[发明专利]一种锂离子电池

说明书

本发明属于电池领域，具体涉及一种锂离子电池。所述锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述隔膜包括基膜和形成在所述基膜的至少部分表面的涂层，所述涂层的涂覆物料包括核壳结构微球，所述核壳结构微球包括内核和包覆在所述内核上的外壳，所述内核包括格拉布催化剂，所述电解液中包括多官能度单体。本发明提供的锂离子电池在过热条件(如90℃)下可高效、快速固化商业液态电解液，从而避免锂离子电池在过热条件下进一步发生内短路和热失控，保障了锂离子电池安全，同时对锂离子电池的能量密度影响极小，从而解决锂离子电池能量密度和安全性之间的矛盾。

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种锂离子电池。

背景技术

随着锂离子电池的能量密度逐渐提高，其安全性成为了限制其大规模应用的瓶颈问题。而为了解决锂离子电池的安全问题，一个公认的、最根本的方法是发展本质安全的电池组成材料(如隔膜，电解液，正负极等等)。这可以从材料层次上杜绝电池的安全隐患，从根本上解决锂离子电池的安全问题。人们已经发展了比如新颖的安全隔膜，新颖的阻燃电解液，正向温度系数涂层材料，固态电解质，安全的电极材料涂层等等。这其中，隔膜是分隔正负极电极材料，防止电池的短路的关键组分。因此，对于隔膜材料安全性能的改进是一个重要的研究方向。而在以往的工作中，人们报道了例如聚丙烯(PP)/聚乙烯(PE)双层或PP/PE/PP三层自关孔复合隔膜(热失控隔膜自动关孔，导致电池内部断路)，陶瓷粒子涂覆(在隔膜上涂覆陶瓷纳米粒子，以提升隔膜的热稳定性)，石蜡粒子涂覆(热失控早期石蜡粒子融化，堵住隔膜的孔)，电压传感层修饰(在电压超过阈值后，做出响应，以释放多余的电压压力)等途径，改善隔膜的安全性能，而其中一些途径也已经商业化并得到广泛应用。然而，上述途径具有如下问题：(1)不能从根本上解决电池隔膜的致命问题，即高温下尺寸不稳定。由于传统隔膜材料(PE和聚丙烯)的熔点较低，这导致隔膜在受热的条件下就容易发生尺寸的缩小甚至融化，从而导致电池正负极直接接触，造成热失控。(2)由于前述途径的效率较低，为了保证电池的安全性，需要在隔膜中加入大量的电化学惰性材料，这导致电池的能量密度降低，电池内部离子导电性降低，对极端温度的响应缓慢等等。

因此，总的来说，在设计内部安全材料时，现有改善锂离子电池安全性材料的途径仍然需要在锂离子电池的“能量密度”和“安全性”之间做出权衡。因此，亟需发展需要高效的新型电池安全材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种在过热条件下可高效、快速固化商业液态电解液的锂离子电池，从而避免锂离子电池在过热条件下进一步发生内短路和热失控，保障了锂离子电池安全。同时，对锂离子电池本身的能量密度影响极小，从而解决锂离子电池“能量密度”和“安全性”的长久以来的矛盾。

具体来说，本发明提供了如下技术方案：

一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述隔膜包括基膜和形成在所述基膜的至少部分表面的涂层，所述涂层的涂覆物料包括核壳结构微球，所述核壳结构微球包括内核和包覆在所述内核上的外壳，所述内核包括格拉布催化剂，所述电解液中包括多官能度单体。

本发明提供的锂离子电池，其具有热触发催化性能的新型电池隔膜(“催化隔膜”)，它可以在电池过热条件下(约90摄氏度)快速使得电池中的液体电解质发生固化，阻止锂离子迁移，然后保护性地关闭电池，防止阻碍内短路、热失控进一步发生，保证电池在过热条件下的安全性。液体电解质的固化是基于格拉布(Grubbs)催化剂催化下发生的多官能度单体的快速聚合来完成，以双环戊二烯为例，其反应式如下：