1.本发明属于二次电池技术领域，尤其涉及一种锂离子二次电池及用电装置。
背景技术：2.随着新能源汽车的推广，其充电速度慢，等待时间长的缺点受到越来越多的诟病，为了弥补这个缺陷，整车厂相继推出了具备快充能力的车型。然而，快充下锂电池产热严重，动力电池在厚度方向(y轴)导热能力差，严重限制了动力电池的散热性能，热量积累后非常容易发生热失控。因此改善动力电池在y轴方向的散热性能尤为重要。
技术实现要素：3.本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子二次电池，正极活性涂层添加有导热陶瓷材料，导热陶瓷材料具有较高的导热系数，能够提高电池在厚度方向的导热系数，从而提高电池整体的散热性能，提高电池的热安全性。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种锂离子二次电池，包括正极片，正极片包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一表面的正极活性涂层，所述正极活性涂层包括正极活性材料和导热陶瓷材料，所述导热陶瓷材料的导热系数为200～320w/m
·
k。
6.其中，所述导热陶瓷材料占正极活性涂层重量份数的0.1～20％。
7.其中，所述导热陶瓷材料包括碳化硅、氮化硅、氮化铝中的一种或几种。
8.其中，所述导热陶瓷材料占正极活性涂层中的质量百分比为r，正极活性涂层的面密度为w，二者满足以下关系式：0.5≤100*r/w≤500，r的单位为wt％，w的单位为mg/1540.25mm2。
9.其中，所述正极活性材料包括包覆或未包覆的层状锂镍钴锰过渡金属氧化物或者包覆或未包覆的锂镍钴铝过渡金属氧化物的一种或几种，其中，包覆或未包覆的层状锂镍钴锰过渡金属氧化物的化学式为li
x1
ni
(1-y1-z1-a1)
co
y1
mn
z1
m1
a1
o2，0.90≤x1≤1.05，0＜y1≤0.2，0＜z1≤0.2，0≤a1≤0.05，m1选自ti、al、zr、mg、zn、ba、mo、b中的一种或几种；包覆或未包覆的锂镍钴铝过渡金属氧化物的化学式为li
x2
ni
(1-y2-z2-a2)
co
y2
al
z2
m2
a2
o2，0.90≤x2≤1.05，0＜y2≤0.1，0＜z2≤0.1，0≤a2≤0.05，m2选自ti、mn、zr、mg、zn、ba、mo、b中的一种或几种。
10.其中，所述正极活性材料还包括橄榄石型锂磷酸盐为life
1-x3-y3
mn
x3
m3
y3
po4，其中，0≤x3≤1，0≤y3≤0.1，0≤x3+y3≤1，m3选自除fe、mn外的过渡金属元素以及非过渡金属元素中的一种或几种。
11.其中，所述锂离子二次电池还包括负极片，所述负极片包括负极活性材料，所述负极活性材料包括石墨、软碳、硬碳、碳纤维、中间相碳微球、硅基材料中的一种或几种。
12.其中，所述锂离子二次电池还包括隔离膜，所述隔离膜为聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜中的一种。
13.其中，所述锂离子二次电池还包括壳体，所述壳体的材质为不锈钢或铝塑膜。
14.本发明的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种用电装置，具有良好的耐热性能和热安全性能。
15.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
16.一种用电装置，包括上述的锂离子二次电池。
17.本发明的用电装置包括笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携cd机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池中的任意一种。
18.相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明的一种锂离子二次电池，正极活性涂层添加有导热陶瓷材料，导热陶瓷材料具有较高的导热系数，能够提高电池在厚度方向的导热系数，从而提高电池整体的散热性能，提高电池的热安全性。
