[发明专利]正极极片及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明提出了正极极片及其制备方法、锂离子电池。该正极极片包括：集流体；膜层，膜层涂覆于集流体上，且形成膜层的材料包括正极活性物质、粘结剂、导电剂和碳酸钡。本发明所提出的正极极片，其中加入了温度敏感的电阻陶瓷材料钛酸钡，该方案能够在电芯出现热失控的起始阶段就切断内部电流，从而阻止进一步的放热反应，进而可显著改进锂离子电池的安全性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体的，本发明涉及正极极片及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

目前，新能源汽车已经成为全球汽车行业的发展趋势，而动力电池对新能源汽车的发展起到了关键作用。续航里程不断提升的需求对电池能量密度提出了越来越高的要求，但是高能量密度提升的同时往往带来安全性能的下降。作为目前发展热点，高镍三元正极锂离子电池的安全性能已经备受人们关注，随着其三元正极中镍含量的逐步提高，正极材料的稳定性出现明显下降，同时正极材料和电解液发生的副反应明显增多，放热量变大。因此，使用高镍正极材料会进一步降低锂离子电池的安全性能。

针对三元锂离子电池安全性的问题，国内外各种不同的技术方案来解决：1)第一种对电芯结构件设计改进：例如，可在电池外壳和壳盖之间填充干粉，保护装置是在电芯内部已经完全失控的情况下采取的外部电流防护措施，但是无法及时切断内部的电流；又如，在外壳内形成与电化学活性区域隔开的至少一个室，将燃烧减缓剂设置在室内，由此燃烧减缓剂不与电化学活性区域接触，虽然，该结构可以防止阻燃添加剂对电性能的影响，但结构较为复杂，导致电池的能量密度出现较大幅度的下降。2)第二种对正极改进：可采用核壳结构的三元材料来改进安全性和循环性；也可采用钛酸锂包覆三元来提高安全性；或者通过提高三元材料表面的Mn/Ni比例来改进安全性；但是这些方法的材料制备方法复杂，成本较高，产品的稳定性也存在一定的问题。3)第三种是对极片工艺改进：可通过导电剂的改变来改进导电性和安全性；或通过在正极极片中添加碳酸锂来改善浆料的分散性和安全性；这些方法虽工艺简单，但效果有限，并且，在电芯热失控时放热量大，这些添加剂也只能抑制少量的热量释放。

所以，现阶段的三元锂离子电池的正极极片仍有待改进。

发明内容

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：

本发明人在研究过程中发现，可在电芯内部的正极极片中加入温度敏感的电阻陶瓷材料钛酸钡来改进电芯安全性的技术方案。该方案能够在电芯出现热失控的起始阶段切断内部电流，从而阻止进一步的放热反应。本发明的方案具有方法简单、成本低，对电芯性能影响小等优点。

有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种制备方法简单、改进成本低且显著提高锂离子电池安全性能的正极极片。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种正极极片。

根据本发明的实施例，所述正极极片包括：集流体；膜层，所述膜层涂覆于所述集流体上，且形成所述膜层的材料包括正极活性物质、粘结剂、导电剂和碳酸钡。

发明人经过研究发现，本发明实施例的正极极片，其中加入了温度敏感的电阻陶瓷材料钛酸钡，该方案能够在电芯出现热失控的起始阶段就切断内部电流，从而阻止进一步的放热反应，进而可显著改进锂离子电池的安全性能。

另外，根据本发明上述实施例的正极极片，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述正极活性物质为Li_aNi_xCo_yMn_zO₂，其中0≤a≤1.2，0.5≤x≤1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，x+y+z＝1。

根据本发明的实施例，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和聚酰亚胺中的至少之一。

根据本发明的实施例，所述导电剂包括碳黑、石墨、碳纳米管、碳纤维和石墨烯的至少之一。