一种锂离子电池及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池及其制备方法和应用，涉及新能源技术领域。本发明专利技术提供的锂离子电池包括正极和电解液；正极包括正极涂层；正极涂层中包括正极补锂剂；电解液中包括磷酸酯类溶剂和添加剂；磷酸酯类溶剂包括磷酸酯、亚磷酸酯、烷基磷酸酯和取代烷基磷酸酯中的至少一种；添加剂包括碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸亚乙烯酯、1,3

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及新能源
，尤其是涉及一种锂离子电池及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会的进步，工业上对新能源利用的重视程度越来越高，因此对可储能的二次电池，特别是锂离子电池的性能要求也越来越高，例如要求锂离子电池具有更高的能量密度和稳定性。
[0003]然而，在目前锂离子电池中使用率最高的石墨负极与碳酸酯类电解液体系中，约10％活性锂离子会在首次循环过程中被用于生成负极上的固态电解质界面(SEI)从而被不可逆地消耗掉，降低了电池的首次库伦效率和能量密度。如果追寻高能量密度，采用高比容量的负极材料，例如合金类(硅、锡等)、氧化物类(氧化硅、氧化锡)和无定形碳负极时，正极锂源的消耗将进一步加剧，由此进一步降低了锂离子电池的首次库伦效率。如果为了补偿首周循环过程中锂源的消耗，提升锂离子电池的库伦效率和能量密度，行业内有技术尝试对正极或负极进行预补锂，例如采用锂金属对负极进行预嵌锂来提高硅基负极首效；或者向正极中添加一种高容量低首效的正极补锂材料，添加补锂剂的方法可以很好的避免安全风险以及工艺复杂等问题，因此成为提升首效的优选解决方案。目前正极补锂常用的补锂材料有金属氧化物或金属氮化物，具体包括Li3N、Li5FeO4、Li2O、Li6CoO4等，但是正极补锂技术中，均会因为补锂剂的分解产生气体，这会导致锂离子电池安全性能和电化学性能的下降。
[0004]因此，设计一种锂离子电池，以提升锂离子电池的首效等电化学性能，同时缓解产气带来的安全问题非常重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种锂离子电池，具有优异的安全性能、首效、循环性能和能量密度。
[0006]本专利技术还提供了上述锂离子电池的制备方法。
[0007]本专利技术还提供了上述锂离子电池的应用。
[0008]根据本专利技术第一方面的实施例，提出了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极和电解液；
[0009]所述正极包括正极涂层；所述正极涂层中包括正极补锂剂；
[0010]所述电解液中包括磷酸酯类溶剂和添加剂；所述磷酸酯类溶剂包括磷酸酯、亚磷酸酯、烷基磷酸酯和取代烷基磷酸酯中的至少一种；所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC；CAS：872
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36
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6)、乙烯基碳酸亚乙烯酯(VEC；CAS：4427
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96
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7)、1,3
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丙烷磺内酯(1,3
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PS；CAS：1120
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71
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4)、1,4
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丁烷磺内酯(CAS：1633
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83
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6)、氟代碳酸乙烯酯(FEC；CAS：114435
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02
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8)、硫酸乙烯酯(DTD，CAS：1072
‑
53
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3)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB，CAS：409071
‑
16
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5)和甲基二磺酸亚甲酯(MMDS；CAS：99591
‑
74
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9)中的至少一种。
[0011]根据本专利技术实施例的锂离子电池，至少具有如下有益效果：
[0012]本专利技术通过在正极涂层中添加正极补锂材料，抵消了形成SEI膜等过程中对活性锂的消耗，抵消了不可逆容量损失，增加正极的初始充电容量，提升电池能量密度。
[0013]通常正极补锂剂的添加会加剧锂离子电池的产气问题，本专利技术提供的电解液中添加了磷酸酯类溶剂和添加剂，可显著抑制产气问题；具体的磷酸酯类溶剂可以吸收补锂剂释放的氧气，还可以先于电解液中的其他成分在正极表面分解，并形成正极界面膜，由此可阻止产气副反应的进一步发生；添加剂会在电极表面形成具有锂离子导通性能的界面膜，由此阻止电解液在电极表面的副反应，从源头上抑制产气问题。最终提升锂离子电池的循环性能和安全性能。
