一种高电压钴酸锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高电压钴酸锂电池及其制备方法，包括正极片、负极片、隔膜以及非水电解液，所述隔膜位于所述正极片和负极片之间，所述正极片包括正极集流体以及掺杂金属元素的钴酸锂，所述金属元素采用钌、钛、铝、镍、钴、锰、铒、钨、钡与锌中的一种或多种组合，且所述金属元素采用化合物的形式添加，所述负极片包括负极集流体以及天然石墨或人造石墨的任一种或两种组合；所述钴酸锂电池的制备方法包括以下步骤：首先制备正负电极、隔膜以及电解液，然后将上述材料经封装、搁置、化成、老化、二次封装、分容制得产品；本发明专利技术正极活性层中除钴酸锂还掺杂有金属元素，能够提高了钴酸锂的结构稳定性和循环性能。性和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高电压钴酸锂电池及其制备方法


及锂离子电池
，具体是涉及一种高电压钴酸锂电池及其制备方法。

技术介绍

锂离子电池由于工作原理简单，具有较好的安全性和较长的充放电寿命，工作电压高，能量密度高，加上体积小，循环寿命长，工作温度范围宽等优点受到广泛应用，随着新能源汽车对续航里程的不断提高和数码产品轻薄化的不断发展，电池行业越来越要求锂离子电池高能量密度化。而提高锂电池的充电截止电压是增大电池能量密度的重要途径之一。以钴酸锂为正极材料的锂离子电池由于其高能量密度、大压实密度、充放电电压稳定且工作电压高等特点，一直在电池市场中占据主导地位，随着对钴酸锂电池的研究不断深入，钴酸锂的充电电压从4.2V逐步升高到4.45V，甚至更高电压，但是随着电池充电电压的提高，造成钴酸锂中更多地锂离子从晶格中脱出，会引起钴酸锂的晶格发生剧烈变化，从而失去氧发生从六方相到单斜相的不可逆相变，而单斜相及其不稳定，会导致钴酸锂电池电化学性能的快速衰减，从而造成钴酸锂的循环寿命缩短、安全性能降低，电池容量下降等问题，影响高电压钴酸锂在实际中的应用，为了解决高截止电压下钴酸锂电池容量、材料循环性能以及倍率差的问题，本专利技术提供一种钴酸锂电池。

