[发明专利]一种正极添加纳米树脂类固体阻燃剂的安全锂离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，特别涉及一种正极添加纳米树脂类固体阻燃剂的安全锂离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池广泛应用于各行各业，尤其在电动自行车和新能源汽车有着广泛的应用前景，随着行业的发展，对锂电池的性能要求越来越高。安全性问题是高容量及动力型锂离子电池商业化推广的主要制约因素,特别是在滥用条件下(如加热、过充、过放、短路、振动、挤压等)会出现发热、着火、乃至爆炸,严重的还会造成人员伤亡等事件。锂离子电池出现安全事故，主要是由电极和电解液间的化学反应引起。电解液的溶剂为有机碳酸酯类化合物，它们具有高活性，极易燃烧。处于充电态的电池正极材料为强氧化性化合物，同时处于充电态的负极材料为强还原性化合物。在滥用情况下，如过充、过热和短路等，高氧化性正极材料稳定性通常较差，易释放出氧气，而碳酸酯极易与氧气反应，放出大量的热和气体；产生的热量会进一步加速正极的分解，产生更多的氧气，促进更多放热反应的进行；同时强还原性的负极的活泼性接近金属锂，与氧接触会立即燃烧并引燃电解液、隔膜等。目前对锂离子电池安全性的研究多对外部电路添加保护措施,不能从根本上解决问题。而从电池的自身内部材料考虑的解决办法还处在探索中，主要集中在电解液中阻燃添加剂的研究应用，关于电池活性材料中添加阻燃剂的研究，专利CN101252189公开了一种在锂离子电池电极活性物质中掺杂聚磷酸铵的技术，该技术可使极片在循环过程中形成结果完整、均匀、致密的SEI膜，从而降低高温下SEI膜分解及放热反应发生几率，但是一旦SEI膜热分解，热失控还是无可避免，同时聚磷酸铵也是一种成本较高的阻燃添加剂。目前的研究也未见有在正极极片中添加廉价且高效的树脂类固体阻燃剂。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种正极添加纳米树脂类固体阻燃剂的安全锂离子电池，解决现有技术存在的缺点，在正极极片中添加纳米树脂类固体阻燃剂，纳米级的树脂与正极颗粒均匀混合，一方面可以吸热，抑制高氧化性正极材料的吸热析氧，另一方面吸热后树脂软化后包覆在正极材料表面，起到隔绝作用，切断离子和电子通道，从而提 高了电池的安全性。

一种正极添加纳米树脂类固体阻燃剂的安全锂离子电池，电池结构包括正极、负极、隔膜、电解液四大主要材料，正极材料中添加了纳米树脂类固体阻燃剂，其中，固体阻燃剂为苯基硅树脂、环氧树脂、酚醛树脂中的至少一种或苯基硅树脂、环氧树脂、酚醛树脂中的至少一种与聚磷酸铵和/或四溴双酚A组成的混合物；正极材料为钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、三元镍钴锰、磷酸铁锂、钒酸锂及其上述掺杂化合物中的至少一种；负极材料为可脱嵌锂的碳材料、碳合金材料、钛酸锂、硅基材料及其上述负极材料添加上述固体阻燃剂中的至少一种；隔膜为普通PP隔膜、PE隔膜或多层复合隔膜、陶瓷隔膜、无纺布隔膜中的至少一种；电解液为碳酸酯电解液或为阻燃型电解液。

作为优选，正极材料中添加的纳米树脂类固体阻燃剂质量百分占比为0.1％-10％；

作为优选，正极材料中添加的纳米树脂类固体阻燃剂的粒径为1nm-500nm；

作为优选，电池为软包装形式或胶壳形式或金属壳形式；

作为优选，正极材料中还添加有导电剂、粘接剂和溶剂；

作为优选，导电剂为Super P；

作为优选，粘结剂为PVDF；

一种正极添加纳米树脂类固体阻燃剂的安全锂离子电池的制备方法：包括以下步骤：

1)将正极材料与固体阻燃剂、导电剂、粘接剂、溶剂按一定的配比混合配浆；

2)将正极浆料涂布、制片得到正极片；

3)将正极片与负极片进行叠片得到电池电芯；

4)将电芯入壳，注入电解液后进行化成分容后，得到一种添加了固体阻燃剂的安全锂离子电池。

作为优选，所述配比为90:2:4:4:100。