[发明专利]一种锂离子电池复合电极片及其制备方法和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种锂离子电池复合电极片及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因具有质量轻、体积小、工作电压高、能量密度高、输出功率大、充电效率高和无记忆效应等优点，在手机、笔记本电脑等领域得到了广泛的应用。

锂离子电池通常由正极片、负极片、隔膜、电解液和外壳组成。其中，隔膜的材料主要为多孔的聚烯烃隔膜，如聚丙烯、聚乙烯膜以及由此组成的多层复合膜。聚烯烃隔膜作为锂电池材料技术相对成熟，该材料的局限性在于熔点非常低，热稳定性差，通常低于150℃便产生热收缩现象，最终导致正负极接触而短路；同时聚烯烃隔膜的抗穿刺能力差，容易被枝晶穿刺而导致短路，使得锂离子电池的安全性降低。而无纺布隔膜与聚烯烃隔膜相比，熔点高，热稳定性好，价格低廉，但无纺布隔膜机械强度低，不利于电池工业中大规模应用，同时孔径大，使电池在使用过程中存在枝晶穿刺而导致内短路的风险。

无机陶瓷材料由于具有优良的热稳定性和抗穿刺性能，被广泛应用于修饰聚合物隔膜，例如在聚烯烃隔膜上涂覆Al₂O₃，SiO₂等无机陶瓷涂层，可以大大提高聚烯烃隔膜的热稳定性以及抗穿刺能力。但是这种无机陶瓷涂层会提高隔膜的厚度，降低电池的体积比能量；同时无机陶瓷涂层在聚烯烃隔膜上的涂覆存在不稳定现象，在锂离子电池的制备过程中也容易产生无机陶瓷涂层脱落的现象。为了进一步提高隔膜的热稳定性以及抗穿刺能力，解决电池的内短路问题。人们研究了以无机陶瓷颗粒为主要成分制备的无机隔膜，这种无机隔膜的熔点非常高，同时抗穿刺能力远远高于目前的聚合物隔膜，很好的解决了电池的内短路问题。但是这种单独的无机隔膜厚度非常高，大大降低了电池的体积比能量；而且韧性非常低，只能应用于叠片电池。进一步地，为了解决无机隔膜的厚度以及韧性问题，衍生出一种无机隔膜/电极一体化结构，即将包含无机陶瓷颗粒，粘结剂的溶液，通过浸渍、涂覆等方式，在电极上生成一层无机隔膜，制备成无机隔膜/电极一体化结构。这种无机隔膜/电极一体化结构去掉了传统隔膜独立存在的形式，将隔膜与电极复合成一个整体，解决了单独的无机隔膜厚度偏高的问题。但是这种一体化结构同样存在无机隔膜层附料不稳的问题，在卷绕的过程中容易产生裂纹以及掉料，从而影响电池的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种锂离子电池复合电极片，用以解决现有技术中无机陶瓷隔膜层在电极片上附料不稳，以及在卷绕装配的过程中隔膜层容易产生裂纹以及掉料的问题，同时提高锂离子电池复合电极片的柔韧性，提高锂离子电池的安全性能和循环使用寿命。本发明实施例第二方面提供了该锂离子电池复合电极片的制备方法。本发明实施例第三方面提供了包含该锂离子电池复合电极片的锂离子电池。

第一方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池复合电极片，所述锂离子电池复合电极片由电极片和设置在所述电极片表面的隔膜层组成，所述电极片由集流体和涂覆在集流体表面的电极活性材料组成，所述隔膜层的材料包括无机陶瓷颗粒，粘结剂以及有机纤维，所述有机纤维的熔点大于200℃，所述有机纤维的直径为0.1μm～10μm，长度为1mm～10mm，所述有机纤维的质量为所述无机陶瓷颗粒质量的0.1%～2%。

在本发明实施例第一方面中，优选地，所述有机纤维为聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维和聚丙烯腈纤维中的一种或多种。

优选地，所述隔膜层的厚度为20～25μm，孔隙率为40%～70%。

优选地，所述无机陶瓷颗粒为Al₂O₃，SiO₂，TiO₂和ZrO₂中的一种或多种，所述无机陶瓷颗粒的粒径为200nm～20μm。

优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯-共六氟丙烯、聚偏氟乙烯-共三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚酰亚胺、聚环氧乙烷、乙酸纤维素和聚乙烯醇中的一种或多种；所述粘结剂与所述无机陶瓷颗粒的质量比为5～50∶50～95。

电极片由集流体和涂覆在集流体表面的电极活性材料组成。集流体为任意常用的正极或负极集流体。优选地，集流体为铜箔或铝箔。

电极活性材料为任意常用的正极或负极活性材料。具体为任意可脱嵌锂离子的有机化合物或无机材料。

可理解地，本发明实施例提供的锂离子电池复合电极片包括锂离子电池用复合正极片或锂离子电池用复合负极片。