一种锂离子电池制造技术

为克服现有高电压LCO电池存在电池容量衰减和动力学性能不足的问题，本发明专利技术提供了一种锂离子电池，包括正极、负极和非水电解液，所述正极包括正极集流体以及设置于所述正极集流体上的正极材料层，所述正极材料层包括含有钴酸锂的正极活性材料，所述正极的电阻率小于等于1000Ω

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池


[0001]本专利技术属于储能装置
，具体涉及一种锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着便携式电子设备如手机、笔记本电脑、数码相机等便携移动电子设备迅猛发展，能源市场对可再生的、高能量、长寿命的电池需求量越来越大。钴酸锂(LCO)电池具备生产工艺简单、能量密度高、循环性能好的优势，已牢牢占据了大部分的锂离子二次电池市场。但随着智能手机的迅猛发展，传统钴酸锂产品的能量密度已逐渐不能满足需求，所以进一步提高钴酸锂材料的能量密度是目前发展的迫切需求。高电压(≥4.45V)LCO的产业化，更是将LCO的提升到一个全新的发展平台，目前改性的4.35V和4.4V LCO电池及匹配的非水电解液已经成熟，然而4.45V及以上的高电压LCO电池技术仍存在一些挑战，一方面，高达4.45V以上的上限充电电压超出了常规非水电解液的电化学窗口范围，非水电解液会在LCO材料表面发生氧化分解副反应进而恶化循环寿命，并且带来一定的安全性隐患。另一方面，LCO材料也存在比较严重的Co溶解问题，尤其高温下Co溶解更加严重，Co离子溶出促使正极材料相变加剧，内部应力积累，导致材料的非晶化和结构坍塌破裂，从而严重影响正极活性材料与集流体或正极活性材料之间的粘结力，出现正极片掉粉，导致电池容量衰减和动力学性能变差。
[0003]LCO电池的以上特点对电池极片工艺和非水电解液提出了非常高的要求，目前市面上高电压LCO非水电解液技术和工艺制程尚未成熟。因此，非水电解液和极片工艺制程成为了目前制约高电压LCO电池实际应用的重要瓶颈，开发与之相匹配的非水电解液是其产业化发展的必然途径，并通过合理设计正极片，从而得到兼顾动力学性能以及其它电化学性能的电池是目前行业内普遍面临的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有高电压LCO电池存在电池容量衰减和动力学性能不足的问题，本专利技术提供了一种锂离子电池。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种锂离子电池，包括正极、负极和非水电解液，所述正极包括正极集流体以及设置于所述正极集流体上的正极材料层，所述正极材料层包括含有钴酸锂的正极活性材料，所述正极的电阻率小于等于1000Ω
·
cm；所述非水电解液包括有非水有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括结构式1所示的化合物：
。
[0012]可选的，所述正极材料层还包括正极粘结剂，所述正极粘结剂包括有机聚合物，所述有机聚合物的分子量为60~130万。
[0013]可选的，所述添加剂还包括环状硫酸酯类化合物、磺酸内酯类化合物、环状碳酸酯类化合物、磷酸酯类化合物、硼酸酯类化合物和腈类化合物中的至少一种；以所述非水电解液的总质量为100%计，所述添加剂的添加量为0.01%~30%。
[0014]可选的，所述环状硫酸酯类化合物选自硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、甲基硫酸乙烯酯、、中的至少一种；所述磺酸内酯类化合物选自1,3
‑
丙烷磺酸内酯、1,4
‑
丁烷磺酸内酯、1,3
‑
丙烯磺酸内酯中的至少一种；所述环状碳酸酯类化合物选自碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、亚甲基碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯或结构式2所示化合物中的至少一种，结构式2所述结构式2中，R
21
、R
22
、R
23
、R
24
、R
25
、R
26
各自独立地选自氢原子、卤素原子、C1
‑
C5基团中的一种；所述磷酸酯类化合物选自三(三甲基硅烷)磷酸酯、三（三甲基硅烷）亚磷酸酯或结构式3所示化合物中的至少一种：
结构式3所述结构式3中，R
31
、R
32
、R
32
各自独立的选自C1
‑
C5的饱和烃基、不饱和烃基、卤代烃基、
‑
Si(C
m
H
2m+1
)3，m为1～3的自然数，且R
31
、R
32
、R
33
中至少有一个为不饱和烃基；所述硼酸酯类化合物选自三(三甲基硅烷)硼酸酯和三(三乙基硅烷)硼酸酯中的至少一种；所述腈类化合物选自丁二腈、戊二腈、乙二醇双(丙腈)醚、己烷三腈、己二腈、庚二腈、辛二腈、壬二腈、癸二腈中的一种或多种。
