防过充的金属离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种防过充的金属离子电池及其制备方法，涉及电池技术领域。该防过充的金属离子电池的正极和/或负极掺杂碳酸盐和/或碳酸氢盐；所述金属离子电池的电解液包含含卤化合物。该金属离子电池的倍率性能、体积能量密度、重量能量密度影响较小，并且能够有效防止金属离子电池过充。上述防过充的金属离子电池的制备方法具有工艺流程简单且适合工业化生产的优点。缓解了现有技术中存在的金属离子电池防过充性能不佳的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
防过充的金属离子电池及其制备方法
本专利技术涉及电池
，尤其是涉及一种防过充的金属离子电池及其制备方法。
技术介绍
随着金属离子电池需求的不断发展，设计者不断提高电芯的充电截止电压，或改变材料的结构以实现更高的能量密度要求。当电芯过充电时，正极中的金属离子过度脱出，引起正极结构发生坍塌，失稳的结构使其处于强氧化态，对电解液、隔离膜产生强烈的氧化作用。同时从正极脱出的金属离子在负极表面大量析出形成枝晶，强还原态的金属离子同样会与电解液发生反应。这样电池内部强烈的氧化还原反应释放大量的热，再加上电池本身在充电过程中产生的焦耳热，引起电芯温度剧烈升高，引发SEI分解、隔离膜熔融发生内短路，电解液分解等一系列反应，从而引发电芯热失效。现有改善金属离子单体电池过充电的方法多种多样，包括加装防爆阀、熔断器、TCO等等方式，但是对于软包金属离子单体电芯来说，目前改善方法主要集中在体系热稳定性的提升方面，如：1.正极活性材料颗粒表面包覆，意在隔绝过充时强氧化态的正极与电解液的氧化反应，但是包覆材料的存在一方面影响材料克容量，另一方面影响倍率性能。2.正极极片表面涂覆陶瓷涂层，意在防止电芯过充隔膜熔融或内部胀气引起的正、负极直接接触引发剧烈内短路，但是工艺成本增加，体积能量密度、重量能量密度受影响，动力学性能影响。3.低闭孔温度隔膜，意在电芯在过充时，内部温度较低的情况下，通过隔离膜闭孔阻断内部电化学反应，但是无法保证反应被完全阻断，且当达到闭孔温度时，内部电化学反应已经达到危险点。4.降低电解液盐浓度，增加电芯自身极化，使得电芯在过充电时更早达到充电截止电压，此时电芯的充电SOC更低，热稳定性相对更好，但是会影响电芯动力学性能。5.增加电解液过充添加剂，添加联苯、苯基环己烷等电聚合或氧化还原飞梭型过充添加剂，但是在电池正常充放电电压范围内，即会发生微量反应，对电池内阻产生影响，另外过充添加剂对电池高温及循环性能有较大影响。因此，目前需要一种改进的防过充的金属离子电池。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供了一种防过充的金属离子电池，缓解了现有技术中存在的金属离子电池防过充性能不佳的技术问题。本专利技术的第二目的在于提供了一种上述防过充的金属离子电池的制备方法，该制备方法具有工艺流程简单且适合工业化生产的优点。为解决上述技术问题，本专利技术特采用如下技术方案：一种防过充的金属离子电池，所述金属离子电池的正极和/或负极掺杂碳酸盐和/或碳酸氢盐；所述金属离子电池的电解液包含含卤化合物。进一步的，所述金属离子电池包括锂离子电池、钾离子电池、钠离子电池、锌离子电池或镁离子电池。进一步的，所述含卤化合物包括含氟化合物、含氯化合物、含溴化合物和含碘化合物中的至少一种。进一步的，所述碳酸盐和/或所述碳酸氢盐包括锂盐、钾盐、钠盐、锌盐或镁盐。进一步的，所述金属离子电池为锂离子电池，所述锂离子电池的正极和/或负极掺杂Li2CO3；所述锂离子电池的电解液包含LiPF6。进一步的，按重量百分比计，正极浆料和/或负极浆料掺杂0.5％-15％的Li2CO3；优选地，按重量百分比计，正极浆料和/或负极浆料掺杂0.5％-10％的Li2CO3；优选地，按重量百分比计，正极浆料和/或负极浆料掺杂1％-3％的Li2CO3；优选地，所述Li2CO3为纳米级、微米级或者亚微米级的Li2CO3。进一步的，所述正极浆料和/或负极浆料还包括正极活性材料和/或负极活性材料、溶剂和任选的助剂；优选地，所述正极活性材料包括钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍酸锂和镍钴锰酸锂中至少一种；优选地，所负极活性材料包括天然石墨、人造石墨、软碳或硬碳中的至少一种；优选地，所述溶剂包括水和/或有机溶剂；优选地，所述有机溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、二甲基亚砜或四氢呋喃中的一种或多种；优选地，所述助剂包括导电剂、粘结剂、增稠剂和分散剂中的至少一种。