一种锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及电化学技术领域，具体涉及一种锂离子电池，包括正极、负极和电解液，正极包括正极活性材料和导电剂；正极活性材料为含锰正极材料；电解液包括下述结构式1所示的化合物：正极活性材料、导电剂和结构式1所示的化合物满足如下关系：其中，Dr和Tr分别为正极活性材料与导电剂的平均粒径及比表面积的比值；w为结构式1所示的化合物相对于电解液的质量百分比，单位为％。本发明专利技术在调控正极活性材料与导电剂的比表面积及粒径比的情况下，在电解液中加入结构式1所示的化合物，三者之间通过界面协同效应强化正极材料的结构，同时弱化正极材料与电解液间的界面阻抗，减少锰的溶出，使锂电池具有良好的高温存储性能和高温循环性能。环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池


[0001]本专利技术涉及电化学
，具体涉及一种锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为第四次工业革命主要产物，标志着全球进入了以新能源为主题的新时代。锂离子电池以工作电压高、工作范围宽、比能量大、无污染、使用寿命长等优点，在全球二次电池市场占据主导地位，特别是近几年在电动汽车等领域得到了广泛应用。在锂离子电池技术中，正极材料是锂离子电压和容量的决定性因素，决定着锂电池容量的天花板。
[0003]现有技术中，一些新型的材料尖晶石锰酸锂、高镍无钴、富锂基锰材料等因其可承受电压窗口宽、容量大等优点广泛用作锂离子电池材料的正极。但同时这些材料在用作电池材料正极时，同样存在一些特有的共性问题：导电性差、锰离子易溶出、正极材料结构易坍塌等。具体原因如下：从微观结构上讲，上述材料的晶体结构都有着丰富的锂离子传输通道，同时锰离子都分别在晶体结构点上，对晶体的结构稳定性起着至关重要的作用；电化学性能方面，有着较宽的电压窗口，一定条件下倍率性能好；在高温循环过程中，正极活性材料对电解液有一定的催化作用，引起电解液的催化氧化，进而导致晶格氧缺失，引发锰离子的溶出，造成正极材料的结构坍塌，影响电池性能；正极活性材料中的Mn
3+
易于与电解液中的HF发生歧化反应，生成Mn
2+
和Mn
4+
，二价锰溶解，破坏正极材料结构；充电过程中，Mn
2+
迁移到负极，沉积造成短路；正极材料中锰的平均价态低于+3.5时，正极材料的晶体结构会发生转变，由稳定结构转变至不稳定结构，使电极的极化作用增强，引起容量衰减、导电性能差等缺点。
[0004]目前许多研究人员通过往正极材料中添加导电剂来强化正极材料的导电性能，导电性能得到了一定的改善，例如，在尖晶石镍锰酸锂表面进行碳包覆用于强化正极的导电性能，或者在磷酸铁锂正极材料表面构造纳米化LiFePO4晶粒，用于减小锂离子在晶粒中的扩散距离从而强化锂离子的扩散。但是，在解决正极导电性问题的同时，又引发出了一系列问题：导电剂的加入使得正极稳定性变差，锰离子更易溶出，并且进一步弱化了锂离子的扩散速率，同时正极材料与电解液之间的兼容性变得更差，进而使得电池的高温条件下循环性能和存储性能劣化。因此，如何开发一种既能解决正极导电性问题，又能解决所引发的一系列问题的锂离子电池，是本领域亟待解决的一项技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种锂离子电池，在调控正极活性材料与导电剂的比表面积及粒径比的情况下，通过在电解液中加入结构式1所示的化合物，能在保证提升导电性能的基础上强化正极材料的稳定性，并能显著的改善正极材料与电解质的兼容性问题。
[0006]一种锂离子电池，包括正极、负极和电解液，所述正极包括正极活性材料和导电
剂；
[0007]所述正极活性材料为含锰正极材料；
[0008]所述电解液包括下述结构式1所示的化合物：
[0009][0010]其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢原子、氟原子或含1～5个碳原子的基团中的一种；
[0011]所述正极活性材料、导电剂和所述结构式1所示的化合物满足如下关系：
[0012][0013]其中，Dr为所述正极活性材料的平均粒径与所述导电剂的平均粒径的比值；Tr为所述正极活性材料的比表面积与所述导电剂的比表面积的比值；w为所述结构式1所示的化合物相对于所述电解液的质量百分比，单位为％。
[0014]本专利技术的锂离子电池，通过在电解液中添加具有结构式1所示的化合物，并调控导电剂与正极活性材料间的粒径比以及比表面积的比值，同时控制结构式1所示的化合物的添加量，能最大化的优化改善电池的性能，充分发挥电解液界面强化导电剂、正极活性材料之间的联系，使得保证导电性能的基础上，正极材料的结构更加稳定。
