[發明專利]一種高安全性三元聚合物鋰離子電池

在審

• 申請號: 201710602992.9
• 申請日: 2017-07-22
• 公開（公告）號: CN107579209A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 劉源
• 申請（專利權）人: 深圳卓朗新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/133;H01M10/0567;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 廣州廣信知識產權代理有限公司44261
• 代理人: 張文雄

技術領域

本發明涉及一種高安全性三元聚合物鋰離子電池。適用于電動汽車的動力驅動。屬于汽車動力電池技術領域。

三元材料的鋰離子電池往往在滿足循環壽命、高低溫性能的同時，而安全性能(包括穿刺、擠壓、過充、過放、短路、熱沖擊等)不達標。尤其是容量越高，體積越大的電池越難通過安全測試。

正極為三元鎳錳鈷酸鋰材料、圓柱型鋰離子電池的安全性問題，長期以來一直是行業內的技術瓶頸，一直無法得到真正的有效突破和進展。是制約其用于汽車能源動力的根本因素。本產品致力于解決安全問題。本發明的三元聚合物電池可通過全部安全測試(包括穿刺、擠壓、過充、過放、短路、熱沖擊等)，同時1C充放循環壽命(常溫，80％保持率)達到2000次。屬于技術領域。

背景技術

目前，在汽車動力電池領域，應用最廣的正極材料主要有三元鎳錳鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰三種，現有技術的三元鎳錳鈷酸鋰,與錳酸鋰相比，雖然具有克容量大和循環使用時間長等特點，與磷酸鐵鋰相比，雖然具有低溫性能強和倍率性能高等特點。但現有技術的三元鎳錳鈷酸鋰存在安全性能差的問題，因此不能在汽車動力電池領域推廣應用。

現有技術的三元鎳錳鈷酸鋰安全性差的根本原因在于：三元鎳錳鈷酸鋰的發熱量遠比磷酸鐵鋰要高，三元鎳錳鈷酸鋰的脫氧溫度是200℃，放熱能量超過800J/g，磷酸鐵鋰的脫氧溫度是270℃，放熱能量僅為124J/g，400℃以上才大規模的分解。三元鎳錳鈷酸鋰很活潑，具有很強的氧化性，會與具有還原性的有電解液溶劑發生氧化還原反應。正極的越活潑，氧化性越強，則反應越劇烈，越容易引起安全事故。而磷酸鐵鋰的氧化性微弱，很少會引發安全事故。

發明內容

本發明的目的，是為了解決現有技術的三元鎳錳鈷酸鋰存在安全性能差的問題，提供一種高安全性三元聚合物鋰離子電池，具有克容量大、循環使用時間長和安全性能好的特點。

本發明的目的可以通過以下技術方案達到：

一種高安全性三元聚合物鋰離子電池，包括鋰離子電池體1及設置在鋰離子電池體中的電解液、正極2和負極3，其特征在于：

正極2由三元鎳錳鈷酸鋰和磷酸鐵鋰混合構成，磷酸鐵鋰的質量百分含量占整個正極質量的比例為1％-5％；

負極3包括石墨基體，在所述石墨基體的末端或表面和纏繞有若干層銅箔空卷圈；

電解液為專用安全電解液，是在現有電解液體系的基礎上加入一定比例的添加劑GBL、FEC和EFE，所述添加劑在電解液中的質量百分含量為：GBL為5％-10％，FEC為3％-6％，EFE為4％-8％。

本發明的目的還可以通過以下技術方案達到：

進一步地，正極2和負極3各為若干層層狀結構，在所述正極2和負極3之間各設有隔膜層4。

進一步地，正極2中混合的磷酸鐵鋰分子式為LiFePO₄，具有有序的正交晶系橄欖石結構。

進一步地，LiFePO₄具有有序的正交晶系橄欖石結構，是指LiFePO₄具有橄欖石晶體結構，該橄欖石晶體結構使鋰離子電池的鋰離子具有二維可移動性,充放電時能自由脫嵌。

進一步地，LiFePO₄具有P-O共價鍵，形成離域的三維立體化學鍵，增強LiFePO₄的熱力學和動力學穩定性，不易釋放氧氣；通過P-O共價鍵防止橄欖石結構轉化為尖晶石結構,以穩定八面體位置的氧化還原電對。

進一步地，所述石墨基體的末端或表面和纏繞有若干層銅箔空卷圈，是指在最外層負極3的表面纏繞有若干層空白銅箔空卷三圈，構成負極收尾式銅箔空卷圈結構。

進一步地，所述負極收尾式銅箔空卷圈結構，形成了閉合回路，以可保證電芯在受外力擠壓和穿刺而短路時，可使大電流被分流，降低發熱量，防止發生副反應，包括正極材料分解和電解液分解。

進一步地，所述FEC，名稱為氟代碳酸丙烯酯，電解液中添加FEC，以使三元聚合物鋰離子電池首次充電在負電極表面形成的SEI致密、均一，抑制電解液的分解還原，阻礙電解液在高溫下發生的分解還原副反應，提高三元聚合物鋰離子電池的安全性能。

進一步地，所述GBL，名稱為1,4-丁內酯，加入GBL使專用安全電解液的熔點為-45℃-204℃，以拓寬電解液使用的溫度范圍，及加強了電解液在高溫下的穩定性、提高了電池的安全性能；

進一步地，所述EFE，名稱為乙基全氟代丁基醚，加入EFE以提高電解液的閃點溫度，從而提高電解液高溫下的安全性能。