锂二次电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂二次电池及其制备方法，该电池包括非水电解液、正极和负极，正极包括第一集流体和设置于第一集流体上的正极材料，正极材料的密度不低于3.5g/cm3，负极包括第二集流体和设置于第二集流体上的负极材料，负极材料的密度不低于1.5g/cm3。非水电解液包括氟代碳酸乙烯酯、氟代醚和三腈化合物；其中，三种成分在非水电解液中的质量百分数依次为3～15％、0.5～8％和0.2～4％。该电池具有高电极密度，且通过采用特定比例的氟代碳酸乙烯酯、氟代醚和三腈化合物作为电解液特征成分，在三种特征成分的配合下，使在较高电极密度的情况下，该锂二次电池具有优异的高温特性和高温存储后的低温输入特性。温存储后的低温输入特性。

【技术实现步骤摘要】
锂二次电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种锂二次电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，手机、平板电脑、笔记本电脑等便携式电子设备的普及促进了高能量密度二次电池的开发。在众多二次电池中，以锂离子的嵌入和脱出实现能量转换的锂离子二次电池具有比铅酸电池和镍氢电池更高的能量密度，自面世以来发展尤为迅速，其应用领域涵盖了数码产品、电动工具、电动汽车、通信基站和电网储能等。
[0003]锂二次电池的技术在不断革新，其逐渐追求高能量密度和高性能的平衡。如无人机电池要求具备优异的循环性能、功率特性、高温保存特性、低温快充能力等等，开发难度较大。在许多应用领域，人们都期望电池占有更小的体积，以实现终端设备的便携性或功能多样化。通过提高电极的密度(也称作压实密度)，可以提升电池的体积能量密度，但很容易导致电池的输出及输入特性变差。在低温条件，这个问题尤为明显。判断输入特性的一个简易方法是观察负极界面状况，电池满电态拆解后如负极界面有白色或灰色附着物(正常情况下界面为均匀的金黄色)，则称之为“析锂”。负极析锂将导致电池性能加速劣化。
[0004]此外，当采用LiCoO2或LiNi
x
Co
y
Mn
1-x-y
O2作为正极活性物质时，为了获得更高的电池容量，有时会将充电截止电压设置为4.4V甚至更高，在这种高电压环境下，正极材料的氧化性增加，电解液容易在正极侧发生氧化分解；同时，过渡金属离子会发生溶出，在负极侧发生还原并沉积，阻碍锂离子的迁移。因此，高电压下对电池正极表面的保护尤为重要。而在实际应用中，为了使电池具有较好的高温特性，电解液中一般会加入较高剂量的磺内酯(如1,3-丙烷磺内酯、1,3-(1-丙烯)磺内酯等)。但是，欧盟REACH法规于2015年将1,3-丙烷磺内酯列入高度关注物质(SVHC)清单，使此类物质的应用开始受到限制。
[0005]因此，针对具有较高电极密度的锂离子电池，要兼顾高温特性和低温充放电能力，难度很大。
[0006]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种锂二次电池及其制备方法，以改善上述问题。
[0008]本专利技术是这样实现的：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种锂二次电池，其包括非水电解液、正极和负极，正极包括第一集流体和设置于第一集流体上的正极材料，正极材料的密度不低于3.5g/cm3，负极包括第二集流体和设置于第二集流体上的负极材料，负极材料的密度不低于1.5g/cm3。非水电解液包括氟代碳酸乙烯酯、氟代醚和三腈化合物；其中，氟代碳酸乙烯酯在非水电解液中的质量百分数为3～15％，氟代醚在非水电解液中的质量百分数为0.5～8％，三腈化合物在非水电解液中的质量百分数为0.2～4％。
[0010]第二方面，本专利技术还提供了上述锂二次电池的制备方法，将正极、负极、非水电解
液和隔膜制造成电池。
[0011]本专利技术具有以下有益效果：针对具有高电极密度的锂二次电池，通过采用特定比例的氟代碳酸乙烯酯、氟代醚和三腈化合物作为电解液的特征成分，在三种特征成分的配合下，使得在具有较高电极密度的情况下，该锂二次电池具有优异的高温特性和高温存储后的低温输入特性。
具体实施方式
[0012]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0013]下面对本专利技术提供的一种锂二次电池及其制备方法进行具体说明。
[0014]现有技术中，可通过提高电极的密度(也称作压实密度)来提升电池的体积能量密度，但很容易导致电池的输出及输入特性变差。尤其是在低温条件下，这个问题更为明显。并且在电池的使用情况要求更高的情况下，对其高温特性的需求也越来越高。因此，针对特定的高电极密度的锂二次电池，如何使得其能够兼具优异的高温特性和高温存储后的低温输入特性是目前本领域技术人员面对的一个难点，基于此，专利技术人通过大量的实践和研究，创造性地提出通过调整电极材料的密度和电解液的适配性来解决上述技术问题，进而提出了以下技术方案。
