專利名稱：一種高安全性鋰離子二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高安全性鋰離子二次電池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有高工作電壓、高比能量、循環(huán)壽命長、無環(huán)境污染等優(yōu)點，作為能將電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的二次化學(xué)電源，被視為電力儲能系統(tǒng)的熱門候選技術(shù)之一。自誕生以來，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，獲得迅速的發(fā)展。目前，不僅在移動式通訊設(shè)備和便攜式電子設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用，而且也廣泛應(yīng)用于電動工具、電動自行車以及電動汽車等大型電動設(shè)備方面，因此，目前對鋰離子電池的安全性能要求越來越高，如何提高電池安全性能是目前各大電池廠家研究的主要方向。對于鋰離子二次電池，由于電池電壓一般在3 4.5V之間，所以不能使用安全系數(shù)高的水作為電解液溶劑，只能用抗電壓較高的碳酸酯類溶劑。這就導(dǎo)致了鋰離子二次電池的安全性能不如水系溶劑的電池，如鉛酸、鎳氫電池等。為了提高鋰離子二次電池的安全性，現(xiàn)有技術(shù)人員在很多方面做了研究改進(jìn)，重點研究的方向有電極材料、隔膜材料、電解液材料。其中，隔膜材料還只是在傳統(tǒng)的聚烯烴塑料隔膜上進(jìn)行改進(jìn)，基體還是使用塑料材質(zhì)。聚烯烴塑料(如商品化的聚丙烯PP、聚乙烯PE材料)的融化溫度都在13(Tl60°C左右，這就導(dǎo)致了電池在高于上述溫度時，內(nèi)部反性電極就會發(fā)生短路問題，從而發(fā)生劇烈的放熱，從而導(dǎo)致安全事故發(fā)生，影響到鋰離子二次電池的使用安全。因此，目前迫切需要開發(fā)出一種鋰離子二次電池，其可以解決電極隔膜融化所導(dǎo)致的電池短路問題，避免安全事故的發(fā)生，能夠具有良好的安全性能，保證鋰離子電池的長時間正常使用，延長鋰離子二次電池的使用壽命。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種高安全性鋰離子二次電池，其性能穩(wěn)定可靠，可以解決電極隔膜融化所導(dǎo)致的電池短路問題，避免安全事故的發(fā)生，能夠具有良好的安全性能，保證鋰離子電池的長時間正常使用，延長鋰離子二次電池的使用壽命，從而具有廣泛的市場應(yīng)用前景，具有重大的生產(chǎn)實踐意義。為此，本實用新型提供了一種高安全性鋰離子二次電池，包括有密封殼體，所述密封殼體內(nèi)包含有陽極、陰極和電解液；所述陽極和/或陰極的表面具有單層或多層絕緣體膜，所述絕緣體膜具備多孔結(jié)構(gòu)。其中，所述陰極的材質(zhì)包括鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、鋰鈷鎳錳氧化物和鋰鐵磷酸鹽中的至少一種；所述陽極的材質(zhì)包括石墨、硬碳、軟碳、硅基材料和錫基材料中的至少一種。其中，所述絕緣體膜為包含有陶瓷絕緣層和膠粘層且具備多孔結(jié)構(gòu)的絕緣體膜。[0012]其中，所述陶瓷絕緣層的材質(zhì)為氧化物陶瓷材料或者絕緣氮化物材料；所述氧化物陶瓷材料包括氧化鋁、氧化鈦和氧化硅中的至少一種，所述絕緣氮化物材料為氮化硅。其中，所述陶瓷絕緣層中包含的氧化物陶瓷材料或者絕緣氮化物材料的粒徑范圍為I 15 u m。其中，所述鋰離子二次電為疊片式電池。