專利名稱：用于鋰離子電池?zé)岚踩Ｗo(hù)的正溫度系數(shù)材料及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于鋰離子電池?zé)岚踩Ｗo(hù)的正溫度系數(shù)材料及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
正溫度系數(shù)材料即PTC材料，PTC材料具有PTC特性，所謂的PTC (positivetemperature coefficient)特性就是在一定的溫度范圍內(nèi)，材料自身的電阻率會隨溫度的升高而增大。具有PTC特性的導(dǎo)電體可制成熱敏電阻器，應(yīng)用于電路的過流保護(hù)措施，可應(yīng)用于鋰離子電池的熱安全保護(hù)措施，也可以制成自控溫加熱體，應(yīng)用于保溫采暖設(shè)施。從原理上講，適合鋰離子電池?zé)岚踩Ｗo(hù)措施的PTC材料必須具有以下特點:(I)合適的居里溫度；(2)較小的室溫電阻、足夠的升阻比；(3)足夠的化學(xué)穩(wěn)定性；(4)居里點附近體積變化小。滿足上述要求的PTC材料用在電極上，電極就能夠根據(jù)自身溫度變化調(diào)節(jié)電極電阻，并賦有自激活溫度開關(guān)功能。公開號CN1699510A公開了一種發(fā)熱溫度為65°C的低溫等級、正電阻溫度系數(shù)阻燃樹脂組合物，由30-60%的線性密度聚乙烯(LLDPE)，10-30%的氯化聚乙烯，15-25%的導(dǎo)電炭黑，10-20%的十溴聯(lián)苯醚和三氧化銻并用阻燃劑，以及5-10%的加工助劑組成，采用電子輻照交聯(lián)。此組合物制得的加熱電纜PTC強度在4以上，OI大于26，室溫電阻率為102-105 Ω/cm，連續(xù)通電6000小時，功率及電阻均無明顯下降趨勢，但該專利未給出自限溫波動范圍，所得PTC材料為低溫型，解決的是阻燃問題。用于鋰離子電池?zé)岚踩Ｗo(hù)的正溫度系數(shù)材料(問立寧，北京理工大學(xué)學(xué)報，2004, 24(7)，653-656)中介紹了一種新型的正溫度系數(shù)材料取代鋰離子電池用導(dǎo)電劑，利用其高溫下得金屬-絕緣體 相變導(dǎo)致的電導(dǎo)率變化對鋰離子電池進(jìn)行高溫保護(hù)。在添加PTC材料的電池加熱到200°C，電池并未被破壞。剝開電池后，電池正極、負(fù)極和隔膜均完好，只是隔膜收縮到和正極材料一般大小，證實了 PTC材料在高溫下對電池的保護(hù)作用明顯。但是總的來說，該材料的PTC作用有限，該材料在居里點附近的電阻僅為常溫下的3倍，且展示出較為明顯的NTC效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種PTC特性穩(wěn)定、室溫電阻小、升阻比適當(dāng)、循環(huán)性能良好的用于鋰離子電池?zé)岚踩Ｗo(hù)的正溫度系數(shù)材料，本發(fā)明的另一目的在于提供一種該正溫度系數(shù)材料在鋰離子電池正極片制備上的應(yīng)用，可為鋰離子電池提供一種實現(xiàn)過熱保護(hù)的安全機制。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種用于鋰離子電池?zé)岚踩Ｗo(hù)的正溫度系數(shù)材料，所述的正溫度系數(shù)材料按質(zhì)量百分比計由以下成分混合制成:環(huán)氧樹脂A膠30%-35%，環(huán)氧樹脂B膠30%-35%，Super-P25%-35%，Al2O3 5%-8%。
環(huán)氧樹脂A膠、環(huán)氧樹脂B膠配合使用形成環(huán)氧樹脂AB膠，環(huán)氧樹脂AB膠是由環(huán)氧樹脂為基的雙組分耐高溫膠粘劑。Super-P即導(dǎo)電炭黑。本發(fā)明中的PTC材料與文獻(xiàn)或者專利報道的用于鋰離子電池保護(hù)電路或者安全性保護(hù)的BaTiO3系PTC材料分屬不同的材料系。常規(guī)的BaTiO3基PTC材料在室溫下的電阻率較大，并且產(chǎn)生PTC效應(yīng)時的溫度較高，其本身也容易發(fā)生電化學(xué)嵌鋰反應(yīng)。因此不適合直接用作鋰離子電池?zé)岚踩Ｗo(hù)的正溫度系數(shù)材料。發(fā)明人選取了環(huán)氧樹脂-Super-P-Al2O3復(fù)合物作為PTC材料，研究了它的電阻-溫度效應(yīng) 及其在鋰離子電池體系中的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，本發(fā)明的環(huán)氧樹脂-Super-P-Al2O3復(fù)合物具有良好的PTC效應(yīng)。