一種電化學儲能器件的電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電化學儲能器件領(lǐng)域，特別設及一種電化學儲能器件的電極及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[000引 1991年，日本索巧公司創(chuàng)造性的采用炭材料作為裡離子電池陽極材料，為裡離子 電池領(lǐng)域帶來了革命性的變化；自此之后，裡離子電池技術(shù)迅猛發(fā)展，在移動電話、攝像機、 筆記本電腦W及其他便攜式電器上面大量運用。裡離子電池具有諸多優(yōu)點，例如電壓高、 體積小、質(zhì)量輕、比能力高、無記憶效應、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長等，是二十一世紀理 想的移動電器電源、電動汽車電源化及儲電站用儲電器。然而，電動汽車巧V)和儲能電站 巧巧使用的裡電池，單電巧具有更高的容量和更大的體積尺寸，一旦發(fā)熱、著火燃燒會產(chǎn)生 嚴重的后果，因而需要更好的安全性。
[0003] 裡離子電池可能發(fā)生的安全問題主要有；由于電池使用不當或其他原因，造成電 池過度充電；電池在惡劣環(huán)境下使用（比如發(fā)生撞擊、高溫下長時間使用），導致電池內(nèi)部 發(fā)生嚴重的內(nèi)短路或電極材料發(fā)生反應，放出大量熱并將電解液點燃，導致電池燃燒或爆 炸，其中，擠壓和穿釘屬于內(nèi)短路測試。無論是內(nèi)短路還是過充，都必然伴隨離子電導或/ 或電子電導的發(fā)生，進而放出大量的熱，破壞電巧組成及結(jié)構(gòu)，使得離子電導或/或電子電 導失控，導致放熱量進一步增加，最終出現(xiàn)熱失控，發(fā)生安全事故。
[0004] 目前，解決電巧安全性問題的主要途徑有；設計安全性能更可靠的電巧結(jié)構(gòu)、在電 極膜片或者隔離膜上涂覆陶瓷層W及使用聚合物電解質(zhì)取代傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)等。然而， 該些方案都沒有同時從控制離子電導和電子電導兩方面入手設計來解決電巧的安全性問 題。
[0005] 有鑒于此，確有必要開發(fā)一種新的設計，其能夠同時從控制離子電導和電子電導 兩方面入手，進行"雙保險"設計來解決電巧的安全性問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于；針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供的一種電化學儲能器件的電極， 包括集流體和涂敷層，所述涂敷層表層設置有功能層，所述功能層中含有有機顆粒和無機 顆粒；所述有機顆粒在電解液中能夠穩(wěn)定存在，烙化溫度為T，且60°C《T《600°C;所述無 機顆粒熱失效溫度為T1，且T1 > 200°C。當電巧溫度失控（> 60°C )時，功能層中的有機 顆粒將溶化，阻隔正負極之間的離子傳輸通道（控制離子電導），使得電池的放電能力減弱 或喪失，從而減少產(chǎn)熱量，提高電巧的安全性能；同時，熱穩(wěn)定性好的無機顆粒的存在，使得 即使功能層中的有機顆粒溶解，該功能層仍然具有阻隔正負極之間直接接觸的功能（控制 電子電導），從而增加電池的安全性。
[0007] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[000引一種電化學儲能器件的電極，包括集流體和涂敷層，其特征在于，所述涂敷層表層 設置有功能層，所述功能層中含有有機顆粒和無機顆粒；所述有機顆粒在電解液中能夠穩(wěn) 定存在，并且所述有機顆粒的烙化溫度為T，且60°C《T《600°C;所述無機顆粒的熱失效 溫度為T1，且T1 > 200°C。
[0009] 作為本發(fā)明的電化學儲能器件的電極的一種改進，所述儲能器件為鉛酸電池、鑲 氨電池、裡離子電池、電容器、裡硫電池、鋼離子電池中的一種，所述電極為正極或負極。
[0010] 作為本發(fā)明的電化學儲能器件的電極的一種改進，所述功能層的厚度為 0. 5 ym-10 ym ;所述有機顆粒的質(zhì)量占所述功能層的質(zhì)量的5% -95% ;所述無機顆粒的質(zhì) 量占所述功能層的質(zhì)量的5% -95%;所述功能層中還含有0-10%的粘接劑。
[0011] 作為本發(fā)明的電化學儲能器件的電極的一種改進，所述有機顆粒的粒徑為 0. 05 ym-10ym，并且所述有機顆粒的質(zhì)量占所述功能層的質(zhì)量的20% -90%。
[0012] 作為本發(fā)明的電化學儲能器件的電極的一種改進，100°C《T《400°C。
[0013] 作為本發(fā)明的電化學儲能器件的電極的一種改進，所述有機顆粒選自蜂蠟、低 密度聚己締、聚己締、聚己締醇、聚丙締、聚己締醋酸己締醋共聚物、聚偏氣己締、偏氣己 締-六氣丙締共聚物、聚酷亞胺、聚丙締膳、丙締膳-了二締共聚物、丙締膳-苯己締-了二 締共聚物、聚對苯二甲酯對苯二胺、聚間苯二甲酯間苯二胺、聚甲基丙締酸甲醋、聚丙締酸 甲醋、聚丙締酸己醋、丙締酸-苯己締共聚物、聚二甲基硅氧烷中的至少一種。