其中，所述陽極與陰極通過交叉層疊的方式進(jìn)行層疊在一起。由以上本實用新型提供的技術(shù)方案可見，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型提供了一種高安全性鋰離子二次電池，其性能穩(wěn)定可靠，可以解決電極隔膜融化所導(dǎo)致的電池短路問題，避免安全事故的發(fā)生，能夠具有良好的安全性能，保證鋰離子電池的長時間正常使用，延長鋰離子二次電池的使用壽命，從而具有廣泛的市場應(yīng)用前景，具有重大的生產(chǎn)實踐意義。

圖1為本實用新型提供的一種高安全性鋰離子二次電池中具有孔隙的氧化鋁膜一種實施例的結(jié)構(gòu)示意簡圖；圖2為本實用新型提供的一種高安全性鋰離子二次電池中具有孔隙的氧化鋁膜轉(zhuǎn)移到陽極材料上時一種實施例的結(jié)構(gòu)示意簡圖；圖3為本實用新型提供的一種高安全性鋰離子二次電池中陽極材料、具有孔隙的氧化鋁膜、陰極材料之間交叉層疊時一種實施例的結(jié)構(gòu)示意簡圖；圖中，I為PET基材，2為氧化鋁膜，3為孔隙，4為備用膠液層，5為陽極放卷軸，6為基材放卷軸，7為基材收卷軸，10為陽極，20為陰極。
具體實施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實用新型方案，
以下結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本實用新型提供了一種高安全性鋰離子二次電池，包括有密封殼體，所述密封殼體內(nèi)包含有陽極、陰極和電解液。在本實用新型中，所述密封殼體可以為采用鋁材、鋼材或塑膠材質(zhì)制成的殼體，或者所述密封殼體可以為塑膜殼。在本實用新型中，所述電解液可以包含有聚酯類溶劑和鋰鹽溶質(zhì)，或者可以為其他非水電解液。例如，所述聚酯類溶劑可以為碳酸甲乙酯(EMC)，所述鋰鹽溶質(zhì)可以為六氟磷酸鋰(LiPF6)15在本實用新型中，所述陽極和陰極均具備了兩種功能，即作為能量存儲體和反性電極(不同極性電極)之間的絕緣體。需要說明的是，對于本實用新型，所述密封殼體用于確保電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外界隔絕；所述電解液用于提供離子的傳導(dǎo)介質(zhì)；所述陽極和陰極，不僅都作為能量存儲體，還同時具備彼此之間的電子絕緣性；在本實用新型中，對于本實用新型的鋰離子二次電池，為了讓陽極和陰極可以作為能源存儲體，所述陰極的材質(zhì)可以為過渡金屬鋰氧化物，具體可以包括鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、鋰鈷鎳錳氧化物和鋰鐵磷酸鹽中的至少一種；所述陽極的材質(zhì)可以包括石墨、硬碳、軟碳、硅基材料和錫基材料中的至少一種，這些材質(zhì)為具備儲鋰能力的物質(zhì)。在本實用新型中，為了讓所述陽極和陰極可以作為反性電極之間絕緣體，即不同極性的電極之間相互電子絕緣，具體實現(xiàn)上，所述陽極和/或陰極(即陽極和陰極中至少一個)的表面具有單層或多層絕緣體膜。在本實用新型中，所述絕緣體膜可以為陶瓷絕緣層和膠粘層的多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)，SP為所述絕緣體膜為包含有陶瓷絕緣層和膠粘層且具備多孔結(jié)構(gòu)(即具有多個孔隙)的絕緣體膜。具體實現(xiàn)上，所述陶瓷絕緣層的材質(zhì)可以為氧化物陶瓷材料或者絕緣氮化物材料，所述氧化物陶瓷材料具體可以包括氧化鋁、氧化鈦和氧化硅中的至少一種，所述絕緣氮化物材料可以為氮化硅。