[0015]根据本专利技术提供的锂离子电池，采用了钴酸锂作为正极活性材料，同时在非水电解液中添加有结构式1所示的化合物作为添加剂，能够在正极材料层的表面形成界面膜，为解决钴酸锂电池存在循环性能不足的问题，专利技术人通过大量研究发现，当正极材料层的单面面密度d、正极材料层与正极集流体之间的粘结力f和非水电解液中结构式1所示的化合物的质量百分比含量m满足条件0.05≤m*d/f≤5时，正极可提供适当长度的锂离子传输通道，既保证了电池具有较高的能量密度，又使非水电解液能充分浸润正极片，在正极材料层表面形成稳定且薄的界面膜，同时正极材料层与正极集流体之间的粘结力可保证正极优异的电子传导性能，因此锂离子在正极多孔电极孔道内部的液相传导阻力较小、锂离子与电子在正极活性材料表面的电荷交换阻抗较小，可以有效保证正极的离子导电性能和电子导电性能，此时正极具有良好的动力学性能，进而能保证电池在不牺牲能量密度的前提下具有良好的动力学性能和循环性能。
具体实施方式
[0016]为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0017]本专利技术实施例提供了一种锂离子电池，包括正极、负极和非水电解液，所述正极包括正极集流体以及设置于所述正极集流体上的正极材料层，所述正极材料层包括含有钴酸锂的正极活性材料，所述正极的电阻率小于等于1000Ω
·
cm，所述非水电解液包括有非水有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括结构式1所示的化合物：结构式1
其中，n为0或1，A选自C或O，X选自或，R1、R2各自独立选自H、、、、或，R1和R2不同时选自H，且X、R1和R2中至少含有一个硫原子；所述锂离子电池满足以下条件：0.05≤m*d/f≤5，且10≤d≤40，3≤f≤30，0.01≤m≤3；其中，d为正极材料层的单面面密度，单位为mg/cm2；f为正极材料层与正极集流体之间的粘结力，单位为N/m;m为非水电解液中结构式1所示的化合物的质量百分比含量，单位为%。
[0018]所述锂离子电池采用了钴酸锂作为正极活性材料，同时在非水电解液中添加有结构式1所示的化合物作为添加剂，能够在正极材料层的表面形成界面膜，为解决钴酸锂电池存在循环性不足的问题，专利技术人通过大量研究发现，当正极材料层的单面面密度d、正极材料层与正极集流体之间的粘结力f和非水电解液中结构式1所示的化合物的质量百分比含量m满足本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极、负极和非水电解液，所述正极包括正极集流体以及设置于所述正极集流体上的正极材料层，所述正极材料层包括含有钴酸锂的正极活性材料，所述正极的电阻率小于等于1000Ω
·
cm；所述非水电解液包括有非水有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括结构式1所示的化合物：结构式1其中，n为0或1，A选自C或O，X选自或，R1、R2各自独立选自H、、、、或，R1和R2不同时选自H，且X、R1和R2中至少含有一个硫原子；所述锂离子电池满足以下条件：0.05≤m*d/f≤5，且10≤d≤40，3≤f≤30，0.01≤m≤3；其中，d为正极材料层的单面面密度，单位为mg/cm2；f为正极材料层与正极集流体之间的粘结力，单位为N/m;m为非水电解液中结构式1所示的化合物的质量百分比含量，单位为%。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池满足以下条件：0.1≤m*d/f≤3。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极的电阻率为30～500Ω
·
cm。4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极材料层的单面面密度d为15～30mg/cm2。5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极材料层与正极集流体之间的粘结力f为5～20N/m。6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述非水电解液中结构式1所示的化合物的质量百分比含量m为0.1％～1.5％。7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述结构式1所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种：
ꢀ
。8.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极材料层还包括正极粘结剂，所述正极粘结剂包括有机聚合物，所述有机聚合物的分子量为60~130万。9.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述添加剂还包括环状硫酸酯类化合物、磺酸内酯类化合物、环状碳酸酯类化合物、磷酸酯类化合物、硼酸酯类...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱韫娴，胡时光，李红梅，向晓霞，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：