具体实施方式
19.下面结合具体实施方式，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
20.一种锂离子二次电池，包括正极片，正极片包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一表面的正极活性涂层，所述正极活性涂层包括正极活性材料和导热陶瓷材料，所述导热陶瓷材料的导热系数为200～320w/m
·
k。
21.传统的锂离子二次电池在高度方向由于有金属极片，金属极片具有良好的导热性能，能够在高度方向较快的将热量导出，而在厚度方向由于具有多层极片和隔膜，极片和隔膜表面也涂覆有涂层，多层设置导致电池在厚度方向的散热速率较慢，从而影响电池的整体散热效果，而本发明的一种锂离子二次电池在正极活性涂层中添加导热陶瓷材料，增加在厚度方向的导热系数，使电池内的热量能够穿过一层一层的极片以及隔膜进行传导散热，从而提高电池的整体散热性能，提高电池的热安全性。
22.在一些实施例中，所述导热陶瓷材料占正极活性涂层重量份数的0.1～20％。优选地，所述导热陶瓷材料占正极活性涂层重量份数的0.1～5％、6～10％、11～15％、16～20％。具体地，导热陶瓷材料占正极活性涂层重量份数的0.1％、0.5％、6％、12％、16％、20％。优选地，导热陶瓷材料占有正极活性涂层重量份数的8％。
23.在一些实施例中，所述导热陶瓷材料包括碳化硅、氮化硅、氮化铝中的一种或几种。碳化硅，是一种无机物，化学式为sic，是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。氮化硅是一种无机物，化学式为si3n4。它是一种重要的结构陶瓷材料，硬度大，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子晶体；高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。氮化铝，共价键化合物，化学式为ain，是原子晶体，属类金刚石氮化物、六方晶系，纤锌矿型的晶体结构，无毒，呈白色或灰白色。aln最高可稳定到2200℃。室温强度高，且强度随温度的升高下降较慢。导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料。抗熔融金属侵蚀的能力强，是熔铸纯铁、铝或铝合金理想的坩埚材料。氮化铝还是电绝缘体，介
电性能良好，用作电器元件也很有希望。砷化镓表面的氮化铝涂层，能保护它在退火时免受离子的注入。氮化铝还是由六方氮化硼转变为立方氮化硼的催化剂。室温下与水缓慢反应.可由铝粉在氨或氮气氛中800～1000℃合成，产物为白色到灰蓝色粉末。或由al2o
3-c-n2体系在1600～1750℃反应合成，产物为灰白色粉末。或氯化铝与氨经气相反应制得.涂层可由alcl
3-nh3体系通过气相沉积法合成。
24.aln+3h2o＝＝催化剂＝＝＝al(oh)3↓
+nh3↑
。
25.本发明的导热陶瓷材料性能稳定，且具有良好的导热性能，添加至电池的正极活性涂层中能够提高电池在厚度方向的散热性能，从而提升电池的整体散热性能效果。
26.在一些实施例中，所述导热陶瓷材料占正极活性涂层中的质量百分比为r，正极活性涂层的面密度为w，二者满足以下关系式：0.5≤100*r/w≤500，r的单位为wt％，w的单位为mg/1540.25mm2。当正极活性涂层中的导热陶瓷材料的质量百分比r与正极活性涂层的面密度w存在一定的关系式时，正极片的导热性能更佳。正极活性涂层的面密度越厚，电池在厚度方向的散热性能越差，而导热陶瓷材料的添加量需要更多，才能抵消导热陶瓷材料在厚度方向的增加。
27.在一些实施例中，所述正极活性材料包括包覆或未包覆的层状锂镍钴锰过渡金属氧化物或者包覆或未包覆的锂镍钴铝过渡金属氧化物的一种或几种，包覆或未包覆的层状锂镍钴锰过渡金属氧化物的化学式为li
x1
ni
(1-y1-z1-a1)
co
y1
mn
z1
m1
a1