需要說明的是，對于本實用新型，所述陶瓷絕緣層中包含的陶瓷材料顆粒(如氧化物陶瓷材料或者絕緣氮化物材料)的粒徑范圍為廣15 u m,不能使用低于500nm的陶瓷顆粒材料，以確保所述絕緣體膜形成時，相鄰的陶瓷顆粒之間具備足夠的空間留下孔隙，通過這些孔隙，可以填充用于傳導(dǎo)離子用的電解液。因此，對于本實用新型提供的鋰離子二次電池，其包含的陽極和陰極，一方面可以通過絕緣體膜阻隔相互之間的電子傳導(dǎo)，避免出現(xiàn)不同極性電極之間的短路問題，另一方面由于絕緣體膜具備了足夠的孔隙來容納電解液，從而可以通過絕緣體膜孔隙中的電解液進(jìn)行離子傳導(dǎo)，進(jìn)而提高鋰離子二次電池工作所必須的離子電導(dǎo)。還需要說明的是，對本實用新型而言，如果兩個相鄰陶瓷顆粒之間形成的孔隙太小，將不具備足夠的離子導(dǎo)電性。因此，具體實現(xiàn)上，所述陶瓷顆粒(如氧化物陶瓷材料或者絕緣氮化物材料)的粒徑范圍優(yōu)選為3飛ym，以確保相鄰陶瓷顆粒之間具有足夠的孔隙和較佳的加工特性。在本實用新型中，所述膠粘層所采用的用膠一般選擇與所固定的電極(陽極或陰極)極性相反的類別，從而防止在制備過程中，對電極、陶瓷絕緣膜表面進(jìn)行侵蝕。在本實用新型中，具體實現(xiàn)上，為了讓所述絕緣體膜在陽極和/或陰極電極的表面固定，可以采用滾涂、噴涂和熱合轉(zhuǎn)移的方式，使絕緣體膜在陽極和/或陰極電極表面成型固定。在本實用新型中，具體實現(xiàn)上，為了在所述絕緣體膜上形成孔隙，可以采用揮發(fā)溶劑的方式，在絕緣體膜形成的過程中，通過烘干易揮發(fā)的溶劑，使之留孔。在本實用新型中，所述絕緣體膜上多孔結(jié)構(gòu)(即形成多個孔隙)的制備步驟可以為:第一步:將包含陶瓷絕緣層材質(zhì)顆粒和易揮發(fā)溶劑的溶膠滾涂在一種基材上；第二步:然后烘烤，使得溶膠中的易揮發(fā)溶劑被揮發(fā)掉，從而在所形成的絕緣體膜(即陶瓷絕緣層材質(zhì)膜)上制備形成多個孔隙(即形成多孔結(jié)構(gòu))。在本實用新型中，具體實現(xiàn)上，所述絕緣體膜的厚度范圍優(yōu)選為15飛Oii m，如果厚度小于15 u m，則所述絕緣體膜將不能具備足夠電子絕緣性，如果厚度大于60 u m，則所述絕緣體膜將不能具備足夠的離子傳導(dǎo)性，從而無法提供鋰離子二次電池所必須的離子傳導(dǎo)。對于本實用新型，所述絕緣體膜的絕緣性能要達(dá)到Mohm (兆歐姆)級別，這樣才能保證電子絕緣性能。在本實用新型中，具體實現(xiàn)上，所述鋰離子二次電池的陽極和陰極這兩種電極的結(jié)合結(jié)構(gòu)，可以選擇層疊和卷繞結(jié)構(gòu)，也就是說，所述鋰離子二次電池可以為疊片式電池和卷繞式電池，具體優(yōu)選為疊片式電池，目的在于降低對絕緣體膜的破壞，確保電池的陽極和陰極等電極之間的結(jié)合緊密。在本實用新型中，具體實現(xiàn)上，所述陽極和陰極之間可以通過高溫高壓的熱壓方式結(jié)合在一起，形成陽電極、絕緣體膜和陰電極復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述熱壓采用的溫度優(yōu)選為80°C，所述熱壓采用的壓強(qiáng)優(yōu)選為0.2MPa，所述熱壓持續(xù)的時間范圍可以為flOmin，這樣，本實用新型既可以保證所述陽極和陰極之間的熱合粘結(jié)效果，又提高了生產(chǎn)效率，進(jìn)而降低電池的生產(chǎn)成本。需要說明的是，對于本實用新型提供的鋰離子二次電池，其可以確保電池在160°C以上高溫下不出現(xiàn)反性電極(不同極性電極)之間的短路問題，提高了電池安全性。同時，基于上述本實用新型提供的制造工藝，可以確保了鋰離子二次電池中的絕緣體膜具備了足夠的孔隙來容納電解液，進(jìn)而通過孔隙中的電解液提供了鋰離子二次電池正常工作所必須的離子電導(dǎo)。