一種鋰離子電池負(fù)極及其制得的鋰離子電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋰離子電池用負(fù)極及其制得的鋰離子電池，屬于鋰離子電池技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池由于其電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代社會 得到了廣泛的應(yīng)用。鋰離子電池逐步在移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等部分方 面代替了傳統(tǒng)電池。其中高倍率鋰離子電池已在電動(dòng)汽車中試用，將成為21世紀(jì)電動(dòng)汽車 的主要?jiǎng)恿﹄娫粗弧?br>[0003] 隔膜的性能決定了鋰離子電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響鋰離子電池的容量、 循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。目前 最常用的隔膜材料為高強(qiáng)度、薄膜化的聚烯烴系多孔膜，如聚丙烯（PP)和聚乙烯（PE)微孔 隔膜。然而，聚丙烯（PP)單層隔膜存在成本高、膜的機(jī)械強(qiáng)度較低，且閉孔溫度較高，約在 160°C左右的缺陷，而聚乙烯（PE)單層隔膜的熔斷溫度偏低，導(dǎo)致高溫收縮率較大，膜的強(qiáng) 度低、安全性能差等缺點(diǎn)?，F(xiàn)階段已有研究表明在隔膜表面涂覆納米氧化鋁薄膜，可提高鋰 離子電池的安全性，其主要理論基礎(chǔ)是氧化鋁薄膜相比PP或PE具有更好的機(jī)械強(qiáng)度，受熱 不收縮。
[0004] 然而，目前選用的氧化鋁為納米氧化鋁顆粒，由于涂覆過厚會導(dǎo)致電池內(nèi)阻顯著 上升，所以通常涂覆厚度不超過5um，但涂覆較薄又降低氧化鋁涂層的阻斷效果，同時(shí)對電 池的安全性提升也是大打折扣。此外，由于氧化鋁涂層仍需依賴傳統(tǒng)PP或PE隔膜，PP、PE 隔膜的諸多弊端也沒有得到實(shí)質(zhì)性解決。因此，提出一種薄膜厚度適度，又不需要依賴傳統(tǒng) 隔膜的鋰離子電池負(fù)極顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池用負(fù)極制備方法以及采用此負(fù)極制備的鋰 離子電池。其突出特征在于采用在負(fù)極活性物質(zhì)表面涂覆一層微孔氧化鋁涂層來取代傳統(tǒng) 鋰離子電池用PP、PE隔膜，進(jìn)而改善電池的安全特性以及提升電池的高倍率循環(huán)特性。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種鋰離子電池用負(fù)極，包括自下而上的負(fù)極基材層、負(fù)極活性物質(zhì)層、氧化鋁微 孔涂層。
[0008] 本發(fā)明所述的鋰離子電池負(fù)極中，所述氧化鋁微孔涂層的厚度介于10-30ym之 間。
[0009] 本發(fā)明所述的鋰離子電池負(fù)極中，所述氧化鋁微孔涂層的微孔孔徑介于 0. 03-0. 12 um 之間。
[0010] 本發(fā)明所述的鋰離子電池負(fù)極中，所述氧化鋁微孔涂層的孔隙率介于40-50%之 間。
[0011] 本發(fā)明所述的鋰離子電池負(fù)極中，所述氧化鋁微孔涂層是由a晶型多孔氧化鋁 陶瓷顆粒材料通過制備漿料，進(jìn)而在已經(jīng)過碾壓的負(fù)極活性物質(zhì)層表面涂覆厚度為10~ 30 ym的涂膜而制得的；
[0012] 其中，所述a晶型多孔氧化鋁陶瓷顆粒材料具有如下特性：（1)粒徑分布均勻，顆 粒內(nèi)部孔徑適中，通過選用不同粒徑分布、不同孔徑分布的氧化鋁陶瓷顆粒材料可以控制 制備的氧化鋁微孔涂層的孔徑分布，進(jìn)而可以獲得鋰離子的良好通路。（2)純度高，不引入 雜質(zhì)，不會影響電池內(nèi)部環(huán)境。在本發(fā)明中，優(yōu)選所述a晶型多孔氧化鋁陶瓷顆粒的孔徑 分布為〇. 03-0. 12 um之間，粒度分布為1~5 um。
[0013] 其中，所述漿料是由a晶型多孔氧化鋁陶瓷顆粒與粘結(jié)劑以質(zhì)量比（93-99): (1-7)混配的；所述粘結(jié)劑的分子量為50萬~200萬。通過調(diào)控制漿料配比及粘結(jié)劑分子 量來控制涂層的孔隙率。所述粘結(jié)劑具體選擇分子量90萬的PVDF、分子量100萬的PVDF、 分子量110萬的PVDF。
[0014] 其中，所述負(fù)極基材層材質(zhì)可選自本領(lǐng)域常用的作為鋰離子電池負(fù)極材料的金 屬，如銅、鐵等。
[0015] 其中，所述負(fù)極活性物質(zhì)層材質(zhì)選自碳類材料（如石墨）、硅類材料或二者的復(fù)合 材料。
[0016] 本發(fā)明在負(fù)極活性物質(zhì)層表面增設(shè)氧化鋁微孔涂層，取代了傳統(tǒng)鋰離子動(dòng)力電池 所用的PP、PE材質(zhì)隔膜，不僅具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)具有不存在高溫閉孔的問題，可顯 著提高鋰離子動(dòng)力電池的耐高溫性能和安全性。
