一种磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池制造技术

技术编号：41342354 阅读：15 留言：0更新日期：2024-05-20 09:59

本发明专利技术提供了一种磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜/以及电解液，正极极片掺入质量百分比为1%~2.5%补锂剂，所述电解液中包括添加剂，所述添加剂选自磷酸三丙炔酯（TPP）、乙烯乙基砜（EVS）等有机添加剂中的至少一种，所述添加剂在电解液中的质量百分含量为0.5%~2%。本发明专利技术降低了锂盐的降解程度并减小了对负极SEI膜的损害；电解液添加剂抑制补锂剂对电解液的过度分解，同时减少导电不良组分生成，促进锂离子的传输，减少了锂枝晶的生长，降低了内阻，有效提升了锂离子电池的循环稳定性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，涉及一种磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池。

技术介绍

1、过去数十年，全球经济发展飞速，传统化石能源的大量消耗的同时伴随着大量温室气体排放，进而加剧了环境污染。在各种新能源储备系统中，锂离子电池因其高的能量密度、长的循环寿命和高的效率引发了清洁能源利用技术革命；小巧轻便、环境友好、循环稳定性较高且无记忆效应等众多优点，因此在新型电池行业中占主导地位而被广泛应用于动力领域、消费电子产品和储能领域。

2、其中，磷酸铁锂和三元锂材料的锂离子电池技术日益成熟；近期，安全性高且有着更高能量密度的磷酸锰铁锂体系成为热点。在锂离子电池容量衰减机制探究过程发现，电池进行首次充放电时，一般会消耗正极5%~20%的活性锂形成固体电解质膜sei膜；另外，在循环过程中的副反应将导致的活性锂持续的消耗，补锂剂的分解产物使得电解液持续分解，造成sei膜持续增厚及膨胀力增长，致使电池容量衰减加速。相较于工艺复杂、安全性低的负极补锂，正极材料补锂剂可以在匀浆过程中添加，不再需要额外的工艺改进且成本较低，友好地适合现在的锂离子电池制造工艺。电解液添加剂进一步优化体系性能，增强电池的可使用寿命。

3、同时，正极材料的锰溶出也是电池容量衰减主要原因之一。由于磷酸锰铁锂材料不可避免地发生john-teller效应,在电场的驱动下,mn2+沉积到石墨表面,导致石墨表面sei膜不断分解及再生,持续消耗活性锂；mn2+还会催化pf6−分解为pf5，造成电解液恶化和电池循环稳定性下降。

技术实现思路

1、1.所要解决的技术问题：

2、电池进行首次充放电时，一般会消耗正极5%~20%的活性锂形成固体电解质膜sei膜；另外，在循环过程中的副反应将导致的活性锂持续的消耗，补锂剂的分解产物使得电解液持续分解，造成sei膜持续增厚及膨胀力增长，致使电池容量衰减加速。

3、2.技术方案：

4、为了解决以上问题，本专利技术提供了一种磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜/以及电解液，正极极片掺入质量百分比为1%~2.5%补锂剂，所述电解液中包括添加剂，所述添加剂选自磷酸三丙炔酯（tpp）、乙烯乙基砜（evs）等有机添加剂中的至少一种，所述添加剂在电解液中的质量百分含量为0.5%~2%。

5、所述补锂剂为三元含锂化合物、有机含锂化合物中的至少一种。

6、所述三元含锂化合物为li2nio2、li6coo4、li5feo4中的一种或多种的组合。

7、有机含锂化合物li2dhbn、li2c2o4、li2c4o4和li2c6o6中的一种或多种的组合。

8、所述正极极片还包括由磷酸锰铁锂、导电剂和聚偏二氟乙烯，质量百分数分别为94%~95.5%、1.8-2.2%、和1.4-1.6%。

9、所述电解液中还包括锂盐，锂盐选自高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂种的至少一种。

10、所述锂盐的质量百分含量为10%~20%。

11、所述电解液中还包括有机溶剂，所述有机溶剂包括环状酯类和链状酯类。

12、所述环状酯类选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、3-甲基-2-恶唑烷酮的至少一种。

13、所述链状酯类选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯的至少一种。

14、3.有益效果：

15、本专利技术降低了锂盐的降解程度并减小了对负极sei膜的损害；电解液添加剂抑制补锂剂对电解液的过度分解，同时减少导电不良组分生成，促进锂离子的传输，减少了锂枝晶的生长，降低了内阻，有效提升了锂离子电池的循环稳定性。

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【技术保护点】

1.一种磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜/以及电解液，其特征在于：正极极片掺入质量百分比为1%~2.5%补锂剂，所述电解液中包括添加剂，所述添加剂选自磷酸三丙炔酯、乙烯乙基砜等有机添加剂中的至少一种，所述添加剂在电解液中的质量百分含量为0.5%~2%。

2.如权利要求1所述的磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，其特征在于：所述补锂剂为三元含锂化合物、有机含锂化合物中的至少一种。

3.如权利要求3所述的磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，其特征在于：所述三元含锂化合物为Li2NiO2、Li6CoO4、Li5FeO4中的一种或多种的组合。

4.如权利要求3所述的磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，其特征在于：有机含锂化合物Li2DHBN、Li2C2O4、Li2C4O4和Li2C6O6中的一种或多种的组合。

5.如权利要求1-4任一项所述的磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，其特征在于：所述正极极片还包括由磷酸锰铁锂、导电剂和聚偏二氟乙烯，质量百分数分别为94%~95.5%、1.8-2.2%、和1.4-1.6%。

6.如权利要求1-4任一项所述的磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，其特征在于：所述电解液中还包括锂盐，锂盐选自高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂种的至少一种。

7.如权利要求6所述的磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，其特征在于：所述锂盐的质量百分含量为10%~20%。

8.如权利要求1-4任一项所述的磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，其特征在于：所述电解液中还包括有机溶剂，所述有机溶剂包括环状酯类和链状酯类。

9.如权利要求8所述的磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，其特征在于：所述环状酯类选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、3-甲基-2-恶唑烷酮的至少一种。

10.如权利要求8所述的磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，其特征在于：所述链状酯类选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯的至少一种。

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【技术特征摘要】

2.如权利要求1所述的磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，其特征在于：所述补锂剂为三元含锂化合物、有机含锂化合物中的至少一种。

3.如权利要求3所述的磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，其特征在于：所述三元含锂化合物为li2nio2、li6coo4、li5feo4中的一种或多种的组合。

4.如权利要求3所述的磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，其特征在于：有机含锂化合物li2dhbn、li2c2o4、li2c4o4和li2c6o6中的一种或多种的组合。

5.如权利要求1-4任一项所述的磷酸锰铁锂电化学体系优化的锂离子电池，其特征在于：所述正极极片还包括由磷酸锰铁锂、导电剂和聚偏二氟乙烯，质量百分数分别为94%...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梦真，贺晓东，姚汪兵，
申请(专利权)人：江苏国轩新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

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