[发明专利]一种锂离子电池安全涂层浆料及其分散方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池安全涂层浆料及其分散方法，所述锂离子电池安全涂层浆料包括下述重量份数的组分：陶瓷材料87~95份、粘结剂5~13份、低分子量离子型聚合物润湿分散剂0.1~3.5份、溶剂140~550份。本发明提供的锂离子电池安全涂层浆料一方面陶瓷粉体含量高，引入少许低分子量离子型聚合物润湿分散剂提升浆料稳定性；因陶瓷粉体是纳米级粒径，非常容易形成二级团聚体，在发明中加入含有某些基团的分散剂来调节陶瓷粉体表面电荷、表面酸碱吸附，改善粉体颗粒的分散效果进而获得具有良好分散性和稳定性的浆料。同时提供的分散方法能稳定陶瓷浆料的粘度，减少生产工艺最佳化过层的时间。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池安全涂层浆料及其分散方法。

背景技术

随着锂离子电池技术的进步，尤其是市场对大功率、长续航电动车等大型设备的期待，如混合动力车(HEV)和插电式混合电动汽车(PHEV)需要电池能量为5~20KWh，而纯电动汽车(EV)需要电池容量为15~50KWh。虽然续航焦虑、补能焦虑一直围绕着新能源汽车，但是电池安全一直是全社会更为关注的焦点。仅上海市，2020年就已发生400余起因电动自行车充电引发的火灾事故，造成20人死亡、17人受伤，引起消费者强烈关注。提升锂离子动力电池安全性的技术与措施，成为行业亟需解决的问题和痛点。

越来越多的单体电芯研究人员研究涂覆安全（陶瓷）涂层，用于提升锂电池安全性能。涂覆陶瓷涂层能够显著改善锂电池在充、放电过程中电池内部电流的分布均匀性，防止隔膜因大幅度收缩或被刺穿而导致正负极接触，减少锂电池热失控甚至起火爆炸的发生。制备粘度低、分散性和稳定性优良的陶瓷悬浮体的理想陶瓷浆料是一个能直接影响涂布极片质量、极大影响电池安全性、电性能等综合性能的关键因素之一。

CN201611033442.1公开了一种含正极陶瓷涂层的锂离子电池，在正极的活性物质层表面以及正极极耳的根部表面设有陶瓷涂层。其陶瓷涂层浆料的制备方法包括：将无机材料10-40wt％、粘结剂0.01-5wt％、分散剂0.05-2wt％和余量的水均匀混合，制成粘度在100-2500mPa.s范围的陶瓷浆料。安全性提升同时存在缺点：1)是陶瓷涂层使用水作溶剂时，陶瓷涂层中的水分会渗入极片中，使极片发生溶胀现象，造成极片上活性物质与箔材的剥离；2)是陶瓷涂层使用水性粘结剂时，由于陶瓷材料为纳米级颗粒，具有很高的比表面积，烘烤过程很难将水分完全烘出干净，造成电池综合性能降低。CN201810795365.6公开了动力锂离子电池油性陶瓷浆料合浆工艺，通过将陶瓷浆料涂敷在极片边缘，以提高动力锂电池在应用过程中的安全性能。其陶瓷涂层浆料的制备方法包括：9-15%的粘接剂和80%～95%的溶剂，及高速分散工艺方法；该方法中陶瓷料含量略低，粘结剂含量较高，无分散助剂，其制备的悬浮液稳定性差，容易造成悬浮液分相，不能长时间稳定性存储。

在悬浊液体系中，粉体颗粒的团聚是吸附和排斥共同作用的结果，粉体的团聚增加了混合分散工艺的难度；浆料搅拌与分散是锂离子电池生产制作的第一个工序，也是极为关键的一个工序；开发/采用效果优良的分散方式方法，提升浆料的放置稳定性、防止粉体颗粒在浆料存储过程中发生团聚。因此，研究一种均匀稳定安全涂层浆料制备方法显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种锂离子电池安全涂层浆料及其分散方法，本发明提供的锂离子电池安全涂层浆料一方面陶瓷粉体含量高，引入少许低分子量离子型聚合物润湿分散剂提升浆料稳定性；因陶瓷粉体是纳米级粒径，非常容易形成二级团聚体，在发明中加入含有某些基团的分散剂来调节陶瓷粉体表面电荷、表面酸碱吸附，改善粉体颗粒的分散效果进而获得具有良好分散性和稳定性的浆料。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子电池安全涂层浆料，包括下述重量份数的组分：陶瓷材料（主材）87~95份、粘结剂（辅材）5~13份、低分子量离子型聚合物润湿分散剂（关键材料）0.1~3.5份、溶剂（必要材料）140~550份。