[0014]也就是说，本专利技术提供的锂离子电池中，正极和电解液之间相互配合，既提升了锂离子电池的能量密度，同时不损失其循环性能和安全性能；还不需要对其他现有制备原料进行改性，因此简化了操作工艺并提升了制备过程中的安全性。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述正极还包括正极集流体，所述正极涂层设于所述正极集流体表面。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述正极集流体包括铝箔。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述正极涂层还包括正极活性材料。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述正极涂层中还包括正极粘结剂和正极导电剂。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述正极涂层包括正极活性材料、正极补锂剂、正极粘结剂和正极导电剂。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述正极活性材料包括钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂中的至少一种。
[0021]根据本专利技术的一些实施例，所述正极活性材料包括钴酸锂。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述正极涂层中，所述正极活性材料的质量百分数为92～97％。例如具体可以是96～96.5％之间。
[0023]根据本专利技术的一些实施例，所述正极补锂剂包括Li3N(CAS：26134
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62
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3)、Li5FeO4、Li2O(CAS：12057
‑
24
‑
8)和Li6CoO4(厂家：厦门厦钨新能源材料股份有限公司)中的至少一种。
[0024]根据本专利技术的一些实施例，所述正极补锂剂选自Li5FeO4；由此所述正极补锂剂和现有锂离子电池的制备工艺完全兼容、吻合，因而不需要进行额外的工序调整；且当Li5FeO4作为正极补锂剂时，补锂效果更优。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述正极补锂剂的质量为所述正极活性材料质量的0.1～5％。例如具体可以是约0.5％、1.56％、2％或3％。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，所述正极涂层中，所述正极补锂剂的质量百分数为0.45～5％。例如具体可以是约1.5％。
[0027]根据本专利技术的一些实施例，所述正极导电剂包括导电炭黑和导电碳管中的至少一种。例如具体可以是导电炭黑。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，所述正极涂层中，所述正极导电剂的质量百分数为0.5～1.5％。例如具体可以是约0.9％。
[0029]根据本专利技术的一些实施例，所述正极粘结剂包括聚偏氟乙烯。
[0030]根据本专利技术的一些实施例，所述正极涂层中，所述正极粘结剂的质量百分数为1～1.5％。例如具体可以是约1.2％。
[0031]根据本专利技术的一些实施例，所述正极还包括正极极耳；所述正极极耳和所述正集流体之间电连接。由此可通过所述正极极耳对所述锂离子电池进行充、放电。
[0032]根据本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括正极和电解液；所述正极包括正极涂层；所述正极涂层中包括正极补锂剂；所述电解液中包括磷酸酯类溶剂和添加剂；所述磷酸酯类溶剂包括磷酸酯、亚磷酸酯、烷基磷酸酯和取代烷基磷酸酯中的至少一种；所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸亚乙烯酯、1,3
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丙烷磺内酯、1,4
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丁烷磺内酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂和甲基二磺酸亚甲酯中的至少一种。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极补锂剂包括Li3N、Li5FeO4、Li2O和Li6CoO4中的至少一种。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极涂层还包括正极活性材料；优选地，所述正极活性材料包括钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂中的至少一种；优选地，所述正极补锂剂的质量为所述正极活性材料质量的0.1～5％。4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述磷酸酯类溶剂包括亚磷酸三苯酯、磷酸三甲酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、亚磷酸三乙酯和三(2,2,2
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三氟乙基)亚磷酸酯中的至少一种；优选地，所述电解液中，所述磷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洁，朱美霞，刘伟星，
申请(专利权)人：惠州锂威新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：