高压锂离子电池制造技术

技术编号:19010819 阅读:29 留言:0更新日期:2018-09-22 10:26
提供一种高压锂离子电池,包括电解液、正极和负极,所述正极包括集流体、正极活性材料、导电添加剂和粘结剂,所述集流体是由碳材料制成,所述电解液包括酰亚胺类化合物和/或三氟甲基磺酸锂。本发明专利技术高压锂离子电池采用碳材料作正极集流体,具有高耐电化学腐蚀性,可以有效解决现有使用低浓度酰亚胺类和/或三氟甲基磺酸锂的电解液的高压锂离子电池中铝箔被腐蚀的问题。

【技术实现步骤摘要】
高压锂离子电池
本专利技术涉及电化学
,具体涉及高压锂离子电池。
技术介绍
同目前锂离子电池通用的LiPF6电解液相比,酰亚胺类的电解液具有稳定性高的特点。但是,酰亚胺类的电解液对通用的正极集流体铝箔的腐蚀性强烈。特别指出的是,高电压(>4.5V)的锂离子电池正极活性材料在常规浓度(约1mol/L)的酰亚胺类电解液或三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)中只能发生铝箔的电化学腐蚀反应,而电极材料不能进行正常充放电反应。利用高浓度的酰亚胺类的电解液可以有效抑制铝箔腐蚀,而使得高压正极活性材料得以进行正常的充放电。但是,高浓度电解液大幅度提高了成本。因而,低浓度酰亚胺类电解液中高电压的锂离子电池正极活性材料的工作仍然是重要的挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在低浓度的酰亚胺类电解液中,利用耐电化学腐蚀的碳材料作为高压锂离子电池正极集流体,克服了传统铝箔集流体的腐蚀问题,从而使得4.5V以上高压锂离子正极活性材料在低浓度的酰亚胺类电解液中正常工作。一种高压锂离子电池,包括电解液、正极和负极,所述正极包括集流体、正极活性材料、导电添加剂和粘结剂,所述集流体是由碳材料制成,所述电解液包括酰亚胺类化合物。根据本专利技术的一实施方式,所述电解液中所述酰亚胺类化合物的浓度是0.1-3mol/L、所述三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)的浓度是0.1-3mol/L。所述电解液中所述酰亚胺类化合物的浓度也可以是0.5-2mol/L、所述三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)的浓度也可以是0.5-2mol/L。一般是1mol/L左右。根据本专利技术的另一实施方式,所述酰亚胺类化合物包括双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)以及双全氟乙基磺酰亚胺锂(LiBETI)中的至少一种。根据本专利技术的另一实施方式,所述正极活性材料包括热力学电化学电势>4.5V的正极活性材料中的至少一种。根据本专利技术的另一实施方式,所述正极活性材料包括LiNi0.5Mn1.5O4、LiNiPO4、LiCoPO4、Li3V2(PO4)3中的至少一种。根据本专利技术的另一实施方式,所述集流体包括石墨纸、石墨薄膜、石墨烯纸、石墨烯薄膜、碳纳米管膜、碳纤维织物或非织物中一种或几种。本专利技术高压锂离子电池采用碳材料作为正极集流体,具有高耐电化学腐蚀性可以解决现有使用低浓度酰亚胺类电解液和/或三氟甲基磺酸锂的高压锂离子电池中铝箔被腐蚀的缺陷。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施方式,本专利技术的上述和其它特征及优点将变得更加明显。图1是对比例1的正极片的首次充电曲线。图2是实施例1的正极片的充放电曲线。图3是实施例1的正极片的循环性能曲线。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。本专利技术的高压锂离子电池,包括集流体、电解液、正极活性材料、负极材料等。其中高压是指4.5V以上。本专利技术的锂离子电池电解液为含低浓度酰亚胺类化合物和/或三氟甲基磺酸锂,集流体由碳材料制成,克服了传统铝箔集流体在高压、含低浓度酰亚胺类化合物的电解液的电池中的腐蚀问题,从而使得4.5V以上高压锂离子正极活性材料在低浓度的酰亚胺类电解液中正常工作。当然本专利技术的由碳材料制成的集流体也可以用于其他锂离子电池中。