓解锂枝晶的生长，降低锂二次电池在各种极端及复杂环境中发生短路的风险，延长锂二次电池的循环寿命，提高锂二次电池的安全性能。本专利技术的另一目的在于提供一种安全层及锂二次电池，所述安全层不会降低锂二次电池的能量密度。为了达到上述目的，在本专利技术的一方面，本专利技术提供了一种安全层，用于隔开正极片和负极片。所述安全层包括至少两层电子绝缘离子导通层以及至少一层吸收层。所述吸收层位于每相邻两层电子绝缘离子导通层之间。在安全层中，分别靠近正极片和负极片的一侧为电子绝缘离子导通层。所述吸收层包括能够可逆脱嵌锂的物质，且所述吸收层的电导率不小于10-1S/m。在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种锂二次电池，其包括根据本专利技术一方面所述的安全层。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术的安全层包括吸收层和电子绝缘离子导通层，吸收层包括能够可逆脱嵌锂的物质，因此当所述安全层应用到锂二次电池中后，能够有效缓解锂枝晶的生长，降低锂二次电池在各种极端及复杂环境中发生短路的风险，延长锂二次电池的循环寿命，提高锂二次电池的安全性能。本专利技术的安全层不会降低锂二次电池的能量密度。附图说明图1为本专利技术的安全层的一实施例的结构示意图；图2为本专利技术的锂二次电池的一实施例的结构示意图；图3为本专利技术的锂二次电池的另一实施例的结构示意图。其中，附图标记说明如下：1正极片11正极集流体12正极活性物质层2负极片21负极集流体22负极活性物质层3安全层31电子绝缘离子导通层32吸收层具体实施方式下面详细说明根据本专利技术的安全层及锂二次电池。首先说明根据本专利技术第一方面的安全层。参照图1至图3，根据本专利技术第一方面所述的安全层3，用于隔开正极片1和负极片2，包括至少两层电子绝缘离子导通层31以及至少一层吸收层32。吸收层32位于每相邻两层电子绝缘离子导通层31之间。在安全层3中，分别靠近正极片1和负极片2的一侧为电子绝缘离子导通层31。吸收层32包括能够可逆脱嵌锂的物质，且吸收层32的电导率不小于10-1S/m。在根据本专利技术第一方面所述的安全层3中，优选地，吸收层32的电导率可不小于1S/m。在根据本专利技术第一方面所述的安全层3中，在锂二次电池正常使用的情况下，即安全层3中的电子绝缘离子导通层31尚未被负极生长的锂枝晶刺穿，由于没有电子导通，吸收层32中的能够可逆脱嵌锂的物质不会发生电化学反应，从而不会降低锂二次电池的首次效率，不会对锂二次电池的能量密度造成明显损失；同时吸收层32中的能够可逆脱嵌锂的物质可以吸收电解液，使多余的电解液储存在吸收层32中，保证电解液储存在每一层正极片1和负极片2之间，从而使电解液不出现在裸电芯表面，起到较好的保液效果，进而可以改善锂二次电池的涨液现象。若锂二次电池被滥用产生锂枝晶，则在锂枝晶生长过程中，锂枝晶会首先刺破安全层3靠近负极片2一侧的电子绝缘离子导通层31，然后与吸收层32中的能够可逆脱嵌锂的物质接触，导致吸收层32电子导通，此时吸收层32也成为了锂二次电池的负极片2的一部分。由于电子导通，吸收层32中的能够可逆脱嵌锂的物质开始发生电化学反应，迅速增加了锂离子的嵌入通道，大量的锂离子嵌入到吸收层32中的能够可逆脱嵌锂的物质中，拟制了锂枝晶的进一步生长，从而大大降低了由于锂枝晶的生长而引发的安全风险。另外，当锂二次电池放电时，由于安全层3中的吸收层32电子导通，吸收层32中的能够可逆脱嵌锂的物质中嵌入的锂失去电子变成锂离子重新回到电解液中，同时锂枝晶中的锂也会失去电子变成锂离子重新回到电解液中，所以锂枝晶会在与吸收层32接触的地方断开，吸收层32不再电子导通，也就不再发生电化学反应，整个过程为下一次充电时锂枝晶的生长创造了嵌锂空间。在根据本专利技术第一方面所述的安全层3中，由于吸收层32中包括能够可逆脱嵌锂的物质，因此锂二次电池的电芯平衡率(即CB值，负极容量/正极容量)可以适当降低，从而使锂二次电池获得高的能量密度。在根据本专利技术第一方面所述的安全层3中，所述能够可逆脱嵌锂的物质前50次循环的体积膨胀率可不大于30％。