在60°C以下，該復(fù)合物的電阻基本不變；在60-120°C溫度區(qū)間，電阻開始明顯增加；當(dāng)溫度超過120°C時，電阻幾乎直線上升，表現(xiàn)出典型的PTC效應(yīng)。作為優(yōu)選，所述的正溫度系數(shù)材料按質(zhì)量百分比計由以下成分混合制成:環(huán)氧樹脂 A 膠 30%-35%，環(huán)氧樹脂 B 膠 30%-35%，Super-P 28%_32%，Al2O3 5%_8%。Super-P 的含量優(yōu)選28%-32%，本發(fā)明的PTC材料性能更佳。作為優(yōu)選，Al2O3的粒徑為1-3微米。這樣混合和涂覆的效果好。一種用于鋰離子電池?zé)岚踩Ｗo(hù)的正溫度系數(shù)材料在鋰離子電池正極片制備上的應(yīng)用，所述的應(yīng)用步驟如下:
(1)先將環(huán)氧樹脂A膠與環(huán)氧樹脂B膠混合均勻得環(huán)氧樹脂AB膠，再將環(huán)氧樹脂AB膠、Super-P和Al2O3混合均勻得混合物料，加入混合物料重量6(Γ70%的無水乙醇，調(diào)勻制成漿料；無水乙醇是為了使混合物料形成懸濁液，便于下一步的涂覆，無水乙醇在涂覆后會逐漸揮發(fā)掉；環(huán)氧樹脂A膠、環(huán)氧樹脂B膠、Super-P和Al2O3的重量配比:環(huán)氧樹脂A膠30%-35%，環(huán)氧樹脂 B 膠 30%-35%，Super-P 25%_35%，Al2O3 5%-8% ；
(2)將步驟(I)制得的漿料均勻涂覆在鋁箔表面；鋁箔的厚度為常規(guī)的10微米；
(3)將LiFePO4粉體搟成的碳膜電極與步驟(2)制得的表面涂有漿料的鋁箔壓緊，在500C 60°C下真空干燥得鋰離子電池正極片。鋰離子電池正極片包括正集流體(鋁箔)和正極材料(碳膜電極)，正極材料包括正極活性物質(zhì)(LiFePO4粉體)、正極導(dǎo)電劑(Super-P)和正極粘結(jié)劑(PVDF)。LiFePO4粉體為市售產(chǎn)品，LiFePO4粉體的顆粒大小在5 10微米。步驟(3)將碳膜電極與步驟(2)制得的表面涂有漿料的鋁箔壓緊，壓緊的程度為壓縮率在70%，即壓緊后的總厚度為壓緊前總厚度的 70%ο作為優(yōu)選，步驟(2)中漿料的涂覆厚度為2飛微米。作為優(yōu)選，步驟(3) LiFePO4粉體搟成的碳膜電極中各組份的質(zhì)量百分比為:88%-91% LiFePO4,4%-7% Super-P, 5% PVDF0作為優(yōu)選，所述的碳膜電極厚度為8(Γ150微米。本發(fā)明的有益效果是:
1、PTC特性穩(wěn)定，室溫電阻小，升阻比適當(dāng)，循環(huán)性能良好；
2、適合在25-100°C范圍內(nèi)工作，溫度從100°C上升到130°C本發(fā)明的材料能夠從電子導(dǎo)電體轉(zhuǎn)變成電子絕緣體。這一溫度區(qū)間剛好略低于鋰離子電池隔膜的閉孔溫度(130°C)。這種由于溫度升高引起的電阻增加并導(dǎo)致較大的歐姆極化，直接影響電極的充放電，如同溫度敏感開關(guān)，可為鋰離子電池提供一種實現(xiàn)過熱保護(hù)的安全機制。
具體實施例方式下面通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說明。本發(fā)明以下所用的各種原料均為市售產(chǎn)品。實施例1
(1)先將環(huán)氧樹脂A膠(561A膠，深圳鑫力達(dá)膠業(yè)有限公司)與環(huán)氧樹脂B膠(561B膠，深圳鑫力達(dá)膠業(yè)有限公司)混合均勻得環(huán)氧樹脂AB膠，再將環(huán)氧樹脂AB膠、Super-P和Al2O3混合均勻得混合物料，加入混合物料重量60%的無水乙醇，調(diào)勻制成漿料；環(huán)氧樹脂A膠、環(huán)氧樹脂B膠、Super-P和Al2O3的配比見表1，Al2O3的粒徑為1-3微米；
(2)將步驟(I)制得的漿料均勻涂覆在鋁箔(厚度10微米)表面，涂覆厚度為2微米；
(3)將LiFePO4粉體搟成的碳膜電極(碳膜電極厚度80微米)與步驟(2)制得的表面涂有漿料的鋁箔壓緊(壓縮率70%)，在50°C下真空干燥得鋰離子電池正極片。碳膜電極的配比見表2。實施例2
(1)先將環(huán)氧樹脂A膠(561A膠，深圳鑫力達(dá)膠業(yè)有限公司)與環(huán)氧樹脂B膠(561B膠，深圳鑫力達(dá)膠業(yè)有限公司)混合均勻得環(huán)氧樹脂AB膠，再將環(huán)氧樹脂AB膠、Super-P和Al2O3混合均勻得混合物料，加入 混合物料重量70%的無水乙醇，調(diào)勻制成漿料；環(huán)氧樹脂A膠、環(huán)氧樹脂B膠、Super-P和Al2O3的配比見表1，Al2O3的粒徑為1-3微米；；
(2)將步驟(I)制得的漿料均勻涂覆在鋁箔(厚度10微米)表面，涂覆厚度為5微米；
