[发明专利]一种锂离子电池复合正极片及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明涉及一种锂离子电池复合正极片及其制备方法、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。该锂离子电池复合正极片，包括集流体和在远离集流体方向上依次设置的正极活性物质层和功能材料层；正极活性物质层由正极材料和热塑性聚合物组成；功能材料层由无机固体颗粒、粘结剂和导电剂组成；无机固体颗粒为快离子导体和/或氧化物。该复合极片的功能材料层具有一定导电性，在异物或枝晶刚刺穿隔膜接触到功能材料层时先产生小电流又不至于立即进入热失控状态，使电源管理系统发出警报，而热塑性聚合物在后续升温时吸收热量阻隔正极活性材料颗粒之间的热传导，延迟正极材料的释氧，延缓电池进入热失控，给应对电池热失控提供充足时间。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池复合正极片及其制备方法、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、输出电压高、无记忆效应、可循环利用、对环境友好等优点而被广泛应用。目前商业化的锂离子电池普遍采用高度易燃、易爆、易挥发的有机电解液成分，存在极高的安全隐患。锂离子电池的安全隐患中，最主要就是内短路，一旦发生内短路，电能通过内短路点快速释放，产生大量的焦耳热、电化学反应热和化学反应热，短路产生的热足够大时会导致电池隔膜收缩熔化，隔膜的熔化进一步加大短路面积降低短路点的阻抗，从而进入一个正反馈循环，产生热失控。尤其是三元正极材料在200℃以上会发生分解释放出氧气，这些氧气的释放会加速电池热失控，甚至产生爆炸，严重影响了锂离子电池使用的安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池复合正极片，能够延缓热失控提高锂离子电池的安全性。

本发明还提供了一种上述锂离子电池复合正极片的制备方法以及一种采用上述锂离子电池复合正极片的锂离子电池。

为了实现以上目的，本发明的锂离子电池复合正极片所采用的技术方案是：

一种锂离子电池复合正极片，包括集流体和在远离集流体方向上依次设置的正极活性物质层和功能材料层；所述正极活性物质层由正极材料和热塑性聚合物组成，所述热塑性聚合物占正极活性物质层的质量分数为5％-15％，所述正极材料包括正极活性材料、导电剂和粘结剂；所述功能材料层由无机固体颗粒、粘结剂和导电剂组成，所述导电剂占所述功能材料层的质量百分比为0.5％-1％；所述无机固体颗粒为快离子导体、氧化物、勃姆石中的一种或任意组合；所述氧化物为氧化铝、氧化镁中的一种或任意组合。

本发明的锂离子电池复合正极片的功能材料层中添加的导电剂使得功能材料层具有一定导电性，在异物或锂枝晶刚刺穿隔膜时首先接触到功能材料层，此时在电池内部产生微短路，由于电流较小而又不至于立即进入热失控状态，可以使电源管理系统检测到自放电率增加而发出警报，但产生小电流到进入热失控状态的时长较短，电池内部温度仍会较快升高，但随着电池内部温度的持续升高，热塑性聚合物吸收热量，阻隔正极活性材料颗粒之间的热传导，发挥隔热作用延迟正极材料的释氧，进一步延缓电池进入热失控并提高极片热稳定性，给应对电池热失控提供充足的时间。此外，功能材料层具有较高的耐热性，不仅可以进一步提高极片的耐热稳定性，并且在电芯内隔膜收缩后，还可以替代正极片与负极片直接接触，通过减小短路电流来减少电芯短路热量的释放，进一步缓解电芯热失控。

本发明的锂离子电池复合正极片的功能材料层中的快离子导体具有较高的离子电导率，有助于改善功能材料层的离子电导率，弱化功能材料层对锂离子传输性能影响。氧化物具有较高的热稳定性，可以提高功能材料层热热稳定性。所述氧化物优选为氧化铝。

进一步的，所述无机固体颗粒为所述快离子导体、氧化铝或所述快离子导体和氧化铝的组合。

进一步的，所述正极活性物质层中的热塑性聚合物呈颗粒状，平均粒径为0.1μm-10μm，进一步优选为1μm-5μm。

更进一步的，所述热塑性聚合物为聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚苯并咪唑、聚醚醚酮、聚苯醚、聚酰亚胺、芳纶中的一种或任意组合。更进一步的，所述热塑性聚合物选自聚四氟乙烯、聚苯硫醚中一种或任意组合。