一种安全型锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种安全型锂离子电池及其制备方法，该电池正极材料是磷酸铁锂或者磷酸铁锂与镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂其中的一种或几种的混合物，且磷酸铁锂占比大于60%（质量比），在电极片（正极片或负极片）制作过程中，加入了氧化还原穿梭剂作为添加剂，该添加剂能在特定电压下启动氧化还原穿梭反应，将多余的电能转化为热能；能够在3.8

【技术实现步骤摘要】
一种安全型锂离子电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，涉及一种安全型锂离子电池及其制备方法，具体涉及一种在电极片（正极片或负极片）的制作过程中加入氧化还原穿梭剂制成的安全型锂离子电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着电动汽车的普及，对电池的能量密度、循环寿命、倍率特性、低温性能、安全性能的要求越来越高。
[0003]由于电池单体越做越大，普遍已经超过100-200安时，仅仅靠保护板以及电子控制装置提供的100毫安级别的均衡电流已经远远不能满足实际应用的需求。开发出具有1安培大至10安培级别大电流均衡能力的锂离子电池迫在眉睫。
[0004]目前，本领域通常在锂离子电池电解液中添加氧化还原穿梭添加剂来进行大电流均衡能力的锂离子电池研发。
[0005]通过对现有专利文献的检索发现，申请号为201310594341.1的中国专利技术专利公开了一种耐浮充锂离子电池模块及其浮充方法，其在电性能及安全性能方面均能满足储能等领域的应用要求。然而，其也是在电解液中添加氧化还原穿梭添加剂。氧化还原穿梭剂在锂离子电池自均衡过程中会有消耗，其自均衡容量（定义：自均衡容量是指电池在某个特定自均衡电压下，持续进行氧化还原穿梭反应时，所消耗的电容量，单位是Ah，反映的是电池自均衡能力的强弱）和添加量基本上成正比。在电解液中添加氧化还原穿梭添加剂，受到氧化还原穿梭剂在电解液溶剂中溶解度低以及电解液在电池中注液量有限的影响，氧化还原穿梭剂的总添加量受限，最终影响电池的自均衡容量。如何能在电池体系里引入更多的氧化还原穿梭剂，从而提高电池的自均衡容量，是其大规模应用的关键所在。此外，如何在提高电池的自均衡容量的同时还使其具备高的倍率特性、低温性能、安全性能，也是本领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种安全型锂离子电池及其制备方法。
[0007]本专利技术涉及一种安全型锂离子电池，所述锂离子电池的正极片和/或负极片中含氧化还原穿梭剂。
[0008]所述氧化还原穿梭剂选自2,5-二叔丁基-1,4二甲氧基苯、3,5-二叔丁基-1,2-二甲氧基苯、4-叔丁基-1,2-二甲氧基苯、萘、蒽、噻蒽、苯甲醚中的一种或几种。
[0009]作为一个实施方案，所述锂离子电池的正极活性材料为磷酸铁锂，或者磷酸铁锂与镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂中的一种或几种的混合物。
[0010]作为一个实施方案，所述锂离子电池的正极活性材料为磷酸铁锂与镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂中的一种或几种的混合物时，磷酸铁锂质量百分比占比大于60%。
[0011]作为一个实施方案，所述氧化还原穿梭剂在正极片或负极片的制浆过程中加入，
以占正极或负极总固体质量的百分比为0.1-10%的量添加。
[0012]作为一个实施方案，所述锂离子电池工作时的环境温度为-40℃～70℃。
[0013]本专利技术还涉及一种前述的安全型锂离子电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：S1、制备正极片；S1-1、将正极活性物质、粘结剂、导电剂、氧化还原穿梭剂混合，以N-甲基吡咯烷酮为分散介质，搅拌、制备成正极浆料，涂布在正极集流体上形成正极片A1；或，S1-2、将正极活性物质、粘结剂、导电剂混合，以N-甲基吡咯烷酮为分散介质，搅拌,制备、成正极浆料，涂布在正极集流体上形成正极片A2；S2、制备负极片；S2-1、将石墨、粘结剂、导电剂、氧化还原穿梭剂混合，以N-甲基吡咯烷酮为分散介质，搅拌、制备成负极浆料，涂布在负极集流体上形成负极片B1；或，S2-2、将石墨、粘结剂、导电剂混合，以N-甲基吡咯烷酮为分散介质，搅拌、制备成负极浆料，涂布在负极集流体上形成负极片B2；S3、将所述正极片A1与负极片B1或负极片B2组合组装成干电芯，通过注液及静置；或，将所述正极片A2与负极片B1组合组装成干电芯，通过注液及静置。
[0014]作为一个实施方案，步骤S1-1中，正极活性物质、粘结剂、导电剂、氧化还原穿梭剂的质量比为83～97：1～3：1.9～4：0.1～10。
