一种锂离子电池极片结构及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池极片结构及其制备方法和锂离子电池，所述锂离子电池的正极极片中涂布有占正极材料质量百分比为0.01‑10％的含磷无机盐。本发明专利技术无需使用复杂的包覆工艺，通过简单的物理混合工艺即可实现锂离子电池负极材料和/或正极材料的制造，降低了工序数量，提高了生成效率，使得该类材料的在锂离子电池中应用成本大大降低。

A kind of lithium-ion battery electrode structure and its preparation method and lithium-ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池极片结构及其制备方法和锂离子电池
本专利技术属于新能源电池
，具体涉及一种锂离子电池极片结构及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电芯是一种可反复充放电的二次电芯，它由正负极极片、隔离膜、电解液、机械件等主要成分组成。锂离子电池能量密度一直是行业关心的焦点问题，对锂离子电池正极材料进行改性是提升能量密度、改善性能的常见手段。随着锂离子二次电池能量密度的提升，其安全隐患问题凸显，例如三星“爆炸门”事件和近年来屡屡发生的新能源汽车自燃事件。在当前的技术手段下，锂离子电池的安全性尚需提高。同时，难点在于提高安全性能的同时，其余性能能够得到保持或无显著降低。许多含磷化合物在受热时分解释，可以捕获燃烧反应中产生的自由基，切断燃烧反应的链传递过程。因此，磷又被称为“阻燃元素”。将含磷化合物，特别是广泛运用于阻燃行业的磷酸盐、偏磷酸盐等盐类用于锂离子电池的电极材料中，可能有助于提高锂离子电池的安全性能。专利CN201611087260公开了一种包含磷氮系阻燃剂的高安全性锂离子电池负极材料。但其工艺十分复杂，且在制造过程中采用了有机溶剂进行溶解——烘干的工艺路线，增加了材料成本，并且需要进行环保处理。专利201910162005.7公开了一种表面包覆正极材料及其制备方法和应用，其中，表面包覆正极材料包括基体和包覆基体的包覆层，基体为正极材料，包覆层的组分含有偏磷酸铝，可以有效地改善了锂离子电池正极材料的循环性能，特别是高温循环性能。专利201811646875.3将锂离子电池正极材料前驱体与磷酸盐混合，然后进行低温焙烧，得到表面有焦磷酸盐或偏磷酸盐包覆层的前驱体；再将所述前驱体与锂盐混合并进行高温焙烧，得到正极材料，也可以提高正极材料的循环稳定性。然而，对于偏磷酸盐在负极材料的应用却并无公开。此外，使用包覆工艺对材料进行改性，此类方法涉及的工艺复杂，大大增加了锂离子电池的制造成本。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题。为此，本专利技术提供一种锂离子电池极片结构及其制备方法和锂离子电池，目的是提升电池安全性能，涉及的生成工艺较简单。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种锂离子电池极片结构，所述锂离子电池的负极极片中涂布有占负极材料质量百分比为0.01-10％的含磷无机盐。所述锂离子电池的正极极片中涂布有占正极材料质量百分比为0.01-10％的含磷无机盐。优选的，含磷无机盐的比例为0.5％-5％。优选的，所述磷酸盐包括Li3PO4、Na3PO4、K3PO4、AlPO4、Mg3(PO4)2；偏磷酸盐包括LiPO3、NaPO3、KPO3、Al(PO3)3、Y(PO3)3或La(PO3)3；所述焦磷酸盐包括Li2P2O7、Na2P2O7、K2P2O7、(NH4)2P2O7；所述多聚磷酸盐包括多聚磷酸铵、多聚磷酸钠。将含磷无机盐通过物理混合手段，直接进行掺混，可以大大减少工序，提高锂离子电池生产效率，降低生产成本。但是其直接使用，对于负极材料的预混、搅拌及涂覆工艺均有挑战。本专利技术对其添加量、材料性能、使用工艺均做了优选，使得其可以通过简单掺混的方式应用于锂离子电池正极或负极材料中，同时锂电池的性能得到了提升。特别对添加剂的含量进行了优选。为了在发挥添加剂的性能同时不影响锂离子电池的加工工艺和其他性能，特别对粘接剂、导电剂的添加量进行了优选。将含磷无机盐以0.01％-10％的质量比例添加进锂离子电池负极材料中，与负极主材(石墨、含有硅的石墨、含有氧化亚硅的石墨等)共计占负极材料的85-98.5％，再加入导电剂、粘接剂等物质，在溶剂中，进行搅拌分散，并以滚涂或挤压涂布法工艺进行涂布，最终制得锂离子电池。