[发明专利]一种锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体的说，涉及一种正极片或/和负极片的集流体与其活性材料层之间设置有聚苯乙烯涂层的安全型锂离子电池。 

背景技术

作为一种能量密度高、环保的新型二次电池，锂离子电池被广泛应用于便携电子产品中。然而，锂离子电池在用户手中，很可能会遭受意外的机械破坏(如：穿刺、挤压、撞击)而导致电池发生内部短路，引起电池起火、爆炸，对用户的财产及人身安全造成损害。因此，提高电池在滥用情况下的短路安全性能成为锂离子电池研究领域的一项重要课题。 

锂离子电池在受到机械破坏时会引起电池热失控的原因在于：当锂离子电池被穿刺、挤压、撞击时，会有一定的几率引起正极集流体与负极活性材料层短接，这种形式的短路，其短路电阻小，短路电流大，大的短路电流流过短路点会引起短路点及其附近温度迅速升高，若此温度超过引发正极活性材料与电解液的起始反应温度(Li0.5CoO2与电解液的起始反应温度约为180℃)，则会引发正极与电解液间的化学反应，该反应释放出大量的热，进而引发电池内部的其化学热反应，导致电池热失控。 

为提升锂离子电池的短路安全性能，周志勇等人的中国发明专利公开了一项改进技术：在锂离子电池正极片或/和负极片活性材料层的表面设置聚苯乙烯涂层。这项技术通过两方面改进锂离子电池的短路安全性能：一、当锂离子电池负极活性材料层的表面设置聚苯乙烯涂层时，能够对负极活性材料层进行保护，降低正极集流体与负极活性材料层短接的几率。二、若电池的温度超过130℃，即超过了聚苯乙烯的熔点，涂层内的聚苯乙烯颗粒发生熔融，形成致密的 薄膜，切断锂离子由负极通向正极的通道，从而切断短路电流。虽然这项技术在一定程度上提升了电池的安全性能，但由于设置在正极或/和负极活性材料层表面的聚苯乙烯材料不吸收电解液，并且聚苯乙烯材料自身也不具有导通锂离子的特性，因此，锂离子在正负极间的传输受到阻碍，导致锂离子电池的电化学性能不能满足使用要求，如电池满充电时析锂、容量偏低、倍率放电性能差等。因此，需要开发一种新技术，在保证上述电池安全性能的同时，改善其电化学性能。 

发明内容

本申请的发明人研究发现，将聚苯乙烯材料涂层设置在正极或/和负极活性材料层表面导致锂离子电池电化学性能恶化的原因是：聚苯乙烯材料不吸收电解液，并且聚苯乙烯材料自身也不具有导通锂离子的特性，锂离子在正负极间的传输受到阻碍，导致锂离子电池的电化学性能不能满足使用要求。通过改变聚苯乙烯材料涂层的设置位置并对涂层组分进行优化能够解决此问题。 

本发明的目的在于：提供一种具有良好短路安全特性的锂离子电池，同时其电化学性能能够满足使用要求。 

本发明是通过如下技术方案实现的： 

一种锂离子电池，其包括： 

正极片，所述正极片包括正极集流体、及附着在正极集流体上的正极活性材料层， 

负极片，所述负极片包括负极集流体及附着在负极集流体上的负极活性材料层； 

隔离膜，其保持在正极片与负极片之间； 

电解质，其保持在正极片与负极片之间； 

还包括聚苯乙烯涂层， 

其设置在所述正极片的集流体于其活性材料层之间； 

或者设置在负极片的集流体与其活性材料层之间； 

或者在正极片的集流体于其活性材料层之间，负极片的集流体与其活性材料层之间同时设置。 

相对现有技术，本发明的技术至少具有以下优点：将聚苯乙烯涂层设置在极片的集流体与其活性材料层之间，锂离子的传输路径不经过聚苯乙烯涂层，因此，不会对锂离子的传输产生负面影响，使锂离子电池保持良好的电化学性能。同时，在电池被滥用而使温度达到聚苯乙烯的熔点(约130℃)时，聚苯乙烯通过熔融形成致密薄膜，增大正极集流体与活性材料层间的电子电阻，电池内阻迅速增加，从而减小短路电流，防止电池发生热失控，提高了锂离子电池的安全性能。 

所述聚苯乙烯涂层包括聚苯乙烯颗粒、导电颗粒及粘接剂。聚苯乙烯材料自身是电子绝缘性的，通过添加导电剂，使得涂层具有电子导电性，在集流体与其活性材料层之间传输电子，使锂离子电池能够正常工作。粘接剂使得聚苯乙烯涂层能够粘附在集流体上。 

所述聚苯乙烯颗粒在涂层组分中的质量含量≥95％。为了保证聚苯乙烯颗粒熔融后能够联接成致密膜层，聚苯乙烯颗粒需要具有足够高的含量。若聚苯乙烯颗粒在涂层组分中的质量含量低于95％，其熔融后难以联接成膜或形成的膜层不够致密，依然具有一定的电子导通能力，不能及时切断短路电流。 

所述聚苯乙烯颗粒的D50≤2μm。