[0015]作为一个实施方案，步骤S2-1中，石墨、粘结剂、导电剂、氧化还原穿梭剂的质量比为85～97：2～3：0～2：0.1～10。
[0016]作为一个实施方案，步骤S1-2中，石墨、粘结剂、导电剂的质量比为93～97：1～3：1.9～4.作为一个实施方案，步骤S2-2中，石墨、粘结剂、导电剂的质量比为95～98：2～3：0～2。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：（1）视氧化还原穿梭剂种类以及配比，自均衡启动电压从3.8-3.95V不等；（2）视氧化还原穿梭剂加入量的多少，自均衡电流从1安培大至10安培级别；（3）视氧化还原穿梭剂加入量的多少，自均衡容量可达到电池单体容量的几倍到几百倍；（4）本专利技术的电池在预充过程中，采用小电流充电时，存在正极片或负极片中的少量氧化还原穿梭剂就会逐步溶解，在正负极颗粒微观界面与电解液一起参与形成界面钝化膜，同时由于氧化还原穿梭剂的溶出，导致正负极构筑成微观的多孔电极，从而有利于充放电过程中锂离子的传输，有利于提高电池的充放电倍率及低温特性；（5）本专利技术的电池在正常充放电过程中，当需要启动自均衡功能时，将电池的上限电压调整至3.95V以上，当电池充电至3.8-3.95V区间,氧化还原穿梭剂发挥作用，电池会恒定在某个电压下持续工作。同时在极片内部的氧化还原穿梭剂也会慢慢溶出，使电池全寿命周期均具有防止过充的安全保护功能。
附图说明
[0018]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为锂离子二次电池71173200-280Ah的结构示意图；图2为实施例1的锂离子二次电池的电压-时间曲线示意图；图3为实施例1的锂离子二次电池的电压-容量倍数曲线示意图；图4为实施例1、2、3、4和对比例1的锂离子二次电池的电压-放电容量百分比曲线示意图（-20℃ 0.2C倍率）；图5为实施例1、2、3、4和对比例1的锂离子二次电池的电压-充电容量百分比曲线示意图（2C倍率）；图6为实施例1、2、3、4和对比例1的锂离子二次电池的电压-放电容量百分比曲线示意图（2C倍率）；图7为实施例4的锂离子二次电池的电压-时间曲线示意图；图8为实施例4的锂离子二次电池的电压-容量倍数曲线示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。另外，以下实施例中的具体的工艺的参数也需要根据实际情况调整为合适的参数。
[0020]定义：2,5-二叔丁基-1,4二甲氧基苯：以下简称为穿梭剂1；噻蒽：以下简称为穿梭剂2；聚偏二氟乙烯：以下简称为PVDF；N-甲基吡咯烷酮：以下简称为NMP；实施例和对比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种安全型锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的正极片和/或负极片中含氧化还原穿梭剂。2.根据权利要求1所述的安全型锂离子电池，其特征在于，所述氧化还原穿梭剂选自2,5-二叔丁基-1,4二甲氧基苯、3,5-二叔丁基-1,2-二甲氧基苯、4-叔丁基-1,2-二甲氧基苯、萘、蒽、噻蒽、苯甲醚中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的安全型锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的正极活性材料为磷酸铁锂，或者磷酸铁锂与镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂中的一种或几种的混合物。4.根据权利要求3所述的安全型锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的正极活性材料为磷酸铁锂与镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂中的一种或几种的混合物时，磷酸铁锂质量百分比占比大于60%。5.根据权利要求1所述的安全型锂离子电池，其特征在于，所述氧化还原穿梭剂在正极片或负极片的制浆过程中加入，以占正极或负极总固体质量的百分比为0.1-10%的量添加。6.根据权利要求1所述的安全型锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池工作时的环境温度为-40℃～70℃。7.一种根据权利要求1～6中任一项所述的安全型锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、制备正极片；S1-1、将正极活性物质、粘结剂、导电剂、氧化还原穿梭剂混合，以N-甲基吡咯烷酮为分散介质，搅拌、制备成正极浆料，涂布在正极集流体上形...

【专利技术属性】
技术研发人员：付逊，侯敏，胡亦杨，刘婵，曹辉，
申请(专利权)人：瑞浦能源有限公司，
类型：发明
国别省市：