一种锂离子电池制造技术

为克服现有磷酸锰铁锂电池自放电大的问题，本申请提供一种锂离子电池，包括正极片、隔膜和非水电解液，正极片包括包含正极活性物质的正极材料层，正极活性物质包括磷酸锰铁锂或含磷酸锰铁锂的混合材料，非水电解液包括含硼添加剂，含硼添加剂包括二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、三(三甲基硅烷)硼酸酯中的至少一种；锂离子电池满足以下条件：0.2≤10

【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
，具体涉及一种锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为化学电源中的一种，可实现化学能和电能之间的高效转化，是目前应用最为广泛的储能装置。锂离子电池一般采用镍钴锰酸锂或磷酸铁锂作为正极材料，前者的比容量和电压平台都相对较高，但其热稳定性较差，有释氧风险，存在着较大的安全隐患；而磷酸铁锂为橄榄石型结构，其结构刚度大，热稳定性优异，安全性能非常突出，但磷酸铁锂的比容量和放电平台较低，导致其无法适配对能量密度有较高要求的体系。
[0003]在磷酸铁锂的橄榄石型结构中引入电位更高的过渡金属氧化还原电对，是实现高安全性和高能量密度体系的可行方案。金属锰的地壳储量高，且Mn
2+
和Fe
2+
的半径接近，可实现任意比例互溶，相比于Fe
2+
/Fe
3+
(3.2V vs.Li
+
/Li)、Mn
2+
/Mn
3+
(4.1V vs.Li
+
/Li)的氧化还原电位提升明显，因此磷酸锰铁锂(LMFP，LiFe
x
Mn1‑
x PO4，0<x<1)固溶体材料被认为是磷酸铁锂正极材料的升级版。
[0004]然而，磷酸锰铁锂电池体系的一个缺陷便是自放电大，尤其是高温下锰离子和铁离子易溶出，进而催化锂盐的分解并腐蚀负极/电解质界面膜(SEI)与正极/电解质界面膜(CEI)，从而使得钝化膜无法完全发挥阻隔电子传导的作用；另一方面，溶出的金属离子在负极被还原沉积，在多次循环后不仅堵塞隔膜影响锂离子传输，甚至刺穿隔膜造成微短路与更大的自放电。自放电大的电池拆解后会发现隔膜上有许多含金属元素的黑斑，这是金属杂质与非水电解液/界面膜的分解产物沉积在隔膜中造成的。自放电大不仅会导致电池使用容量与使用寿命的降低，其自放电的不一致性还会导致电池组内电池在存储后的容量保持率产生差异，从而组合电池的容量会严重损失并可能在充放电过程导致部分电池的过充或过放，增加了安全风险。

技术实现思路

[0005]针对现有磷酸锰铁锂电池自放电大的技术问题，本申请提供一种锂离子电池。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供了一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜和非水电解液，所述正极片包括包含正极活性物质的正极材料层，所述正极活性物质包括磷酸锰铁锂或含磷酸锰铁锂的混合材料，所述非水电解液包括含硼添加剂，所述含硼添加剂包括二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、三(三甲基硅烷)硼酸酯中的至少一种；
[0008]所述锂离子电池满足以下条件：
[0009]0.2≤10
×
p
×
m/d≤50，且0.01≤m≤2，20≤p≤50，12≤d≤40；
[0010]其中，m为所述非水电解液中含硼添加剂的质量百分含量，单位为％；
[0011]p为所述隔膜的孔隙率，单位为％；
[0012]d为所述正极片的单面面密度，单位为mg/cm2。
[0013]优选的，所述锂离子电池满足以下条件：
[0014]1≤10
×
p
×
m/d≤15。
[0015]优选的，所述锂离子电池在60℃高温环境中满电储存30天后，以所述隔膜的总表面积为100％计，所述隔膜表面上的黑斑区域的面积＜3％。
[0016]优选的，所述非水电解液中含硼添加剂的质量百分含量m％为0.1≤m≤1。
[0017]优选的，所述隔膜的孔隙率p％为30≤p≤42。
[0018]优选的，所述正极片的单面面密度d mg/cm2为15≤d≤25。
[0019]优选的，所述隔膜包括基材层和设置在所述基材至少一侧表面的表面涂层，所述表面涂层包括无机颗粒或有机凝胶中的至少一种。
[0020]优选的，所述正极材料层还包括正极导电剂和正极粘结剂，以所述正极材料层的总质量为100％计，所述正极粘结剂的质量百分含量为0.5％～3％，所述正极导电剂的质量百分含量为0.5％～3％。
[0021]优选的，所述非水电解液还包括辅助添加剂，所述辅助添加剂包括环状硫酸酯类化合物、磺酸酯类化合物、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；
[0022]以所述非水电解液的总质量为100％计，所述辅助添加剂的质量含量为0.01％～30％。
[0023]优选的，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；
[0024]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、甲基二磺酸亚甲酯中的至少一种；
[0025]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
[0026]式2所示化合物中的至少一种：
[0027][0028]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；
[0029]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：
[0030][0031]所述结构式3中，R
31
、R
32
、R
33
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；
[0032]所述硼酸酯类化合物选自三(三乙基硅烷)硼酸酯；
[0033]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、癸二腈中的至少一种。
[0034]有益效果：
[0035]本申请提供的锂离子电池，正极采用磷酸锰铁锂或含磷酸锰铁锂的混合材料，在非水电解液中加入含硼添加剂，含硼添加剂能够抑制金属离子从正极溶出，抑制金属离子传输至负极并在负极表面还原沉积，抑制非水电解液的分解，抑制分解产生的HF酸腐蚀SEI膜和CEI膜；在含硼添加剂的含量m、正极片的单面面密度d、隔膜孔隙率p满足条件0.2≤10
×
p
×
m/d≤50，含硼添加剂与隔膜协同具有控制电池在高温储存测试后隔膜上的黑斑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜和非水电解液，所述正极片包括包含正极活性物质的正极材料层，所述正极活性物质包括磷酸锰铁锂或含磷酸锰铁锂的混合材料，所述非水电解液包括含硼添加剂，所述含硼添加剂包括二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、三(三甲基硅烷)硼酸酯中的至少一种；所述锂离子电池满足以下条件：0.2≤10
×
p
×
m/d≤50，且0.01≤m≤2，20≤p≤50，12≤d≤40；其中，m为所述非水电解液中含硼添加剂的质量百分含量，单位为％；p为所述隔膜的孔隙率，单位为％；d为所述正极片的单面面密度，单位为mg/cm2。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：1≤10
×
p
×
m/d≤15。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池在60℃高温环境中满电储存30天后，以所述隔膜的总表面积为100％计，所述隔膜表面上的黑斑区域的面积＜3％。4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述非水电解液中含硼添加剂的质量百分含量m％为0.1≤m≤1。5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述隔膜的孔隙率p％为30≤p≤42。6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极片的单面面密度d mg/cm2为15≤d≤25。7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述隔膜包括基材层和设置在所述基材至少一侧表面的表面涂层，所述表面涂层包括无机颗粒或有机凝胶中的至少一种。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导电剂和正极粘结剂，以所述正极材料层的总质量为100％计，所述正极粘结剂的质量百分含量为0.5％～3％，所述正极导电剂的质量百分含量为0.5％～3％。9.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述非水电解液还包括辅助添加剂，所述辅助添加剂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...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱韫娴，胡时光，张曌华，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：