在根据本专利技术第一方面所述的安全层3中，所述能够可逆脱嵌锂的物质可选自石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、硅碳化合物、钛酸锂中的一种或几种。其中，碳硅化合物包括碳包覆硅形成的化合物以及碳与硅直接混合得到的化合物中的一种或几种。石墨包括天然石墨、人造石墨中的一种或几种。在根据本专利技术第一方面所述的安全层3中，吸收层32还可包括导电剂。所述导电剂可选自乙炔黑、SuperP、SuperS、350G、碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNTs)、科琴黑中的一种或几种。在根据本专利技术第一方面所述的安全层3中，吸收层32还可包括粘结剂。所述粘结剂可选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)中的一种或几种。在根据本专利技术第一方面所述的安全层3中，吸收层32也可包括粘结剂和导电剂的混合物。在根据本专利技术第一方面所述的安全层3中，电子绝缘离子导通层31可包括隔离膜、聚合物电解质、无机固体电解质以及氧化物陶瓷中的一种或几种。其中，聚合物电解质可包括凝胶聚合物电解质(GPE)、全固态聚合物电解质(SPE)、聚合物单离子导体等。在根据本专利技术第一方面所述的安全层3中，所述隔离膜的具体种类并不受到具体的限制，可以是现有锂二次电池中使用的任何隔离膜材料，例如可为聚烯烃隔离膜，具体地可为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯以及它们的多层复合膜，但不仅限于这些。在根据本专利技术第一方面所述的安全层3中，所述凝胶聚合物电解质的具体种类并不受到具体的限制，可以是现有的任何凝胶聚合物电解质材料。凝胶聚合物电解质主要包括聚合物骨架、增塑剂以及锂盐。例如可为以聚丙烯腈(PAN)、聚氧乙烯(PEO)、聚氧丙烯(PPO)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的一种或几种为聚合物骨架得到的凝胶聚合物电解质，但不仅限于这些。在根据本专利技术第一方面所述的安全层3中，所述全固态聚合物电解质的具体种类并不受到具体的限制，可以是现有的任何全固态聚合物电解质。全固态聚合物电解质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种安全层(3)，用于隔开正极片(1)和负极片(2)，其特征在于，安全层(3)包括：至少两层电子绝缘离子导通层(31)；以及至少一层吸收层(32)，位于每相邻两层电子绝缘离子导通层(31)之间；在安全层(3)中，分别靠近正极片(1)和负极片(2)的一侧为电子绝缘离子导通层(31)；吸收层(32)包括能够可逆脱嵌锂的物质，且吸收层(32)的电导率不小于10‑1S/m。

【技术特征摘要】
1.一种安全层(3)，用于隔开正极片(1)和负极片(2)，其特征在于，安全层(3)包括：至少两层电子绝缘离子导通层(31)；以及至少一层吸收层(32)，位于每相邻两层电子绝缘离子导通层(31)之间；在安全层(3)中，分别靠近正极片(1)和负极片(2)的一侧为电子绝缘离子导通层(31)；吸收层(32)包括能够可逆脱嵌锂的物质，且吸收层(32)的电导率不小于10-1S/m。2.根据权利要求1所述的安全层(3)，其特征在于，吸收层(32)的电导率不小于1S/m。3.根据权利要求1所述的安全层(3)，其特征在于，所述能够可逆脱嵌锂的物质前50次循环的体积膨胀率不大于30％。4.根据权利要求1所述的安全层(3)，其特征在于，所述能够可逆脱嵌锂的物质包括石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、硅碳化合物、钛酸锂中的一种或几种。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿艳辉，谢远森，杜鹏，董佳丽，陈宗飞，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35