[发明专利]锂离子电池用纳米陶瓷粉体组合物及其制法和应用

说明书

本发明涉及一种锂离子电池用纳米陶瓷粉体组合物及其制法和应用。所述组合物包括陶瓷粉体和聚合物，所述陶瓷粉体选自纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅或陶瓷色料中的一种或两种以上，所述聚合物选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯‑六氟丙烯、聚丙烯酸键合烯丙基蔗糖或丙烯酸键合季戊四醇烯丙醚中的一种或两种以上。将所述组合物可对锂离子电池正极片、负极片或隔离膜进行表面处理后，可在不影响能量密度需求的情况下，抑制正负极发生内短路的风险，显著提高锂离子电池的安全性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用纳米陶瓷粉体组合物及其制法和应用。

背景技术

锂离子二次电池由于具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长等优点，而被广泛用作各种移动设备的电源，储能电站，甚至在航空、航天、航海、汽车、医疗设备等领域中逐步取代其他的传统电池。

作为近年来出现的锂电池电动车(如日本丰田产普瑞斯，美国特斯拉公司产的特斯拉电动车等，比亚迪公司产F6铁电池电动车，以及各地近年推出的电动大巴等)，以及电贮存能站等，其使用特点是将大量能量密度高的锂离子电池集中存放在一起，通过电能管理系统进行充放电等使用。在上述设备的商业化过程中，锂离子二次电池的安全性一直是各生产厂商及应用终端客户密切关注的重点领域，近年来电动车在充电使用过程中起火事故等报道屡屡见于报端，这一方面是因为使用者操作不规范(如楼上“空降”插座给电动车充电http：//news.lcxw.cn/liaocheng/shehui/20131121/502924.html)，另一方面也由于锂离子二次电池本身结构复杂，体积能量密度高(如2013年年10月1日和18日，美国和墨西哥分别有一辆Model S在道路上撞击物体导致电池起火。11月7日，Model S在美国再度发生火灾。http：//money.msn.com.cn/business/20131121/06011634631.shtml)；

目前锂离子二次电池使用的正极材料目前主要集中于钴酸锂，锂镍钴锰氧，锂镍钴铝氧，磷酸铁锂等材料，这些材料中均含有贵金属或战略金属如钴、锂等，随着电动车市场的启动，以及电动车执行TS16949标准的严格管控，目前单体电池的安全性经过上下游厂家的合作，其中可以做到1ppm的水平，超过了六西格玛的管理极限，但考虑到电动车动辄成千上万个电芯(Model S的18650电芯数量为7104只http：//news.mydrivers.com/1/398/398742_all.htm)，从整车考虑离1ppm的缺陷等级尚存较大的距离，锂离子二次电池实际发生事故的概率远远高于ppm的数量级。SNL(Sandia National Laboratory)的研究表明，绝大多数的事故原因都是因为电池体受到挤压，加热，过充电等外在因素导致的，即是因为使用不当造成的。

从锂离子电池的使用安全事故看，因电池内短路造成热失控最终失火最为典型，在已有电池结构中如何避免内短路及防止短路带来的进一步恶化是首当其中的问题，由于锂电池隔膜通常为PP/PE复合材料，采用湿法制备，其熔程通常在90～120℃之间，因此热失控发生时隔离膜受到挤压变形极易发生内短路，因而是电池中最脆弱的部分。

针对上述情况许多专家提出了不同的解决思路，思路之一是全固态锂离子二次电池，即消除可泄漏的液体低分子量的溶剂成份，实际上走全固态锂离子电池在目前的技术条件下价格过于昂贵，因此需要迫切需要一些价廉易得，安全性能可靠的锂离子电池制造技术，本发明即属于此类技术的拓展应用。

另一种方法是增加外保护(PID)/(CID)，Vent等，即通过外加保护/管理系统(BMS)对电池在意外情况下的监控，诊断，隔离以及防护。

很多公开和专利文献已经提出了提高电池安全性的方法。