锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池。所述锂离子电池包括：正极片，包括正极集流体和设置于正极集流体上的正极膜片；负极片，包括负极集流体和设置于负极集流体上的负极膜片；隔离膜，间隔于正负极片之间；以及非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂以及添加剂。所述正极膜片双面涂布重量不小于28mg/cm2，压实密度不小于3.5g/cm3；所述负极膜片双面涂布重量不小于14mg/cm2，压实密度不小于1.4g/cm3；所述非水有机溶剂包括式Ⅰ结构的线状羧酸酯；在式Ⅰ中，R1、R2各自独立地选自2～4个碳原子的烷基；所述添加剂包括1,3-丙烷磺内酯和氟代碳酸乙烯酯。本发明专利技术的锂离子电池同时具有高能量密度、高首次库伦效率、优良的快速充电性能和低温充电性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、自放电率低、循环寿命长、无污染等独特的优势，现已作为电源广泛应用于手机、笔记本电脑等移动电子产品。然而随着电子产品市场需求的扩大及网络技术的发展，用户对锂离子电池提出更高的要求，高能量密度和优良的快速充电性能直接影响了用户的体验。目前，提高锂离子电池的能量密度有以下几种方式。(1)开发高电压体系的正极活性材料，但是，目前应用于4.4V以上的正极活性材料还不完善，而且部分电解液成分在此高电压下也不稳定；(2)采用高容量的新材料，比如，负极掺杂硅材料，但是掺杂有硅材料的负极极片膨胀严重，首次库伦效率较低；(3)采用高涂布重量、高压实密度的正负极片，提高锂离子电池的能量密度，但是，当正负极采用高涂布重量、高压实密度时，锂离子在电极微孔中的扩散变困难，电解液的浸润性也会变差，在低温下以及大倍率充电时，会存在析锂风险。从电解液的角度考虑，可以开发浸润性好、低粘度以及较宽温度窗口的溶剂，提升高涂布重量、高压实密度的正负极的动力学性能，降低充电过程中的浓差极化，促进锂离子电池在电极微孔中的扩散，抑制锂离子电池低温析锂风险，从而可以通过提高正负极的涂布重量、压实密度来实现锂离子电池的高能量密度和快速充电的要求。2013年1月9日授权公告的中国专利文献CN101803101B公开一种电解液中需要添加总含量为0.05-10wt％的抑制负极与线性羧酸酯之间反应的抑制剂，大幅改善锂离子电池的高温放电性能。但上述专利中的抑制剂在截止电压不小于4.35V的电池体系中会在正极上发生电化学反应，对电池在高电压条件下，特别是高温高电压状态下的使用非常不利。2007年12月19日公开的中国专利文献CN01090165A中公开了加入了氟代碳酸乙烯酯(FEC)做溶剂来抑制线性羧酸酯与负极反应，抑制机理就是利用FEC容易在负极形成较厚的界面膜。少量的FEC可以明显改善锂离子电池的常温循环性能，但是高含量的FEC有两个缺点：第一，对于正负极高涂布重量、高压实密度时，这种较厚的界面膜就会导致电池出现严重的析锂现象；第二，高含量FEC会分解出大量HF，特别是在高温下产气非常显著，影响电池存储和高温循环性能(反应式Ⅰ)。1,3-丙烷磺内酯(PS)也可作为电解液的添加剂参与电池电化学过程，PS的缺点在于其还原电位(0.7VVSLi/Li+)比较接近环状碳酸酯的还原电位(0.5VVSLi/Li+)(K.Xu,ChemicalReviews2014)，因此不适合单独作为负极成膜添加剂使用。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池，所述锂离子电池同时具有高能量密度、高首次库伦效率、优良的快速充电性能和低温充电性能。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种锂离子电池，其包括：正极片，包括正极集流体和设置于正极集流体上且包含正极活性材料、导电剂以及粘结剂的正极膜片；负极片，包括负极集流体和设置于负极集流体上且包含负极活性材料、导电剂以及粘结剂的负极膜片；隔离膜，间隔于正负极片之间；以及非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂以及添加剂。所述正极膜片双面涂布重量不小于28mg/cm2，压实密度不小于3.5g/cm3；所述负极膜片双面涂布重量不小于14mg/cm2，压实密度不小于1.4g/cm3；所述非水有机溶剂包括式Ⅰ结构的线状羧酸酯；在式Ⅰ中，R1、R2各自独立地选自2～4个碳原子的烷基；所述添加剂包括1,3-丙烷磺内酯和氟代碳酸乙烯酯。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的非水电解液含有式Ⅰ结构的线状羧酸酯化合物，同时还有PS和FEC。FEC和PS组合后可以与式Ⅰ结构的线状羧酸酯匹配，在正负极形成稳定的界面膜，可以避免式Ⅰ结构的线状羧酸酯与锂离子电池负极之间的化学反应，能够抑制式Ⅰ结构的线状羧酸酯在正极的电化学反应，同时可以改善高涂布重量、高压实密度的正负极的动力学性能，降低正负极的界面阻抗，降低电解液的消耗，从而降低负极低温析锂风险，增加电池恒流充电的时间，提高电池充电速度，改善高温存储性能和循环性能。具体实施方式下面说明根据本专利技术的锂离子电池以及实施例、对比例及测试过程以及测试结果。首先说明根据本专利技术的锂离子电池，包括：正极片，包括正极集流体和设置于正极集流体上且包含正极活性材料、导电剂以及粘结剂的正极膜片；负极片，包括负极集流体和设置于负极集流体上且包含负极活性材料、导电剂以及粘结剂的负极膜片；隔离膜，间隔于正负极片之间；以及非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂以及添加剂。