此外，所述陽極和陰極通過熱壓方式結(jié)合在一起，可以使得鋰離子電池的電極結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，確保了電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能。下面通過一個具體實施例來說明本實用新型提供的一種高安全性鋰離子二次電池的具體制備過程。1、選擇材料步驟。選擇α形的固態(tài)氧化鋁Al2O3作為絕緣體膜中陶瓷絕緣層的材質(zhì)(需要說明的是，所述固態(tài)氧化鋁Al2O3可以為α型的Al2O3和Y型的Al2O3中的至少一種)，所述固態(tài)氧化鋁Al2O3顆粒的平均粒徑(即D50)范圍優(yōu)選為2 μ πΓ Ο μ m ;同時，所述氧化鋁Al2O3顆粒的膠 粘層用膠可以為固態(tài)聚丙烯酸膠(需要說明的是，既可以為聚丙烯類膠，還可以為固態(tài)聚偏氟乙烯類膠，例如固態(tài)聚偏氟乙烯PVDF)。此時，對于本實用新型，所述氧化鋁Al2O3顆粒和聚丙烯酸膠之間的質(zhì)量比可以為95:5，其中，還包括含造孔物:液態(tài)的硅烷偶聯(lián)劑，所述硅烷偶聯(lián)劑和所述氧化鋁Al2O3顆粒之間的質(zhì)量比為1:100 ；此時，陰極的材質(zhì)選擇為鋰鈷鎳錳氧化物材料，并用聚偏氟乙烯PVDF粘結(jié)。陽極的材質(zhì)選擇為人造石墨材料，并用水性基丁苯橡膠SBR粘結(jié)。2、制備電池步驟。本實用新型為了在陽極的表面上形成絕緣體膜，包括以下步驟:首先，用聚偏氟乙烯PVDF和N-甲基吡咯烷酮(NMP)制成溶膠，要求所述溶膠的固含星為3%，用于作為備用溶月父；接著，把氧化鋁Al2O3顆粒、聚丙烯酸膠和硅烷偶聯(lián)劑這三者溶質(zhì)用溶劑NMP(N-甲基吡咯烷酮)進(jìn)行溶解，配置形成固含量為40%的氧化鋁Al2O3溶膠； 然后，把氧化鋁Al2O3溶膠滾涂到PET基材(即聚對苯二甲酸乙二酯PET聚酯薄膜)上，要求滾涂的絕緣體膜的厚度為35 μ m,然后用120°C的溫度烘烤，使氧化鋁Al2O3溶膠變成凝膠，并讓液態(tài)的NMP揮發(fā)，最終在所形成的氧化鋁膜上形成孔隙，如圖1所示，所述氧化鋁膜2形成在所述PET基材I表面，所述氧化鋁膜2上具有多個孔隙3，；[0052]然后，如圖2所示，用陽極放卷軸5對陽極極片進(jìn)行碾壓后，將上述形成的氧化鋁膜放置到陽極的表面，同時在放置過程中，用基材放卷軸6和基材收卷軸7將PET基材I從氧化鋁膜上剝離開來，并且用噴槍噴射備用溶膠于氧化鋁膜2與陽極10的表面之間，形成一層備用膠液層4，從而形成陽極材料、備用溶膠層和氧化鋁膜的“復(fù)合結(jié)構(gòu)”，然后用120°C的溫度進(jìn)行烘烤，使液態(tài)的NMP揮發(fā)，同樣在備用膠液層4上形成孔隙3 ；然后，將具有氧化鋁膜的陽極10與陰極20通過交叉層疊的方式進(jìn)行層疊，達(dá)到疊片式電池的生產(chǎn)廠家所需要的層數(shù)，如圖3所示，然后采用熱壓方式將表面具有氧化鋁膜2的陽極10與陰極20結(jié)合在一起，熱壓時采用的壓強(qiáng)為0.2MPa，熱壓的溫度為80°C，熱壓時間為I分鐘，從而讓表面具有氧化鋁膜2的陽極10與陰極20之間牢牢的熱合粘結(jié)；最后，然后放入到密封殼體(如鋁塑膜殼體)中，并注入電解液，讓陰極和陽極以及絕緣體膜吸收電解液，最終形成一種高安全性的鋰離子二次電池，其具有的陽極和陰極之間不僅可以通過絕緣體膜阻隔電子傳導(dǎo)，同時還可以通過絕緣體膜孔隙中的電解液進(jìn)行離子傳導(dǎo)，保證鋰離子電池的使用性能。