[发明专利]一种具备高安全性能的锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具备高安全性能的锂离子电池及其制备方法，所述锂离子电池包括正极、负极和隔膜，所述正极由以下成分组成：正极活性材料、导电剂、聚偏氟乙烯、钛酸钡、氮‑甲基吡咯烷酮；所述正极活性材料、导电剂、聚偏氟乙烯和钛酸钡的质量比为(96‑x):2:2:x；其中x为钛酸钡的用量，且x的取值范围是0.1‑1。钛酸钡是一种正温度系数型材料，在电池发生短路时，电池的内阻不仅不降低，反而会增加，这降低了电池的产热率，提高了电池的安全性能；钛酸钡合适的用量为电池正极粉料的0.1％‑1％，小于0.1％电池安全性能提高不明显；大于1％时，电池的温度特性过于明显，影响电池的正常使用。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种具备高安全性能的锂离子电池及其制备方法。

背景技术

自从锂离子电池市场产业化以来，锂离子电池的续航问题一直受到人们极度的关注。延长锂离子电池的续航时间也将会是锂离子电池行业持之以恒的课题。可以说，能量密度是阻碍现阶段锂电池发展壮大的比较大突破点。无论是是智能手机，或者是新能源电动车，投资者都充满期待电池的能量密度还可以不断提高一个全新的数率，促使企业产品的续航时间或续航里程不会再变成烦扰企业产品的主要因素。

目前3C数码类产品中手机电池的能量密度处于领先水平，国内的华为、OPPO、ViVO等手机已经开始使用50W的功率进行充电，使用的电池平均电压已经达到3.92V，电池的上限电压已经达到4.4V，其电池供应商有宁德新能源、东莞新能源、珠海光宇等国内一线品版，国外苹果手机开始支持20W充电技术，使用的电池平均电压已经达到3.90V，电池的上限电压已经达到4.45V。因此，对于4.45V高电压体系的电池的开发也是迫在眉睫，但随着电池电压的提高，电池的安全性能就会进一步降低，特别是像针刺、重物冲击的破坏性极强的测试。

中国专利申请201510107603.6公开了一种高安全性能的锂离子电池正极片及其制作方法，一种锂离子电池正极片，包括集流体、均匀涂覆于集流体上的正极材料层以及均匀涂覆在正极材料层上的氧化物陶瓷层。其中所述的集流体为铝箔，正极材料层为LiFePO₄、LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiMnO₂、LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(0≤x＜1，0≤y＜1)和xLi(Li_1/3Mn_2/3)O₂·(1-x)LiNi_yCo_zMn_1-y-zO₂(0＜x＜1，0≤y＜1，0≤z＜1)中的一种或几种导电剂、粘结剂的混合物，氧化物陶瓷层为氧化物陶瓷粉体与分散剂、粘结剂的混合物。

中国专利申请201910222253.6公开了一种表面包覆压电材料的锂离子电池正极材料及其制备方法，电池正极材料表面包覆了一层具有压电性能的钛酸钡、铌酸锂、铌酸钠、钽酸锂、偏铌酸钾钠和偏铌酸锶钡中的任一种或多种。该发明有效利用压电材料的压电特性对正极活性材料实现包覆改性的作用，保证正极活性材料的体相结构不受影响和破坏，抑制了固体-电解质界面膜的生长，提高活性材料-包覆层界面锂离子的扩散速度，从而有效提高锂离子电池正极材料的结构稳定性和电化学循环性能，提高正极本体材料的热解温度，从而提升锂离子电池使用过程中的安全性能。

钛酸钡是一种正温度系数型材料，材料的电阻率、热传导系数随温度的增加而增加。同时，该材料也是一种热缩冷胀的材料。由于电池在针刺测试时，电池短时间内发生短路，电池的温升很快。通常的材料都是负温度系数的材料，电池会随着温度的升高，内部反应会加剧，最终导致热失控。而当加入钛酸钡这种材料后，由电池产热公式Q＝U²*t/R,可以得出，电池的产产热量是降低的，这对电池的热失控现象产生了稳解作用。同时电池热缩冷胀的特性也可以减小电池极片与针刺针头的接触，也降低了电池的热失控现象。