o2，0.90≤x1≤1.05，0＜y1≤0.2，0＜z1≤0.2，0≤a1≤0.05，m1选自ti、al、zr、mg、zn、ba、mo、b中的一种或几种；包覆或未包覆的锂镍钴铝过渡金属氧化物的化学式为li
x2
ni
(1-y2-z2-a2)
co
y2
al
z2
m2
a2
o2，0.90≤x2≤1.05，0＜y2≤0.1，0＜z2≤0.1，0≤a2≤0.05，m2选自ti、mn、zr、mg、zn、ba、mo、b中的一种或几种。
28.在一些实施例中，所述正极活性材料还包括橄榄石型锂磷酸盐为life
1-x3-y3
mn
x3
m3
y3
po4，其中，0≤x3≤1，0≤y3≤0.1，0≤x3+y3≤1，m3选自除fe、mn外的过渡金属元素以及非过渡金属元素中的一种或几种。
29.在一些实施例中，所述锂离子二次电池还包括负极片，所述负极片包括负极活性材料，所述负极活性材料包括石墨、软碳、硬碳、碳纤维、中间相碳微球、硅基材料中的一种或几种。硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅合金中的一种或几种。
30.在一些实施例中，所述导热陶瓷材料的导热系数为200～320w/m
·
k。本发明的导热陶瓷材料具有较高的导热系数，添加至正极活性涂层中能够提高正极活性涂层的导热性能，从而使电池在厚度方向具有快速有效地导热性能，使电池内部的热量能够从横向和纵向进行导热散热，大大提高导热散热性能，从而使二次电池的热安全性能提高。
31.在一些实施例中，所述锂离子二次电池还包括隔离膜，所述隔离膜为聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布，聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜中的一种。优选地，锂离子二次电池使用聚乙烯多孔膜。
32.在一些实施例中，所述锂离子二次电池还包括壳体，所述壳体的材质为不锈钢或铝塑膜。不锈钢硬度高，铝塑膜具有一定的硬度和可塑性，可根据电芯的形状进行造形，加工容易。
33.在一些实施例中，锂离子二次电池还包隔离膜、电解液、壳体，所述隔离膜用于将正极片和负极片分隔，所述壳体用于将正极片、隔膜膜、负极片和电解液封装装设。
34.在一些实施例中，正极集流体通常是汇集电流的结构或零件，所述正极集流体可以是本领域各种适用于作为锂离子电池正极集流体的材料，例如，所述正极集流体可以是包括但不限于金属箔等，更具体可以是包括但不限于铝箔等。
35.在一些实施例中，负极片包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一表面的负极活性涂层，负极活性涂层包括上述的负极活性物质，所述负极集流体可以是本领域各种适用于作为锂离子电池负极集流体的材料，例如，所述负极集流体可以是包括但不限于金属箔等，更具体可以是包括但不限于铜箔等。
36.该锂离子电池还包括电解液，电解液包括有机溶剂、电解质锂盐和添加剂。其中，电解质锂盐可以是高温性电解液中采用的lipf6和/或libob；也可以是低温型电解液中采用的libf4、libob、lipf6中的至少一种；还可以是防过充型电解液中采用的libf4、libob、lipf6、litfsi中的至少一种；亦可以是liclo4、liasf6、licf3so3、lin(cf3so2)2中的至少一种。而有机溶剂可以是环状碳酸酯，包括pc、ec；也可以是链状碳酸酯，包括dfc、dmc、或emc；还可以是羧酸酯类，包括mf、ma、ea、mp等。而添加剂包括但不限于成膜添加剂、导电添加剂、阻燃添加剂、防过充添加剂、控制电解液中h2o和hf含量的添加剂、改善低温性能的添加剂、多功能添加剂中的至少一种。
37.实施例1
38.一种锂离子二次电池，包括正极片，正极片包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一表面的正极活性涂层，所述正极活性涂层包括正极活性材料和导热陶瓷材料，所述导热陶瓷材料的导热系数为300～320w/m
·
k。
39.(1)正极片的制备