[0015]具体地，本专利技术的一些实施方式提供了一种锂二次电池，其包括非水电解液、正极和负极，正极包括第一集流体和设置于第一集流体上的正极材料，正极材料的密度不低于3.5g/cm3，负极包括第二集流体和设置于第二集流体上的负极材料，负极材料的密度不低于1.5g/cm3。非水电解液包括氟代碳酸乙烯酯、氟代醚和三腈化合物；其中，氟代碳酸乙烯酯在非水电解液中的质量百分数为3～15％，氟代醚在非水电解液中的质量百分数为0.5～8％，三腈化合物在非水电解液中的质量百分数为0.2～4％。
[0016]专利技术人通过大量研究和实践发现，电极密度需要和特定的电解液的特征成分进行配合才能兼具高电极密度下的高温特性和高温存储后的低温输入输出特性，因此，通过在正极材料的密度不低于3.5g/cm3，负极材料的密度不低于1.5g/cm3的条件下，选择氟代碳酸乙烯酯、氟代醚和三腈化合物来作为非水电解液的三种特征成分，并且进一步选择特定的添加比例，以使得非水电解液能够充分适应正极材料的高密度，以使得形成的锂二次电池能够同时获得高温特性和高温存储后的低温输入特性。
[0017]其中，氟代碳酸乙烯酯具有正负极成膜作用，当含量小于3％时，难以形成牢固的界面膜，当含量大于15％时，由于电解液粘度偏高、界面阻抗偏高，会导致输出特性及循环特性下降。氟代醚具有改善电解液耐氧化能力的作用，当含量小于0.5％时，作用不明显，当含量大于8％时，由于电解液粘度偏高、电导率偏低，会导致输出、低温特性下降。三腈化合物具有改善电解液耐氧化能力、强化正极界面的作用，当含量小于0.2％时，作用不明显，当含量大于4％时，由于电解液粘度偏高、电导率偏低，会导致输出、低温特性下降。需要说明的是，三种特征成分之间并不是起到单一作用，而是相互配合，共同使得锂二次电池能够与高电极材料相适应，以同时获得高温特性和高温存储后的低温输入特性。
[0018]进一步地，为了使得特征成分的效果达到最佳，需要对三种特征成分的选择进行一定的要求，以满足性能需求。其中，氟代醚可选自1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、2,2,2-三氟乙基-1,1,2,3,3,3-六氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、全氟丁基乙醚、全氟丁基甲醚、全氟正丙基乙烯基醚中的一种或多种中的一种或多种，优选氟代醚为1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚。三腈化合物可选自1,2,3-丙三甲腈、1,3,5-戊三甲腈、1,3,6-己烷三腈、1,3,5-环己三腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷中的一种或多种，优选地，三腈化合物选自1,2,3-丙三甲腈和1,3,6-己烷三腈中的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂二次电池，其特征在于，其包括非水电解液、正极和负极，所述正极包括第一集流体和设置于所述第一集流体上的正极材料，所述正极材料的密度不低于3.5g/cm3，所述负极包括第二集流体和设置于所述第二集流体上的负极材料，所述负极材料的密度不低于1.5g/cm3；所述非水电解液包括氟代碳酸乙烯酯、氟代醚和三腈化合物；其中，氟代碳酸乙烯酯在所述非水电解液中的质量百分数为3～15％，所述氟代醚在所述非水电解液中的质量百分数为0.5～8％，所述三腈化合物在所述非水电解液中的质量百分数为0.2～4％。2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，所述氟代碳酸乙烯酯在所述非水电解液中的质量百分数为7～15％，所述氟代醚在所述非水电解液中的质量百分数为0.5～2％，所述三腈化合物在非水电解液中的质量百分数为2～4％。3.根据权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，所述正极材料的密度不低于3.7g/cm3，所述负极材料的密度不低于1.6g/cm3。4.根据权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，所述氟代醚选自1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚和2,2,2-三氟乙基-1,1,2,3,3,3-六氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、全氟丁基乙醚、全氟丁基甲醚、全氟正丙基乙烯基醚中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，所述三腈化合物选自1,2,3-丙三甲腈、1,3,5-戊三甲腈、1,3,6-己烷三腈、1,3,5-环己三腈、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，卢晓锋，甘朝伦，
申请(专利权)人：张家港市国泰华荣化工新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：