所述正极膜片双面涂布重量不小于28mg/cm2，压实密度不小于3.5g/cm3；所述负极膜片双面涂布重量不小于14mg/cm2，压实密度不小于1.4g/cm3；所述非水有机溶剂包括式Ⅰ结构的线状羧酸酯；在式Ⅰ中，R1、R2各自独立地选自2～4个碳原子的烷基；所述添加剂包括1,3-丙烷磺内酯(PS)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)。如果正极膜片的压实密度和双面涂布重量过低，首先，相同容量的锂离子电池需要使用更长的正极集流体和隔离膜，增加锂离子电池的成本，降低锂离子电池的能量密度；其次，因为压实密度和双面涂布重量过低，会增加正极膜片的孔隙率，增加正极有效比表面积，消耗大量的电解液用于成膜，不仅增加了电解液的成本，还造成了锂离子电池中锂离子的过渡消耗，最终造成首次库伦效率降低和循环寿命降低等问题。如果负极膜片的压实密度和双面涂布重量过低，首先，相同容量的锂离子电池需要使用更长的负极集流体和隔离膜，增加锂离子电池的成本，降低锂离子电池的能量密度；其次，因为压实密度和双面涂布重量过低，会增加负极膜片的孔隙率，增加负极有效比表面积，消耗大量的电解液用于成膜，不仅增加了电解液的成本，还造成了锂离子电池中锂离子的过渡消耗，最终造成首次库伦效率降低和循环寿命降低等问题；最后，压实密度和双面涂布重量过低还会出现负极析锂现象，这是因为压实密度过低，负极膜片的孔隙较多，嵌入进去的锂离子不容易脱出，造成大量的锂堆积堵塞孔隙，从而出现负极析锂现象。通常在锂离子电池中，如果正极膜片的压实密度和双面涂布重量很大，普通电解液在正极中扩散不充分，而且正极厚度很大，会增加正极的欧姆阻抗，增大锂离子在正极中的迁移距离，减小电池恒流充电时间，降低电池充电速度，同时因为电极微孔空间较小，没有足够的电解液修复正极界面膜，进而使锂离子电池的循环寿命降低；如果负极膜片的压实密度和双面涂布重量很大，普通电解液在负极中扩散不充分，而且负极厚度增大，会增加负极的欧姆阻抗，增加锂离子在负极中的迁移阻抗，导致负极析锂同时因为电极微孔空间较小，没有足够的电解液修复SEI膜，导致锂离子电池的循环寿命降低。而本专利技术锂离子电池的非水电解液含有式Ⅰ结构的线状羧酸酯，由于其具有低熔点、低粘度、宽液程的特点，能有效地改善锂离子电池大倍率充电性能，改善电解液的浸润性，但是线状羧酸酯与锂离子电池的负极不可避免的有化学反应发生，会严重恶化锂离子电池的循环性能；而且线状羧酸酯的氧化电位比链状碳酸酯低，特别是在高电压下，线状羧酸酯在正极的电化学反应加剧。少量的FEC可以在负极形成较厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池，包括：正极片，包括正极集流体和设置于正极集流体上且包含正极活性材料、导电剂以及粘结剂的正极膜片；负极片，包括负极集流体和设置于负极集流体上且包含负极活性材料、导电剂以及粘结剂的负极膜片；隔离膜，间隔于正负极片之间；以及非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂以及添加剂；其特征在于，所述正极膜片双面涂布重量不小于28mg/cm2，压实密度不小于3.5g/cm3；所述负极膜片双面涂布重量不小于14mg/cm2，压实密度不小于1.4g/cm3；所述非水有机溶剂包括式Ⅰ结构的线状羧酸酯；在式Ⅰ中，R1、R2各自独立地选自2～4个碳原子的烷基；所述添加剂包括1,3‑丙烷磺内酯和氟代碳酸乙烯酯。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，包括：正极片，包括正极集流体和设置于正极集流体上且包含正极活性材料、导电剂以及粘结剂的正极膜片；负极片，包括负极集流体和设置于负极集流体上且包含负极活性材料、导电剂以及粘结剂的负极膜片；隔离膜，间隔于正负极片之间；以及非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂以及添加剂；其特征在于，所述正极膜片双面涂布重量不小于28mg/cm2，压实密度不小于3.5g/cm3；所述负极膜片双面涂布重量不小于14mg/cm2，压实密度不小于1.4g/cm3；所述非水有机溶剂包括式Ⅰ结构的线状羧酸酯；在式Ⅰ中，R1、R2各自独立地选自2～4个碳原子的烷基；所述添加剂包括1,3-丙烷磺内酯和氟代碳酸乙烯酯。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述式Ⅰ结构的线状羧酸酯选自乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸正丁酯以及丁酸丙酯中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述非水有机溶剂还包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、γ-丁内酯以及四氢呋喃中的一种或几种。4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述式Ⅰ结构的线状羧...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙兵，陈培培，唐超，付成华，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35