含酰亚胺类化合物和/或三氟甲基磺酸锂的电解液中,酰亚胺类化合物包括双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)以及双全氟乙基磺酰亚胺锂(LiBETI)中的至少一种。酰亚胺类化合物、三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)的浓度一般是0.1-3mol/L。还可以在0.5-2mol/L。一般是1mol/L左右。高压正极活性材料,包括LiNi0.5Mn1.5O4、LiNiPO4、LiCoPO4、Li3V2(PO4)3中的至少一种。由碳材料制成的集流体可以是石墨纸、石墨薄膜、石墨烯纸、石墨烯薄膜、碳纳米管膜、碳纤维织物或非织物中一种或几种。实施例1本实施例中的石墨烯纸是先通过化学气相沉积方法在羟基磷灰石纳米线组装成的模板上生长、后将羟基磷灰石纳米线模板刻蚀得到。所得的石墨烯纸的电导率为200-300S/m。按质量比为90:5:5将镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)粉体、导电炭黑、粘接剂聚偏二氟乙烯与有机溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合配成浆料,涂布在石墨烯纸集流体上,干燥后得到极片,并在干房中以锂片为负极组装成软包半电池,所用电解液为1mol/L的LiFSI/(EC+DMC,体积比1:1)。对比例1以铝箔为集流体,以实施例1相同的方式制备正极片,并组装成软包半电池。以充放电速率0.1C(1C=147mA/g)测试实施例1和对比例1的正极片的循环性能。图1示出以铝箔为集流体的正极片的首次充电曲线。可以看出,铝箔集流体上仅仅存在铝箔的电化学腐蚀平台,而无LiNi0.5Mn1.5O4对应的充电平台。换言之,在1mol/LLiFSI/(EC+DMC,体积比1:1)电解液中,镍锰酸锂在铝箔做集流体上无法工作。图2示出以石墨烯纸作为集流体的正极片的充电曲线,其中数字代表充放电循环的圈数。可以看出,充放电曲线均存在对应LiNi0.5Mn1.5O4的充放电平台,也就是说本专利技术的集流体上的LiNi0.5Mn1.5O4在1mol/LLiFSI/(EC+DMC,体积比1:1)电解液中可以正常工作。图3示出相应的循环稳定性测试结果,表明在1mol/LLiFSI/(EC+DMC,体积比1:1)电解液中,镍锰酸锂在石墨烯纸集流体上可以较为稳定的循环。由此可见,本专利技术的集流体应用于包含低浓度的酰亚胺类电解液的锂离子电池中,由于碳材料的耐电化学腐蚀性克服了传统铝箔集流体的腐蚀问题,从而使得高压锂离子正极活性材料在低浓度的酰亚胺类电解液中正常工作。本专利技术的技术方案已由优选实施例揭示如上。本领域技术人员应当意识到在不脱离本专利技术所附的权利要求所揭示的本专利技术的范围和精神的情况下所作的更动与润饰,均属本专利技术的权利要求的保护范围之内。本文档来自技高网...
高压锂离子电池

【技术保护点】
1.一种高压锂离子电池,包括电解液、正极和负极,所述正极包括集流体、正极活性材料、导电添加剂和粘结剂,其特征在于,所述集流体是由碳材料制成,所述电解液包括酰亚胺类化合物和/或三氟甲基磺酸锂。

【技术特征摘要】
1.一种高压锂离子电池,包括电解液、正极和负极,所述正极包括集流体、正极活性材料、导电添加剂和粘结剂,其特征在于,所述集流体是由碳材料制成,所述电解液包括酰亚胺类化合物和/或三氟甲基磺酸锂。2.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,所述电解液中所述酰亚胺类化合物的浓度是0.1-3mol/L、所述三氟甲基磺酸锂的浓度是0.1-3mol/L。3.根据权利要求2所述的锂离子电池,其特征在于,所述电解液中所述酰亚胺类化合物的浓度是0.5-2mol/L、所述三氟甲基磺酸锂的浓度是0.5-2mol/L。4.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员:彭海琳王铭展单婧媛王可心刘忠范
申请(专利权)人:北京石墨烯研究院北京大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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