40.将lini
1.5
co
0.1
mn
0.12
ti
0.02
o2正极活性物质、导电剂超导碳和碳管、粘结剂聚偏氟乙烯以及氮化硅导热陶瓷材料按质量比88:2.0:0.5:1.5:8混合均匀制成正极浆料，将正极浆料涂布在集流体铝箔的一表面上，在85℃下烘干形成正极涂性涂层，所述正极活性涂层的面密度为120mg/1540.25mm2。将极片收卷后，再在铝箔另一面按上述方法进行正极浆料涂布和干燥，然后将制备出的铝箔双面涂有正极活性物质层的极片进行冷压处理；进行切边、裁片、分条，分条后，制成锂离子电池正极片。
41.(2)负极片的制备
42.将硅碳负极活性物质与导电剂超导碳、增稠剂羧甲基纤维素钠、粘结剂丁苯橡胶按质量比96.5:1.0:1.0:1.5制成负极浆料，涂布在集流体铜箔上并在85℃下烘干收卷后，再在铜箔另一面按上述方法进行负极浆料涂布和干燥，然后将制备出的铜箔双面涂有负极活性物质层的极片进行冷压处理；进行切边、裁片、分条，分条后制成锂离子电池负极片。
43.(3)隔膜：选取厚度为7μm的聚乙烯多孔薄膜作为隔膜。
44.(4)电解液的制备：
45.将六氟磷酸锂(lipf6)溶解于碳酸二甲酯(dec)、碳酸乙烯酯(ec)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸二乙酯(dec)混合溶剂中(三者的质量比为3:5:2)，得到电解液。
46.(5)电池的制备：
47.将上述正极片、隔膜和负极片卷绕成电芯，电芯容量约为5ah。隔膜位于相邻的正极片和负极片之间，正极以铝极耳点焊引出，负极以镍极耳点焊引出；然后将电芯置于铝塑包装袋中，烘烤后注入上述电解液，经封装、化成、分容等工序，最后制成锂离子电池。
48.实施例2
49.与实施例1的区别在于：所述导热陶瓷材料占正极活性涂层重量份数的0.5％。
50.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
51.实施例3
52.与实施例1的区别在于：所述导热陶瓷材料占正极活性涂层重量份数的3％。
53.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
54.实施例4
55.与实施例1的区别在于：所述导热陶瓷材料占正极活性涂层重量份数的12％。
56.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
57.实施例5
58.与实施例1的区别在于：所述导热陶瓷材料占正极活性涂层重量份数的18％。
59.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
60.实施例6
61.与实施例1的区别在于：所述正极活性物质为li
0.92
ni
0.77
co
0.1
mn
0.1
mg
0.03
o2。
62.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
63.实施例7
64.与实施例1的区别在于：所述正极活性物质为li
0.95
ni
0.9
co
0.01
mn
0.08b0.01
o2。
65.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
66.实施例8
67.与实施例1的区别在于：所述正极活性材料为碳包覆的li
0.93
ni
0.89
co
0.05
al
0.02
m2
0.04
o2。
68.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
69.实施例9
70.与实施例1的区别在于：所述正极活性材料为碳包覆的li
0.94
ni
0.91
co
0.03
al
0.01
m2
0.02
o2。
71.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
72.实施例10
73.与实施例1的区别在于：所述正极活性材料为橄榄石型锂磷酸盐，其化学式为life
0.24
mn
0.8v0.06
po4.