一种上述金属离子电池的制备方法，将所述正极、隔膜和所述负极进行组装，制成电芯，将电芯放入壳体中，注入所述电解液，即制得防过充的金属离子电池；优选的，所述正极通过将碳酸盐和/或碳酸氢盐与正极浆料混合后涂覆于正极集流体制备得到；优选的，所述负极通过将碳酸盐和/或碳酸氢盐与负极浆料混合后涂覆于负极集流体制备得到。进一步的，先将所述碳酸盐和/或碳酸氢盐在100-200℃的条件下烘烤至含水率≤500ppm，然后再分别用于制备正极和/或负极。进一步的，所述碳酸盐和/或碳酸氢盐与正极浆料和/或负极浆料混合后真空除气；优选地，所述真空除气的工艺条件为：搅拌速度5-20pm，压强≤-0.08MPa和搅拌时间10-30min。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果本专利技术提供的防过充的金属离子电池的正极和/或负极掺杂有碳酸盐和/或碳酸氢盐；并且所述电解液包含含卤化合物。在上述金属离子电池的正极和/或掺杂有碳酸盐和/或碳酸氢盐并不会显著影响电池的倍率性能、体积能量密度、重量能量密度和动力学性能，并且同时又能够有效防止金属离子电池过充。上述金属离子电池的防过充的原理如下：常温条件下碳酸盐和碳酸氢盐比较稳定，当金属离子电池过充时，电解液的氧化分解产生水(H2O)，生成的水进一步与电解液中的含卤化合物反应并生成卤化氢，卤化氢与锂离子电池内的碳酸盐和/或碳酸氢盐发生反应产生CO2导致电芯充电极化增加，这使得电芯在更低的SOC下即可达到充电截止电压，避免了在高SOC下电芯热稳定差，容易引发热失控的情况出现。另一方面，当电芯内部温度达到较高水平时，可以引发碳酸盐和/或碳酸氢盐自身分解产生二氧化碳，同样能够增加电芯极化。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种防过充的金属离子电池，该金属离子电池的正极和/或负极掺杂碳酸盐和/或碳酸氢盐；并且该金属离子电池的电解液包含含卤化合物。常温条件下碳酸盐和碳酸氢盐比较稳定，当金属离子电池过充时，电解液的氧化分解产生水(H2O)，生成的水进一步与电解液中的含卤化合物反应并生成卤化氢，卤化氢与锂离子电池内的碳酸盐和/或碳酸氢盐发生反应产生CO2导致电芯充电极化增加，这使得电芯在更低的SOC下即可达到充电截止电压，避免在高SOC下电芯热稳定差，容易引发热失控的情况出现。另一方面，当电芯内部温度达到较高水平时，可以引发碳酸盐和/或碳酸氢盐自身分解产生二氧化碳，同样能够增加电芯极化。在本专利技术一些可选的实施方式中，所述金属离子电池包括锂离子电池、钾离子电池、钠离子电池、锌离子电池或镁离子电池。可选地，所述含卤化合物包括含氟化合物、含氯化合物、含溴化合物和含碘化合物中的至少一种。可选地，所述碳酸盐和/或所述碳酸氢盐包括锂盐、钾盐、钠盐、锌盐或镁盐。在一个可选的实施方式中，所述金属离子电池为锂离子电池，所述碳酸氢盐为LiHCO3，所述含卤化合物为LiPF6；在一个可选的实施方式中，所述金属离子电池为钠离子电池，所述碳酸盐为Na2CO3，所述含卤化合物为NaPF6；在一个可选的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防过充的金属离子电池，其特征在于，所述金属离子电池的正极和/或负极掺杂碳酸盐和/或碳酸氢盐；所述金属离子电池的电解液包含含卤化合物。

【技术特征摘要】
1.一种防过充的金属离子电池，其特征在于，所述金属离子电池的正极和/或负极掺杂碳酸盐和/或碳酸氢盐；所述金属离子电池的电解液包含含卤化合物。2.根据权利要求1所述的金属离子电池，其特征在于，所述金属离子电池包括锂离子电池、钾离子电池、钠离子电池、锌离子电池或镁离子电池。3.根据权利要求2所述的金属离子电池，其特征在于，所述含卤化合物包括含氟化合物、含氯化合物、含溴化合物和含碘化合物中的至少一种。4.根据权利要求2所述的金属离子电池，其特征在于，所述碳酸盐和/或所述碳酸氢盐包括锂盐、钾盐、钠盐、锌盐或镁盐。5.根据权利要求1-4中任一项所述的金属离子电池，其特征在于，所述金属离子电池为锂离子电池，所述锂离子电池的正极和/或负极掺杂Li2CO3；所述锂离子电池的电解液包含LiPF6。6.根据权利要求5所述的金属离子电池，其特征在于，按重量百分比计，正极浆料和/或负极浆料掺杂0.5％-15％的Li2CO3；优选地，按重量百分比计，正极浆料和/或负极浆料掺杂0.5％-10％的Li2CO3；优选地，按重量百分比计，正极浆料和/或负极浆料掺杂1％-3％的Li2CO3；优选地，所述Li2CO3为纳米级、微米级或者亚微米级的Li2CO3。7.根据权利要求6所述的金属离子电池，其特征在于，所述正极浆料和/或负极浆料还包括正极活性材料和/或...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏凯，冀璐，
申请(专利权)人：北京国能电池科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11