[发明专利]一种安全锂离子电池

说明书

本发明涉及一种安全锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明的安全锂离子电池的电芯包括正极片、负极片、隔膜以及设置在正极片和/或负极片上的功能材料层；正极片的正极活性物质层由正极材料和热塑性聚合物组成，热塑性聚合物占正极活性物质层质量的5％‑15％；功能材料层由无机固体颗粒、粘结剂和导电剂组成，导电剂占功能材料层质量的0.5％‑1％。该安全锂离子电池的正极片中热塑性聚合物在温度升高时，软化吸收热量阻碍正极活性物质层中颗粒之间的热传导，延迟正极活性材料的释氧，提高电池的热稳定性；功能材料层较高的耐热性可以提高电池的耐热性，较大的电阻可以在电芯发生内部短路时减少热量的释放，延缓热失控。

技术领域

本发明涉及一种安全锂离子电池，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具有较高的安全性的安全锂离子电池。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种安全锂离子电池，包括电芯和电解液，所述电芯包括正极片、负极片、隔膜以及设置在所述正极片和/或负极片上的功能材料层；所述正极片包括正极集流体和正极活性物质层，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、粘结剂和导电剂；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、氧化硅、氧化钛、氧化锆中的一种或任意组合。

本发明的安全锂离子电池，采用的正极片的正极活性物质层中添加的热塑性聚合物在电芯内部温度升高时，软化吸收热量，阻碍正极活性物质层中颗粒之间的热传导，发挥隔热作用，延迟正极活性材料的释氧，进而提高电池的热稳定性。设置在正极片和/或负极片上的功能材料层具有较高的耐热性，可以提高电池的耐热性，并且功能材料层具有较大的电阻，在电芯发生内部短路时，热稳定改善层接触替代电极直接接触，减小电芯短路热量的释放，可以延缓电芯热失控。此外，功能材料层具有一定导电性，正极片上设置有功能材料层时当锂枝晶刚刺穿隔膜时首先接触到正极片上的功能材料层，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，热塑性聚合物则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。

可以理解的是在正极片上设置功能材料层时，功能材料层设置在正极片的两面，并且正极活性物质层、功能材料层在远离正极集流体的方向上依次排布。在负极片上设置功能材料层时，功能材料层设置在负极片的两面，并且正极活性物质层、功能材料层在远离负极集流体的方向上依次排布。

优选的，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。进一步优选的，所述热塑性聚合物为聚苯硫醚、聚四氟乙烯中的一种或任意组合。