74.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
75.对比例1
76.与实施例1的区别在于：所述正极活性涂层包括ncm811正极活性物质、导电剂超导碳和碳管、粘结剂聚偏氟乙烯按质量比为96:2.0:0.5:1.5混合均匀制成正极浆料。
77.其余与实施例1相同，这里不再赘述。
78.将上述实施例1-10以及对比例1的极片进行厚度方向的导热性能测试，测试结果记录表1。
79.厚度方向的导热性能测试：使用tca 3dp法测试极片在厚度方向的导热系数进行性能测试，使用的仪器为基于红外热像仪测温与三维数据反演技术的3d热物性分析仪。该设备通过柔性电热片对软包锂电池底部施加脉冲激励，在电池一侧利用红外热像仪进行非
接触测温，并通过数据反演计算得出电池的纵向与面向导热系数。
80.(i)试样准备
81.将上述实施例1-10以及对比例1的电池都充电至100％soc，分别将它们标号。
82.(ii)测试过程
83.分别用tca 3dp-1603d热物性分析仪(以下简称tca 3dp法)对试样导热系数进行测量，每个样品重复测量6次。为了对比和检验tca 3dp法和hot disk法所测结果的准确性，利用稳态法对试样的纵向导热系数进行测量，每个样品测试2次，并计算平均值，记录表1。
84.表1
[0085][0086][0087]
根据上述表1可以得出，本发明的相对于对比例1的极片在厚度方向具有更好的导热性能，特点地，本实施例1相对于对比例1在厚度方向的导热性能提升24.05％，具有显著的进步。
[0088]
由实施例1-5对比得出，当设置所述导热陶瓷材料占正极活性涂层重量份数的8份时，制备出的极片的导热系数更高，性能更好。
[0089]
由实施例1、6-10对比得出当设置所述正极活性物质为lini
1.5
co
0.1
mn
0.12
ti
0.02
o2时，制备出的极片性能更好。
[0090]
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
技术特征：1.一种锂离子二次电池，其特征在于，包括正极片，正极片包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一表面的正极活性涂层，所述正极活性涂层包括正极活性材料和导热陶瓷材料，所述导热陶瓷材料的导热系数为200～320w/m
·
k。2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述导热陶瓷材料占正极活性涂层重量份数的0.1～20％。3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述导热陶瓷材料包括碳化硅、氮化硅、氮化铝中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述导热陶瓷材料占正极活性涂层中的质量百分比为r，正极活性涂层的面密度为w，二者满足以下关系式：0.5≤100*r/w≤500，r的单位为wt％，w的单位为mg/1540.25mm2。5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述正极活性材料包括包覆或未包覆的层状锂镍钴锰过渡金属氧化物或者包覆或未包覆的锂镍钴铝过渡金属氧化物的一种或几种，包覆或未包覆的层状锂镍钴锰过渡金属氧化物的化学式为li
x1
ni
(1-y1-z1-a1)
co
y1
mn
z1
m1
a1
o2，0.90≤x1≤1.05，0＜y1≤0.2，0＜z1≤0.2，0≤a1≤0.05，m1选自ti、al、zr、mg、zn、ba、mo、b中的一种或几种；包覆或未包覆的锂镍钴铝过渡金属氧化物的化学式为li
x2
ni
(1-y2-z2-a2)
co
y2
al
z2
m2
a2
o2，0.90≤x2≤1.05，0＜y2≤0.1，0＜z2≤0.1，0≤a2≤0.05，m2选自ti、mn、zr、mg、zn、ba、mo、b中的一种或几种。6.根据权利要求5所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述正极活性材料还包括橄榄石型锂磷酸盐为life
1-x3-y3
mn
x3
m3
y3
po4，其中，0≤x3≤1，0≤y3≤0.1，0≤x3+y3≤1，m3选自除fe、mn外的过渡金属元素以及非过渡金属元素中的一种或几种。7.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述锂离子二次电池还包括负极片，所述负极片包括负极活性材料，所述负极活性材料包括石墨、软碳、硬碳、碳纤维、中间相碳微球、硅基材料中的一种或几种。8.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述锂离子二次电池还包括隔离膜，所述隔离膜为聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜中的一种。9.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述锂离子二次电池还包括壳体，所述壳体的材质为不锈钢或铝塑膜。10.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的锂离子二次电池。
技术总结本发明属于二次电池技术领域，尤其涉及一种锂离子二次电池，包括正极片，正极片包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一表面的正极活性涂层，所述正极活性涂层包括正极活性材料和导热陶瓷材料，所述导热陶瓷材料的导热系数为200～320W/m
技术研发人员：杨从强
受保护的技术使用者：江苏正力新能电池技术有限公司
技术研发日：2022.07.18
技术公布日：2022/11/1