所述锂离子电池极片结构的制备方法，包括负极极片的制备方法，所述负极极片的制备方法包括将负极主材、含磷无机盐、导电剂、粘接剂、增稠剂及水混合搅拌形成负极浆料，之后将负极浆料涂布于铜箔上，然后经烘烤、滚压、裁片，制成负极极片。所述负极主材包括石墨或含有硅的石墨或含有氧化亚硅的石墨。所述含有氧化亚硅的石墨，其中石墨与氧化亚硅的质量百分比为88％～92％：8％～12％。所述增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述负极主材及含磷无机盐的总量占负极材料总量的85-98.5％，所述增稠剂的质量占负极材料总量的1.5-2％。优选的，含磷无机盐与负极主材共计占负极材料的90-97％。优选的，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。将含磷无机盐以0.01％-10％的质量比例添加进锂离子电池正极材料中，与正极主材(镍钴锰酸锂、钴酸锂等)共计占正极材料的85-98.5％，再加入导电剂、粘接剂等物质，在NMP溶剂中，进行搅拌分散，并以滚涂或挤压涂布法工艺进行涂布，最终制得锂离子电池。所述锂离子电池极片结构的制备方法，包括正极极片的制备方法，所述正极极片的制备方法包括将正极主材、含磷无机盐、导电剂、粘接剂及溶剂混合搅拌形成正极浆料，之后将正极浆料涂布于铝箔上，然后经烘烤、滚压、裁片，制成正极极片。所述正极主材与偏磷酸盐的量占正极材料总量的85-98.5％。优选的，含磷无机盐与正极主材共计占正极材料的90-97％。本专利技术还提供一种锂离子电池，包括所述极片结构。所述锂离子电池不受锂离子电池外形的限制，包括圆柱、软包或者方形铝壳。本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术无需使用复杂的包覆工艺，通过简单的物理混合工艺即可实现锂离子电池负极材料和/或正极材料的制造，降低了工序数量，提高了生成效率，使得该类材料的在锂离子电池中应用成本大大降低。提高电池的安全性能，其中热滥用实验可以推迟失效，即升高了NCM523热失控温度约40～50度，升高了NCM622热失控温度约30～40度，升高了NCM811热失控温度约10～15度。并且优化了生产工艺，提高了生产效率。特别是负极材料的制备过程中采用水作为溶剂，避免了对有机溶剂进行回收或处理，降低了成本。附图说明本说明书包括以下附图，所示内容分别是：图1是实施例1及对比例1的热滥用实验曲线图；图2是实施例1及对比例1的容量对比图；图3是实施例1及对比例1的60度循环测试实验对比图；图4是实施例2及对比例1的热滥用实验曲线图；图5是实施例2及对比例1的容量对比图；图6是实施例2及对比例1的60度循环测试实验对比图；图7是实施例6及对比例1的热滥用实验曲线图；图8是实施例6及对比例1的容量对比图；图9是实施例6及对比例1的60度循环测试实验对比图；图10是实施例5及对比例4的热滥用实验曲线图；图11是实施例5及对比例4的容量对比图；图12是实施例5及对比例4的60度循环测试实验对比图；图13是实施例3及对比例2的热滥用实验曲线图；图14是实施例3及对比例2的容量对比图；图15是实施例3及对比例2的60度循环测试实验对比图；图16是实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池极片结构，其特征在于，所述锂离子电池的负极极片中涂布有占负极材料质量百分比为0.01-10％的含磷无机盐。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池极片结构，其特征在于，所述锂离子电池的负极极片中涂布有占负极材料质量百分比为0.01-10％的含磷无机盐。


2.根据权利要求1所述锂离子电池极片结构，其特征在于，所述锂离子电池的正极极片中涂布有占正极材料质量百分比为0.01-10％的含磷无机盐。


3.根据权利要求1或2所述锂离子电池极片结构的制备方法，其特征在于，所述含磷无机盐为磷酸盐、偏磷酸盐、焦磷酸盐、多聚磷酸盐的一种或几种的组合。


4.根据权利要求1所述锂离子电池极片结构的制备方法，其特征在于，包括负极极片的制备方法，所述负极极片的制备方法包括将负极主材、含磷无机盐、导电剂、粘接剂、增稠剂及水混合搅拌形成负极浆料，之后将负极浆料涂布于铜箔上，然后经烘烤、滚压、裁片，制成负极极片。


5.根据权利要求4所述锂离子电池极片结构的制备方法，其特征在于，所述负极主材包括石墨或含有硅的石墨或含有氧化亚硅的石墨。
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓伟，晏子聪，王灵君，赵善，
申请(专利权)人：芜湖天弋能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34