因此，基于上述本實用新型提供的技術(shù)方案和實施例可知，本實用新型提供了一種高安全性鋰離子二次電池，該鋰離子二次電池包括密封件、電解液、極性相反的電極(陰極、陽極)，陽極和陰極之間通過交叉層疊或卷繞組合在一起，陽極和陰極之間填充有電解液，而后通過密封件把整體密封，引出陰極和陽極導(dǎo)流端子，進(jìn)而形成一個電池體。對于本實用新型，由于陽極和陰極這兩個反極性電極之間不僅可以通過絕緣體膜阻隔電子傳導(dǎo)，還可以通過絕緣體膜孔隙中的電解液進(jìn)行離子傳導(dǎo)，同時所述陽極和陰極中至少一個的表面具有單層或多層絕緣體膜，所述絕緣體膜可以與電極進(jìn)行緊密結(jié)合，從而確保了本實用新型的電池在制作和使用過程中，具備足夠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。對于本實用新型提供的鋰離子二次電池，其陽極和/或陰極表面上具有的絕緣物體膜要具備足夠的孔隙率，用來填充離子傳導(dǎo)用的電解液。本實用新型的電池制造工藝包括絕緣體膜制備、絕緣體膜造孔和電池電極熱合粘結(jié)等工藝。因此，對于本實用新型制備的電池，其可以去除了傳統(tǒng)的塑料(聚烯烴)隔膜，采用耐高溫的絕緣體膜，可以提高在高溫下塑料隔膜融化引起的電池安全，同時，由于牢牢將陽極和陰極這兩個電極進(jìn)行固定，因此可以提高鋰離子二次電池的使用壽命。綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型提供了一種高安全性鋰離子二次電池，其性能穩(wěn)定可靠，可以解決電極隔膜融化所導(dǎo)致的電池短路問題，避免安全事故的發(fā)生，能夠具有良好的安全性能，保證鋰離子電池的長時間正常使用，延長鋰離子二次電池的使用壽命，從而具有廣泛的市場應(yīng)用前景，具有重大的生產(chǎn)實踐意義。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種高安全性鋰離子二次電池，其特征在于，包括有密封殼體，所述密封殼體內(nèi)包含有陽極、陰極和電解液； 所述陽極和/或陰極的表面具有單層或多層絕緣體膜，所述絕緣體膜上具備多孔結(jié)構(gòu)； 所述絕緣體膜為包含有陶瓷絕緣層和膠粘層且具備多孔結(jié)構(gòu)的絕緣體膜。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述陶瓷絕緣層的材質(zhì)為氧化物陶瓷材料或者絕緣氮化物材料，所述陶瓷絕緣層中包含的氧化物陶瓷材料或者絕緣氮化物材料的粒徑范圍為
3.如權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述鋰離子二次電為疊片式電池。
4.如權(quán)利要求1或3所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述陽極與陰極通過交叉層疊的方式進(jìn)行層疊在一起。
專利摘要本實用新型公開了一種高安全性鋰離子二次電池，包括有密封殼體，所述密封殼體內(nèi)包含有陽極、陰極和電解液；所述陽極和/或陰極的表面具有單層或多層絕緣體膜，所述絕緣體膜具備多孔結(jié)構(gòu)。本實用新型公開的一種高安全性鋰離子二次電池，其性能穩(wěn)定可靠，可以解決電極隔膜融化所導(dǎo)致的電池短路問題，避免安全事故的發(fā)生，具有良好的安全性能，保證鋰離子電池的長時間正常使用，延長鋰離子二次電池的使用壽命，從而具有廣泛的市場應(yīng)用前景，具有重大的生產(chǎn)實踐意義。
文檔編號H01M10/0585GK202996982SQ20122046537
公開日2013年6月12日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者于申軍, 田啟友 申請人:杭州萬好萬家動力電池有限公司