一种锂离子电池的添加剂、电极片、锂电池制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，公开了一种用于稳定锂离子电池电极材料电化学性能的添加剂，以及包含该添加剂的电极片以及锂离子电池。所述添加剂用于正极片和/或负极片的电极浆料中，其为以下结构式的化合物：其中，R1选自磷酸酯、磷酸酯的金属盐、硫酸酯、硫酸酯的金属盐；R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自烷基、羟基、羧基、磷酸酯、磷酸酯的金属盐、亚磷酸酯、亚磷酸酯的金属盐、焦磷酸酯、焦磷酸酯的金属盐、硫酸酯、硫酸酯的金属盐、磺酸基、磺酸的金属盐、亚磺酸基、亚磺酸的金属盐。本发明专利技术的添加剂能够提高正极材料的高电压电化学稳定性，提高负极材料的循环寿命和倍率性能，获得具有高截止电压，高能量密度和长循环寿命的锂电池。锂电池。锂电池。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池的添加剂、电极片、锂电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体是一种用于稳定锂离子电池电极材料电化学性能的添加剂，以及包含该添加剂的电极片以及锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于其高能量密度，长循环寿命等优点而被广泛应用于3C电子、无人机、电动车等不同领域，已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。理想的锂离子电池所使用的正负极材料需要综合考虑比容量、电化学性能、安全性、成本等多方面因素。随着人们对于产品续航能力要求的不断提升，寻求锂电池能量密度和循环寿命的提升，特别是提高正极、负极材料的循环性能，同时提高锂电池安全性，具有十分重要的科学和商业价值，成为很多研究和技术突破的主要难点
[0003]目前，锂电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和外壳包装所组成。其中正极材料是锂电池的关键材料之一，也是决定最终性能的关键因素。现在锂电池中正极材料的容量较低，难以满足日渐增长的需要。以商业正极材料钴酸锂(LiCoO2,LCO)为例。作为最早进行商业化的正极材料，钴酸锂具有高达274mAh/g的理论容量和最高的体积能量密度，仍然牢牢占据着消费电子市场。然而，实际应用中，钴酸锂正极材料在4.2V的充电电压下，只能释放出140mAh/g的比容量。即使经过几十年的研究发展，高电压钴酸锂正极材料在4.45V的截止电压下，也只能获得180mAh/g的比容量，与其理论容量相比仍具有一定的发展空间。但是当进一步提高截止电压(>4.5V)时，钴酸锂材料面临着由于不可逆的O3相
→
H1
‑
3相晶体结构转变所造成的结构破坏，以及一系列界面副反应所带来的正极/电解液界面破坏，界面晶格氧释放以及钴元素的溶解等问题，从而导致容量的快速衰退和循环性能的下降，阻碍了高电压钴酸锂的进一步发展和应用。而4.6V的充电截止电压能给钴酸锂获得接近220mAh/g的比容量，能带来接近23％的能量密度提升。
[0004]虽然现在商业上用以制备高电压钴酸锂常用的手段，包括掺杂和包覆等，可以一定程度提高钴酸锂正极材料的结构和界面稳定性，从而提高钴酸锂在高电压下的电化学性能。但是这些修饰方法很难进一步提升钴酸锂正极材料的截止电压，特别是4.6V下截止电压的循环稳定性。并且这些改性手段通常会增加工艺复杂性，给生产带来额外的成本。这一问题同样体现在其他正极材料上。因此，开发一种简单有效，既能够改善钴酸锂正极材料在4.6V截止电压下的稳定性，得到高能量密度的正极材料，又不会给工业生产带来大量额外成本的改性手段，成为了锂电池领域寻求技术突破的方向。此外，常用的负极材料主要以石墨为主的碳材料，然而其存在实际比容量较低，倍率性能较差，循环寿命不理想等问题。
[0005]因此，如何提高正极材料在4.6V高截止电压下的电化学稳定性，提高负极材料的循环性能是锂电池行业目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种可以提高高电压下锂电池能量密度和循环性能的添加
剂。
[0007]本专利技术的另一目的是提供包含该添加剂的电极片。
[0008]本专利技术的另一目的是提供包含该电极片的锂电池。
[0009]为达到上述目的之一，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]一种锂离子电池的添加剂，所述添加剂用于正极片和/或负极片的电极浆料中，所述添加剂为以下结构式的化合物：
[0011][0012]其中，R1选自磷酸酯、磷酸酯的金属盐、硫酸酯、硫酸酯的金属盐；
[0013]R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自烷基、羟基、羧基、磷酸酯、磷酸酯的金属盐、亚磷酸酯、亚磷酸酯的金属盐、焦磷酸酯、焦磷酸酯的金属盐、硫酸酯、硫酸酯的金属盐、磺酸基、磺酸的金属盐、亚磺酸基、亚磺酸的金属盐。