[0015]具体的，推测是结构式1所示的化合物能够在正极上发生分解，形成一种特殊膜，该膜与特殊规则大小的导电剂在正极活性材料中通过界面协同作用强化正极材料的稳定性，使得导电剂能与正极活性材料间构筑稳定的导电网络，同时强化锂离子传输通道。正极材料使用于高电压体系，其富含锰体系的特性使锰离子会特别容易的溶出，而结构式1所示的化合物在正极材料与电解液间形成金属离子(除锂离子外)的屏障，可以对锰离子起到络合作用，抑制锰离子从正极的溶出及在负极的沉积；减少副反应的发生和电解液的损失，从而显著改善电池的高温循环性能；结构式1所示的化合物还可弱化正极材料与电解质间的界面阻抗，实现对正极材料和负极材料的保护，同时可以明显降低高温条件下电池的气胀作用，从而改善电池的高温存储性能和高温循环性能。
[0016]优选的，所述正极活性材料、导电剂和所述结构式1所示的化合物满足如下关系：
[0017][0018]优选的，含1～5个碳原子的基团选自烃基、卤代烃基、含氧烃基、含硅烃基或含氰基的烃基中的一种。
[0019]优选的，R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢原子、氟原子、甲基、乙基、三甲基硅
氧基、氰基或三氟甲基中的一种。
[0020]优选的，所述结构式1所示的化合物包括如下化合物：
[0021][0022][0023]进一步的，以所述电解液的总质量为100％计，所述结构式1所示的化合物相对于所述电解液的质量百分比w满足：0.1％≤w％≤5％。优选的，所述结构式1所示的化合物相对于所述电解液的质量百分比w满足：0.1％≤w％≤2％。
[0024]进一步的，所述正极活性材料的平均粒径与所述导电剂的平均粒径的比值Dr满足：1.3≤Dr≤3.8；所述正极活性材料的比表面积与所述导电剂的比表面积的比值Tr满足：0.25≤Tr≤1。优选的，所述正极活性材料的平均粒径与所述导电剂的平均粒径的比值Dr满足：1.5≤Dr≤2.5；所述正极活性材料的比表面积与所述导电剂的比表面积的比值Tr满足：0.3≤Tr≤0.8。
[0025]进一步的，所述正极活性材料的平均粒径为1～10μm，所述导电剂的平均粒径小于8μm。优选的，所述正极活性材料的平均粒径为2～7μm，所述导电剂的平均粒径小于3μm。
[0026]进一步的，所述正极活性材料的比表面积为0.5～1.5m2/g，所述导电剂的比表面积为1.5～20m2/g。
[0027]进一步的，所述正极活性材料选自以下材料中的一种或多种：
[0028]尖晶石LiMn2O4；
[0029]LiNi
x
Mn
y
O4，其中0.5≤x<1，1.5≤y<2.0；
[0030]LiNi
z
Mn1‑
z
O2，其中0.1≤z<1；
[0031]aLi2MnO3·
(1
‑
a)LiMO2，其中0<a≤1，M选自Ni、Co、Mn中的一种或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于，所述正极包括正极活性材料和导电剂；所述正极活性材料为含锰正极材料；所述电解液包括下述结构式1所示的化合物：其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢原子、氟原子或含1～5个碳原子的基团中的一种；所述正极活性材料、导电剂和所述结构式1所示的化合物满足如下关系：其中，Dr为所述正极活性材料的平均粒径与所述导电剂的平均粒径的比值；Tr为所述正极活性材料的比表面积与所述导电剂的比表面积的比值；w为所述结构式1所示的化合物相对于所述电解液的质量百分比，单位为％。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，以所述电解液的总质量为100％计，所述结构式1所示的化合物相对于所述电解液的质量百分比w满足：0.1％≤w％≤5％。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极活性材料的平均粒径与所述导电剂的平均粒径的比值Dr满足：1.3≤Dr≤3.8；所述正极活性材料的比表面积与所述导电剂的比表面积的比值Tr满足：0.25≤Tr≤1。4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极活性材料的平均粒径与所述导电剂的平均粒径的比值Dr满足：1.5≤Dr≤2.5；所述正极活性材料的比表面积与所述导电剂的比表面积的比值Tr满足：0.3≤Tr≤0.8。5.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所示的化合物包括如下化合物：
6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极活性材料选自以下材料中的一种或多种：尖晶石LiMn2O4；LiNi
x
Mn
y
O4，其中0.5≤x<1，1.5≤y<2.0；LiNi
z
Mn1‑
z
O2，其中0.1≤...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡时光，钱韫娴，张正生，向晓霞，邓永红，
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：