(3)將LiFePO4粉體搟成的碳膜電極(碳膜電極厚度150微米)與步驟(2)制得的表面涂有漿料的鋁箔壓緊(壓縮率70%)，在60°C下真空干燥得鋰離子電池正極片。碳膜電極的配比見表2。實施例3
(1)先將環(huán)氧樹脂A膠(561A膠，深圳鑫力達(dá)膠業(yè)有限公司)與環(huán)氧樹脂B膠(561B膠，深圳鑫力達(dá)膠業(yè)有限公司)混合均勻得環(huán)氧樹脂AB膠，再將環(huán)氧樹脂AB膠、Super-P和Al2O3混合均勻得混合物料，加入混合物料重量65%的無水乙醇，調(diào)勻制成漿料；環(huán)氧樹脂A膠、環(huán)氧樹脂B膠、Super-P和Al2O3的配比見表1，Al2O3的粒徑為1-3微米；；
(2)將步驟(I)制得的漿料均勻涂覆在鋁箔(厚度10微米)表面，涂覆厚度為3微米；
(3)將LiFePO4粉體搟成的碳膜電極(碳膜電極厚度100微米)與步驟(2)制得的表面涂有漿料的鋁箔壓緊(壓縮率70%)，在55°C下真空干燥得鋰離子電池正極片。碳膜電極的配比見表2。
表I PTC材料的配比
— I環(huán)氧樹脂A膠I環(huán)氧樹脂B膠|Super-P|AlaoT~
實施例1 30%_30%_35%5%_
實施例 2 35% 一 35% 25%5% —
實施例 3 130% 132% 130%18% —
表2碳膜電極的配比
權(quán)利要求
1.一種用于鋰離子電池?zé)岚踩Ｗo(hù)的正溫度系數(shù)材料，其特征在于:所述的正溫度系數(shù)材料按質(zhì)量百分比計由以下成分混合制成:環(huán)氧樹脂A膠30%-35%，環(huán)氧樹脂B膠30%-35%，Super-P 25%_35%，Al2O3 5%_8%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鋰離子電池?zé)岚踩Ｗo(hù)的正溫度系數(shù)材料，其特征在于:所述的正溫度系數(shù)材料按質(zhì)量百分比計由以下成分混合制成:環(huán)氧樹脂A膠30%-35%，環(huán)氧樹脂 B 膠 30%-35%，Super-P 28%_32%，Al2O3 5%_8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于鋰離子電池?zé)岚踩Ｗo(hù)的正溫度系數(shù)材料，其特征在于=Al2O3的粒徑為1-3微米。
4.一種如權(quán)利要求1所述的用于鋰離子電池?zé)岚踩Ｗo(hù)的正溫度系數(shù)材料在鋰離子電池正極片制備上的應(yīng)用，其特征在于:所述的應(yīng)用步驟如下: (1)先將環(huán)氧樹脂A膠與環(huán)氧樹脂B膠混合均勻得環(huán)氧樹脂AB膠，再將環(huán)氧樹脂AB膠、Super-P和Al2O3混合均勻得混合物料，加入混合物料重量6(Γ70%的無水乙醇，調(diào)勻制成漿料； (2)將步驟(I)制得的漿料均勻涂覆在鋁箔表面； (3)將LiFePO4粉體搟成的碳膜電極與步驟(2)制得的表面涂有漿料的鋁箔壓緊，在500C 60°C下真空干燥得鋰離子電池正極片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于:步驟(2)中漿料的涂覆厚度為2飛微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所 述的應(yīng)用，其特征在于:步驟(3)LiFeP04粉體搟成的碳膜電極中各組份的質(zhì)量百分比為:88%-91% LiFePO4,4%-7% Super-P, 5% PVDF0
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的碳膜電極厚度為8(Γ150微米。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰離子電池生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種適用于鋰離子電池?zé)岚踩Ｗo(hù)的正溫度系數(shù)材料及其應(yīng)用。本發(fā)明所述的正溫度系數(shù)材料按質(zhì)量百分比計由以下成分混合制成環(huán)氧樹脂A膠30%-35%，環(huán)氧樹脂B膠30%-35%，Super-P25%-35%，Al2O35%-8%。本發(fā)明的正溫度系數(shù)材料PTC特性穩(wěn)定、室溫電阻小、升阻比適當(dāng)、循環(huán)性能良好，可為鋰離子電池提供一種實現(xiàn)過熱保護(hù)的安全機制。
文檔編號H01M4/62GK103194161SQ20121000510
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者趙勇, 陳軍, 石先興 申請人:萬向電動汽車有限公司, 萬向集團(tuán)公司