[0014]进一步地，所述R1选自硫酸酯、硫酸酯的金属盐。
[0015]进一步地，所述R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自羟基、磷酸酯、磷酸酯的金属盐、硫酸酯、硫酸酯的金属盐。
[0016]进一步地，所述添加剂为环己六醇六磷酸酯、环己六醇六磷酸酯的金属盐、环己六醇三磷酸酯、环己六醇三磷酸酯的金属盐、肌醇六硫酸酯或肌醇六硫酸酯的金属盐。
[0017]进一步地，所述添加剂为肌醇六硫酸酯、肌醇六硫酸酯的金属盐。
[0018]环己六醇三磷酸酯包括环己六醇1,2,3
‑
三磷酸酯，环己六醇1,2,4
‑
三磷酸酯，环己六醇1,3,5
‑
三磷酸酯。
[0019]进一步地，所述金属盐为锂盐、钠盐或钾盐。
[0020]进一步地，所述添加剂为环己六醇六磷酸酯、环己六醇六磷酸酯十二锂、肌醇三磷酸酯、肌醇三磷酸酯六锂、肌醇六硫酸酯或肌醇六硫酸酯十二锂。
[0021]肌醇三磷酸酯指肌醇
‑
1,3,5
‑
三磷酸酯。
[0022]进一步地，所述添加剂为肌醇六硫酸酯或肌醇六硫酸酯十二锂。
[0023]进一步地，所述添加剂在电极浆料中的添加量比例为0.1～20wt％。
[0024]一种锂电池电极片，包括正极片和/或负极片，所述电极片包含上述的添加剂。
[0025]正极浆料的组分包括正极活性材料、粘结剂、导电剂、添加剂和溶剂。
[0026]所述正极活性材料选自钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、锂镍钴锰三元复合氧化物、富锂锰基锂氧化物中的至少一种；正极活性材料在正极浆料中的比例为80～95wt％。
[0027]所述粘结剂为聚偏氟乙烯、纤维素型粘结剂、聚丙烯酸酯型粘结剂、橡胶型粘结剂中的一种或多种；粘结剂在正极浆料中的比例为0.5～10wt％。
[0028]所述导电剂为乙炔黑、导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或多种；所述导电剂在浆料中的比例为0.5～10wt％。
[0029]所述溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮、N
‑
N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、水中的一种或多种。
[0030]正极片包括正极浆料和集流体，所述集流体为铝箔，正极片制备过程为：将均匀混合的正极浆料涂布在集流体上，并经过真空高温干燥制成；正极浆料的混合方法为机械搅
拌、球磨或高速震动混料。
[0031]负极浆料的组分包括负极活性材料、粘结剂、导电剂、添加剂和溶剂。
[0032]所述负极活性材料选自石墨、硅、硅氧化物、钛酸锂、金属锂中的至少一种。
[0033]所述粘结剂为聚偏氟乙烯、纤维素型粘结剂、聚丙烯酸酯型粘结剂、橡胶型粘结剂中的一种或多种；粘结剂在正极浆料中的比例为0.5～10wt％。
[0034]所述导电剂为乙炔黑、导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或多种；所述导电剂在浆料中的比例为0.5～10wt％。
[0035]所述溶剂为N
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甲基吡咯烷酮、N
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N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、水中的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的添加剂，所述添加剂用于正极片和/或负极片的电极浆料中，其特征在于，所述添加剂为以下结构式的化合物：其中，R1选自磷酸酯、磷酸酯的金属盐、硫酸酯、硫酸酯的金属盐；R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自烷基、羟基、羧基、磷酸酯、磷酸酯的金属盐、亚磷酸酯、亚磷酸酯的金属盐、焦磷酸酯、焦磷酸酯的金属盐、硫酸酯、硫酸酯的金属盐、磺酸基、磺酸的金属盐、亚磺酸基、亚磺酸的金属盐。2.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自羟基、磷酸酯、磷酸酯的金属盐、硫酸酯、硫酸酯的金属盐。3.根据权利要求2所述的添加剂，其特征在于，所述添加剂为环己六醇六磷酸酯、环己六醇六磷酸酯的金属盐、环己六醇三磷酸酯、环己六醇三磷酸酯的金属盐、肌醇六硫酸酯或肌醇六硫酸酯的金属盐。4.根据权利要求1～3任意一项所述的添加剂，其特征在于，所述金属盐为锂盐、钠盐或钾盐。5.根据权利要求1所述的添加剂，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢周广，张方畅，程化，李志强，王洪智，王志强，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：