[0014] 作為本發(fā)明的電化學儲能器件的電極的一種改進，所述無機顆粒的熱穩(wěn)定性溫度 T1 > 60(TC。
[0015] 作為本發(fā)明的電化學儲能器件的電極的一種改進，所述無機顆粒的粒徑為 0. 05 ym-10 ym，并且所述無機顆粒的質(zhì)量占所述功能層的質(zhì)量的10% -80%。
[0016] 作為本發(fā)明的電化學儲能器件的電極的一種改進，所述無機顆粒為實屯、顆?；? 和空屯、顆粒，并且所述無機顆粒選自=氧化侶、二氧化娃、二氧化鐵、二氧化錦、碳酸巧、氧 化巧、氧化鋒、氧化儀、鐵酸錦、鐵酸巧、鐵酸領(lǐng)、磯酸裡、磯酸鐵裡、磯酸鐵侶裡、氮化裡、鐵 酸銅裡中的至少一種。
[0017] 本發(fā)明還包括一種電化學儲能器件的電極的制備方法，主要包括如下步驟：
[001引步驟1，電極制備；將電極活性物質(zhì)、粘接劑、導電劑混合成電極漿料，之后涂敷在 集流體上得到電極；
[0019] 步驟2,功能層漿料配置；將溶劑、有機顆粒、無機顆粒、粘接劑混合均勻，得到漿 料待用；
[0020] 步驟3,功能電極制備；將步驟2得到的漿料均勻布置于步驟1制得的電極的至少 一個面上，烘干去除溶劑得到含有功能層的電極。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明復合多孔隔離膜具有如下優(yōu)點：
[0022] 首先，當電巧溫度失控（>60°C)時，功能層中的有機顆粒將溶化，阻隔正負極之 間的離子傳輸通道（控制離子電導），使得電池的放電能力減弱或喪失，從而減少產(chǎn)熱量， 提高電巧的安全性能。
[0023]其次，熱穩(wěn)定性好的無機顆粒的存在，使得即使功能層中的有機顆粒溶解，該功能 層仍然具有阻隔正負極之間直接接觸的功能（控制電子電導），從而增加電池的安全性。
[0024]最后，本發(fā)明解決電巧安全性能問題的方法簡單可行，便于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0025] W下將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明電化學儲能器件及其制備方法作進一步詳細的 描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0026] 比較例
[0027] 正極片制備；W鉆酸裡為正極活性物質(zhì)、PVDF為粘接劑、Sypper-P為導電劑配制 漿料，其中，正極活性物質(zhì)、粘接劑和導電劑的質(zhì)量比例為96:2:2,將負極漿料涂敷在上述 侶巧上，冷壓后得到正極片待用；
[002引負極片制備；W石墨為負極活性物質(zhì)、SBR為粘接劑、Sypper-P為導電劑配制漿 料，其中，負極活性物質(zhì)、粘接劑和導電劑的質(zhì)量比例為96:2:2,將負極漿料涂敷在上述銅 巧上，冷壓后得到負極片待用；
[0029] 電巧組裝；將正極片、負極片W及隔離膜組裝成裸電巧，之后制備得到成品電巧。
[0030] 實施例1，
[0031] 正極片制備：同比較例；
[0032] 功能層漿料配置；選擇粒徑為2 ym的蜂蠟顆粒、粒徑為2 ym的=氧化侶顆粒，再 加入CMC ( W上S組分的質(zhì)量比例為60:39:1)，并W水為溶劑，充分攬拌得到漿料待用；
[0033] 功能正極片制備；將上述功能層漿料涂敷在上述正極片表面，烘干后得到功能涂 敷層厚度為4 y m的功能正極片待用；
[0034] 負極片制備；同比較例。
[0035] 電巧組裝；將功能正極片、負極片W及隔離膜組裝成裸電巧，之后制備得到成品電 也、。
[0036] 實施例2，
[0037] 與實施例1不同之處在于，本實施例包括如下步驟：
[003引功能層漿料配置；選擇粒徑為0. 05 ym的聚己締醇顆粒、粒徑為0. 05 ym的氧化巧 顆粒，再加入CMC ( W上=組分的質(zhì)量比例為90:5:5)，并W水為溶劑，充分攬拌得到漿料待 用；
[0039] 功能正極片制備；將上述功能層漿料涂敷在上述正極片表面，烘干后得到功能涂 敷層厚度為0. 5 y m的功能正極片待用；
[0040] 其余與實施例1相同，不再寶述。
[0041] 實施例3，
[0042] 與實施例1不同之處在于，本實施例包括如下步驟：
[0043] 功能層漿料配置；選擇粒徑為0. 05 ym的聚己締醇顆粒、粒徑為0. 05 ym的氧化巧 顆粒，再加入CMC ( W上=組分的質(zhì)量比例為5:90:5)，并W水為溶劑，充分攬拌得到漿料待 用；
[0044] 功能正極片制備；將上述功能層漿料涂敷在上述正極片表面，烘干后得到功能涂 敷層厚度為1 ym的功能正極片待用；
[0045] 其余與實施例1相同，不再寶述。
[0046] 實施例4，
[0047] 與實施例1不同之處在于，本實施例包括如下步驟：
[0048] 功能層漿料配置；選擇粒徑為10 ym的聚己締顆粒、粒徑為10 ym的碳酸巧顆粒 (質(zhì)量比例為5:95)，并W水為溶劑，充分攬拌得到漿料待用；
[0049] 功能正極片制備；將上述功能層漿料涂敷在上述正