锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池。该锂离子电池包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液，所述正极极片包括正极集流体和形成在所述正极集流体上的正极材料层，所述正极材料层包括正极活性物质；所述负极极片包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的负极材料层，所述负极材料包括负极活性物质；所述正极活性物质为LiNi1‑

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池


[0001]本专利技术涉及电化学储能设备领域，具体而言，本专利技术涉及锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具有高的工作电压、能量密度高、环境友好等优点，被广泛应用在3C消费电池、动力电池和储能电池领域，并且在航空航天、国防军工等领域也有广阔的应用前景，而这些领域对锂离子电池的性能要求都比较苛刻，主要包括高低温性能、循环性能和安全性能上，而电解液是决定这些性能的关键因素之一。然而，现有的用于锂离子电池电解液的添加剂及锂离子电池仍有待改进。

技术实现思路

[0003]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现提出的：
[0004]环状磷酸酯类化合物硅烷磷酸酯类化合物自身化学性质不稳定，当这两类物质作为添加剂在电解液中的添加量过高时，如果锂离子电池化成后在电解液中残留量过多，将随着电池的测试或使用发生分解，造成电池性能恶化。具体来说，在锂离子电池的化成成膜过程中，由于环状硫酸酯化合物的LUMO能级较电解液溶剂低，因此会优先在负极界面被还原形成亚硫酸锂(Li2SO3)占主要成分的固体电解质界面层(SEI膜)，剩余未参与负极界面反应的环状硫酸酯化合物会在高电位下正极界面形成硫酸酯锂盐(ROSO3Li)占主要成分的正极电解质界面(CEI膜)，硫酸酯锂盐(ROSO3Li)的主链结构中含有烷氧基结构
‑
CH2CH2O
‑
，因而环状硫酸酯添加量不宜过多，避免形成的CEI膜过厚导致电池阻抗过大。硅烷磷酸酯化合物的HOMO能级较电解液溶剂高，使用时可先在正极界面被氧化形成Li3PO4等无机盐类物质，较好地修饰环状硫酸酯化合物在正极界面形成的CEI膜。但是硅烷磷酸酯化合物自身对水和温度敏感，氧化电位在4V左右，如果添加量过大，化成成膜后残留过多，剩余硅烷磷酸酯在高温下会被氧化分解产生大量气体，造成电池发鼓，循环性能急剧下降并且导致防爆阀开启、产生漏液风险。
[0005]专利技术人在研究中发现，环状硫酸酯化合物和硅烷磷酸酯化合物化成后在电解液中残留过度所造成的副作用，在采用高镍正极活性物质(如LiNi1‑
x
‑
y
Co
x
Mn
y
O2或LiNi1‑
x
‑
y
Al
x
Mn
y
O2，0≤x≤0.2，0≤y≤0.2，0<x+y<0.4)的锂离子电池中更为明显。其原因可能在于：(1)镍离子会催化电解液溶剂分解产气，高镍正极活性物质的使用导致这一问题更为显著；(2)高镍正极活性物质中的锰元素、钴元素更易溶出，破坏SEI膜；(3)高镍正极活性物质中，镍含量越高能量密度越高，但催化活性也越高，电解液中残留的硅烷磷酸酯类化合物会被镍催化分解，导致电解液酸度增加，且生成的HF会破坏SEI膜并腐蚀正极，加剧电池性能恶化。
[0006]鉴于此，在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种锂离子电池。根据本专利技术的实施例，该锂离子电池包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液，所述正极极片包括正极集流体和形成在所述正极集流体上的正极材料层，所述正极材料层包括正极活性物质；所述负
极极片包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的负极材料层，所述负极材料包括负极活性物质；所述正极活性物质为LiNi1‑
x
‑
y
A
x
Mn
y
O2，其中，A为Co或Mn，x和y满足：0≤x≤0.2，0≤y≤0.2，0<x+y<0.4；所述电解液包括环状硫酸酯类添加剂和硅烷磷酸酯类添加剂，所述硅烷磷酸酯类添加剂与所述正极活性物质的质量比小于等于0.005。
[0007]根据本专利技术上述实施例的锂离子电池中，硅烷磷酸酯类添加剂与正极活性物质的质量比小于等于0.005(即电池中硅烷磷酸酯类添加剂的质量与正极活性物质的质量比小于等于0.005)，由此，硅烷磷酸酯类添加剂添加量可以在保证充分修饰CEI膜，以提高锂离子电池循环性能等方面性能的同时，保证锂离子电池化成后，硅烷磷酸酯类添加剂在电解液中的残留量较少，避免因硅烷磷酸酯类添加剂残留过多而引起的电池高温循环条件下大量产气的问题，有效提高了电池的安全性能和循环寿命。此外，该锂离子电池中高镍正极活性物质的使用，保证了电池具有高能量密度，以满足作为汽车动力电池的应用需求。
[0008]另外，根据本专利技术上述实施例的锂离子电池还可以具有如下附加的技术特征：
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述硅烷磷酸酯类添加剂与所述正极活性物质的质量比为0.002～0.003。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述环状硫酸酯类添加剂与所述负极活性物质的质量比小于等于0.02。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述环状硫酸酯类添加剂与所述负极活性物质的质量比为0.006～0.01。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述环状硫酸酯类添加剂具有式I所示的结构，
[0013][0014]其中，各R1分别独立地为氢原子、卤素原子、C1‑6烷基或C1‑6卤代烷基，m为1或2。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述环状硫酸酯类添加剂为
[0016][0017]在本专利技术的一些实施例中，所述硅烷磷酸酯类添加剂具有式IIa和/或式IIb所示的结构，
[0018][0019]其中，各R2分别独立地为氢原子、C1‑6烷基或C1‑6卤代烷基。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述硅烷磷酸酯类添加剂为
[0021][0022]在本专利技术的一些实施例中，所述负极活性物质选自石墨、硅碳、金属锂中的至少之一。
[0023]在本专利技术的一些实施例中，所述电解液还包含锂盐和溶剂；所述锂盐选自六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双草酸硼酸锂、三氟甲烷磺酸锂中的至少之一；所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、γ
‑
丁内酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、四氢呋喃中的至少之一。
[0024]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
具体实施方式
[0025]下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0026]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种锂离子电池。根据本专利技术的实施例，该锂离子电池包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液，正极极片包括正极集流体和形成在正极集流体上的正极材料层，正极材料层包括正极活性物质；负极极片包括负极集流体和形成在负极集流体上的负极材料层，负极材料包括负极活性物质；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液，所述正极极片包括正极集流体和形成在所述正极集流体上的正极材料层，所述正极材料层包括正极活性物质；所述负极极片包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的负极材料层，所述负极材料包括负极活性物质；其特征在于，所述正极活性物质为LiNi1‑
x
‑
y
A
x
Mn
y
O2，其中，A为Co或Al，x和y满足：0≤x≤0.2，0≤y≤0.2，0<x+y<0.4；所述电解液包括环状硫酸酯类添加剂和硅烷磷酸酯类添加剂，所述硅烷磷酸酯类添加剂与所述正极活性物质的质量比小于等于0.005。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述硅烷磷酸酯类添加剂与所述正极活性物质的质量比为0.002～0.003。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述环状硫酸酯类添加剂与所述负极活性物质的质量比小于等于0.02。4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述环状硫酸酯类添加剂与所述负极活性物质的质量比为0.00...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊超杰，蓝金花，
申请(专利权)人：厦门海辰新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：