[0017] 本發(fā)明通過采用涂覆技術(shù)手段，將氧化鋁粉涂覆于負(fù)極活性物質(zhì)層表面，并通過 調(diào)整所選擇的a晶型多孔氧化鋁陶瓷顆粒的孔徑分布、粒度分布來控制所制的氧化鋁涂 層的孔徑分布；通過調(diào)節(jié)制備漿料的配比及選用粘結(jié)劑分子量不同來調(diào)劑制備涂層的孔隙 率，通過調(diào)節(jié)涂覆過程中的涂膜厚度來調(diào)節(jié)涂層的厚度，通過以上控制點(diǎn)控制氧化鋁薄膜 的厚度、孔隙率、微孔孔徑，從而實(shí)現(xiàn)了將氧化鋁直接覆于負(fù)極活性物質(zhì)表面的目的，最終 獲得的氧化鋁微孔薄膜既能夠完全替代傳統(tǒng)隔膜的功能，又可進(jìn)一步提高鋰離子電池的安 全性和高溫循環(huán)性能。
[0018] 本發(fā)明還提供一種鋰離子電池，包括正極，負(fù)極、電解液以及將三者密封于電池內(nèi) 部的結(jié)構(gòu)件，其中，所述負(fù)極為上述含有氧化鋁微孔涂層的鋰離子電池負(fù)極。
[0019] 其中，所述正極片與負(fù)極片相互疊放而密封于電池內(nèi)部；所述電池負(fù)極各周邊超 出正極片邊緣，正極片與負(fù)極活性物質(zhì)間通過負(fù)極表面的氧化鋁微孔涂層阻斷。
[0020] 其中，所述正極中的活性物質(zhì)為磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰或鈷酸鋰。
[0021] 采用本發(fā)明所述的鋰離子負(fù)極制得的鋰離子電池，具有以下有益效果：
[0022] (1)具有耐高溫性的特性，在180°C以上還能保持完整狀態(tài)，而常規(guī)帶有隔膜的鋰 離子動(dòng)力電池在使用的過程中易產(chǎn)生大量的熱量，很容易失效。
[0023] (2)具有高強(qiáng)度的特性。傳統(tǒng)帶有隔膜的鋰離子動(dòng)力電池正負(fù)極切邊處容易產(chǎn)生 分切毛刺以及極片表面存在尖銳凸起，刺穿隔膜形成短路。而本發(fā)明所述的電池負(fù)極由于 覆涂氧化鋁微孔涂層，具有較強(qiáng)的抗針刺強(qiáng)度，可有效防止電池的內(nèi)部短路。
[0024] (3)具有對電解液吸液良好的特性。因?yàn)榭讖浇橛?.03~0.12um之間，有較強(qiáng)的 毛細(xì)作用力，具有良好的保液能力。
[0025] (4)具有高倍率的特性。氧化鋁在鋰離子電池中可形成固溶體，提高倍率特性和循 環(huán)性能。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明所述的鋰離子電池負(fù)極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖中：1、負(fù)極基材層；2、負(fù)極活性物質(zhì)層；3、氧化鋁微孔涂層；4、正極活性物質(zhì) 層；5、正極基材層。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0029] 實(shí)施例1一種鋰離子電池負(fù)極
[0030] 本實(shí)施例提供一種鋰離子電池負(fù)極，如圖1所示，其自下而上依次為負(fù)極基材層、 負(fù)極活性物質(zhì)層、氧化鋁微孔涂層。
[0031] 其中，所述制得的氧化鋁微孔涂層的厚度為20±1 ym。
[0032] 其中，所述制得的氧化鋁微孔涂層的微孔孔徑介于0. 03-0. 12 ym之間。
[0033] 其中，所述制得的氧化鋁微孔涂層的孔隙率在45%左右。
[0034] 其中，所述氧化鋁材料是將a晶型多孔氧化鋁陶瓷顆粒材料與分子量為100萬 的粘結(jié)劑以質(zhì)量比95 :5比例混配制成漿料，進(jìn)而在已經(jīng)過碾壓的負(fù)極活性物質(zhì)層表面 涂覆厚度為20ym的涂膜而制得的。所述a晶型多孔氧化鋁陶瓷顆粒選擇孔徑分布為 0. 03-0. 12 y m，粒度分布為1~5 y m的氧化錯(cuò)陶瓷顆粒。
[0035] 其中，所述負(fù)極基材層材質(zhì)為銅。
[0036] 其中，所述負(fù)極活性物質(zhì)層材質(zhì)為石墨。
[0037] 實(shí)施例2-種鋰離子電池負(fù)極
[0038] 本實(shí)施例提供一種與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)相似的鋰離子電池負(fù)極，區(qū)別僅在于：所述氧 化鋁微孔涂層的厚度為11±1 ym。
[0039] 實(shí)施例3 -種鋰離子電池負(fù)極
[0040] 本實(shí)施例提供一種與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)相似的鋰離子電池負(fù)極，區(qū)別僅在于：所述氧 化鋁微孔涂層的厚度為29±1 ym。
[0041] 實(shí)施例4 一種鋰離子電池