技术实现思路

本专利技术为了解决上述技术问题，提供一种高电压钴酸锂锂离子电池及其制备方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种高电压钴酸锂电池，包括正极片、负极片、隔膜以及非水电解液，所述隔膜位于所述正极片和负极片之间，所述正极片包括正极集流体以及形成于所述正极集流体上的正极活性层，所述正极活性层包括含掺杂金属元素的钴酸锂，所述金属元素采用钌、钛、铝、镍、钴、锰、铒、钨、钡与锌中的一种或多种组合，且所述金属元素采用化合物的形式添加，所述负极片包括负极集流体以及形成于所述负极集流体上的负极活性层，所述负极活性层包括天然石墨或人造石墨的任一种或两种组合，所述非水电解液包括电解锂盐、非水溶剂和添加剂。优选的，所述正极活性层中还掺杂有导电剂乙炔黑、粘结剂丁苯橡胶、增稠剂碳甲基限位素钠、导电交联聚合物、锂盐和导电掺杂剂。优选的，以所述电解液的质量为100%计，所述电解锂盐、非水溶剂、添加剂的质量比为（10~20）：（70~85）：（5~10）。优选的，所述电解锂盐采用LiPF6、LiBOB、LiDFOB、LiPO2F2、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)3、LiN(SO2F)2、LiClO4、LiAlCl4、LiCF3SO3、Li2B10Cl10、LiSO3F、LiTOP、LiDODFP和低级脂肪族羧酸锂盐中的至少一种。优选的，所述非水溶剂采用醚类溶剂、腈类溶剂、碳酸酯类溶剂和羧酸脂类溶剂中
的至少一种。优选的，所述添加剂设置为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。优选的，所述第一添加剂设置为防过充添加剂，所述防过充添加剂采用2,5二叔丁基
‑
1,4
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二(2
‑
甲氧基乙氧基)苯或环己基苯的至少一种，所述第二添加剂采用氟代碳酸乙烯酯，所述第三添加剂采用DFEA2,2
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二氟乙酸乙酯，以所述电解液的质量为100%计，所述第一添加剂占所述电解液的质量分数为2～3％，所述第二添加剂占所述电解液的质量分数的3~5%，所述第三添加剂占所述电解液的质量分数为1~2%。2,5二叔丁基
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1,4
‑
二(2
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甲氧基乙氧基)苯和环己基苯配合使用，能够有效提高电芯抗过充能力，既能大幅度改善电芯过充的问题，同时又不影响电池的电化学性能稳定。DFEA2,2
‑
二氟乙酸乙酯作为高电压的助溶剂，能够有效改善电导液的粘度和电导率，并且能够在阳极表面分解，降低阳极表面的阻抗，并且能够有效减少阳极与电解液的界面反应，进而提高阳极的稳定性。三者通过协同作用、相互配合提高了正极材料的稳定性，还提供了较高的灵活性以及弹性，而高度的机械灵活性使其能够容纳电池内的锂离子，提升电池的充电速度，电池的充电速度越大，充电时的功率就越大，其充电电压也就越大，还未锂离子的嵌入和脱出提供了良好的条件，进一步的在包覆层中加入稳定材料和电极材料，更加提升了正极材料的倍率、循环和安全性能。优选的所述正极活性层的厚度为50~100μm，所述正极活性层的单面面密度d为1.5～3.0mg/cm2，所述正极活性层与正极集流体之间的粘结力f为8～25N/m。一种高电压钴酸锂电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将正极活性层中的活性材料、导电剂、粘结剂、增稠剂碳甲基纤维素钠、导电交联聚合物、锂盐和导电掺杂剂按照质量份数比95:1:1:1:1:1:0.1在N
‑
甲基吡咯烷酮溶剂体系中在充满氮气的干燥环境中充分搅拌混合均匀后，涂覆于Al箔上烘干、冷压，粉条，得到正极极片，其压实密度为1.5mg/cm2；步骤二、将负极活性材料层中的活性材料、导电剂、粘结剂、增稠剂碳甲基纤维素钠、导电交联聚合物、锂盐和导电掺杂剂按照质量份数比95:1:1:1:1:1:0.1在去离子水溶剂体系中充分搅拌混合均匀后涂覆于Cu箔上烘干、冷压，得到负极极片；步骤三、以聚乙烯(PE)为基膜(14μm)并在基膜上涂覆纳米氧化铝涂层(2μm)作为隔膜；步骤四、将正极极片、隔膜、负极极片按顺序叠好，使隔膜处于正负极片中间起到隔离的作用，并卷绕得到裸电芯。将裸电芯置于外包装中，注入对电解液并经封装、搁置、化成、老化、二次封装、分容等工序，最终得到产品。本专利技术的正极活性层中除钴酸锂还掺杂有金属元素，能够提高了钴酸锂的结构稳定性和循环性能。
具体实施方式
以下结合具体实施方式进一步阐述本专利技术。实施例1一种高电压钴酸锂电池，包括正极片、负极片、隔膜以及非水电解液，所述隔膜位于所述正极片和负极片之间，所述正极片包括正极集流体以及形成于所述正极集流体上的
正极活性层，所述正极活性层包括含掺杂金属元素的钴酸锂，所述金属元素采用钌、钛、铝、镍、钴、锰、铒、钨、钡与锌中的一种或多种组合，且所述金属元素采用化合物的形式添加，所述负极片包括负极集流体以及形成于所述负极集流体上的负极活性层，所述负极活性层包括天然石墨或人造石墨的任一种或两种组合，所述非水电解液包括电解锂盐、非水溶剂和添加剂。所述正极活性层中还掺杂有导电剂乙炔黑、粘结剂丁苯橡胶、增稠剂碳甲基限位素钠、导电交联聚合物、锂盐和导电掺杂剂。以所述电解液的质量为100%计，所述电解锂盐、非水溶剂、添加剂的质量比为（10~20）：（70~85）：（5~10）。所述电解锂盐采用LiPF6、LiBOB、LiDFOB、LiPO2F2、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)3、LiN(SO2F)2、LiClO4、LiAlCl4、LiCF3SO3、Li2B10Cl10、LiSO3F、LiTOP、LiDODFP和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电压钴酸锂电池，其特征在于：包括正极片、负极片、隔膜以及非水电解液，所述隔膜位于所述正极片和负极片之间，所述正极片包括正极集流体以及形成于所述正极集流体上的正极活性层，所述正极活性层包括含掺杂金属元素的钴酸锂，所述金属元素采用钌、钛、铝、镍、钴、锰、铒、钨、钡与锌中的一种或多种组合，且所述金属元素采用化合物的形式添加，所述负极片包括负极集流体以及形成于所述负极集流体上的负极活性层，所述负极活性层包括天然石墨或人造石墨的任一种或两种组合，所述非水电解液包括电解锂盐、非水溶剂和添加剂。2.根据权利要求1所述的一种高电压钴酸锂电池，其特征在于：所述正极活性层中还掺杂有导电剂乙炔黑、粘结剂丁苯橡胶、增稠剂碳甲基限位素钠、导电交联聚合物、锂盐和导电掺杂剂。3.根据权利要求1所述的一种高电压钴酸锂电池，其特征在于：以所述电解液的质量为100%计，所述电解锂盐、非水溶剂、添加剂的质量比为（10~20）：（70~85）：（5~10）。4.根据权利要求1或3所述的一种高电压钴酸锂电池，其特征在于：所述电解锂盐采用LiPF6、LiBOB、LiDFOB、LiPO2F2、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)3、LiN(SO2F)2、LiClO4、LiAlCl4、LiCF3SO3、Li2B10Cl10、LiSO3F、LiTOP、LiDODFP和低级脂肪族羧酸锂盐中的至少一种。5.根据权利要求1或3所述的一种高电压钴酸锂电池，其特征在于：所述非水溶剂采用醚类溶剂、腈类溶剂、碳酸酯类溶剂和羧酸脂类溶剂中的至少一种。6.根据权利要求3所述的一种高电压钴酸锂电池，其特征在于：所述添加剂设置为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。7.根据权利要求6所述的一种高电压钴酸锂电池，其特征在于：所述第一添...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冬梅，宋首学，张旭涛，符旭阳，禹栓成，
申请(专利权)人：洛阳大生新能源开发有限公司，
类型：发明
国别省市：