[發明專利]防過充的金屬離子電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201810293776.5
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108598483A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 蘇凱;冀璐
• 申請（專利權）人: 北京國能電池科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/058;H01M10/42
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 李進

本發明提供了一種防過充的金屬離子電池及其制備方法，涉及電池技術領域。該防過充的金屬離子電池的正極和/或負極摻雜碳酸鹽和/或碳酸氫鹽；所述金屬離子電池的電解液包含含鹵化合物。該金屬離子電池的倍率性能、體積能量密度、重量能量密度影響較小，并且能夠有效防止金屬離子電池過充。上述防過充的金屬離子電池的制備方法具有工藝流程簡單且適合工業化生產的優點。緩解了現有技術中存在的金屬離子電池防過充性能不佳的技術問題。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，尤其是涉及一種防過充的金屬離子電池及其制備方法。

背景技術

隨著金屬離子電池需求的不斷發展，設計者不斷提高電芯的充電截止電壓，或改變材料的結構以實現更高的能量密度要求。當電芯過充電時，正極中的金屬離子過度脫出，引起正極結構發生坍塌，失穩的結構使其處于強氧化態，對電解液、隔離膜產生強烈的氧化作用。同時從正極脫出的金屬離子在負極表面大量析出形成枝晶，強還原態的金屬離子同樣會與電解液發生反應。這樣電池內部強烈的氧化還原反應釋放大量的熱，再加上電池本身在充電過程中產生的焦耳熱，引起電芯溫度劇烈升高，引發SEI分解、隔離膜熔融發生內短路，電解液分解等一系列反應，從而引發電芯熱失效。

現有改善金屬離子單體電池過充電的方法多種多樣，包括加裝防爆閥、熔斷器、TCO等等方式，但是對于軟包金屬離子單體電芯來說，目前改善方法主要集中在體系熱穩定性的提升方面，如：

1.正極活性材料顆粒表面包覆，意在隔絕過充時強氧化態的正極與電解液的氧化反應，但是包覆材料的存在一方面影響材料克容量，另一方面影響倍率性能。

2.正極極片表面涂覆陶瓷涂層，意在防止電芯過充隔膜熔融或內部脹氣引起的正、負極直接接觸引發劇烈內短路，但是工藝成本增加，體積能量密度、重量能量密度受影響，動力學性能影響。

3.低閉孔溫度隔膜，意在電芯在過充時，內部溫度較低的情況下，通過隔離膜閉孔阻斷內部電化學反應，但是無法保證反應被完全阻斷，且當達到閉孔溫度時，內部電化學反應已經達到危險點。

4.降低電解液鹽濃度，增加電芯自身極化，使得電芯在過充電時更早達到充電截止電壓，此時電芯的充電SOC更低，熱穩定性相對更好，但是會影響電芯動力學性能。

5.增加電解液過充添加劑，添加聯苯、苯基環己烷等電聚合或氧化還原飛梭型過充添加劑，但是在電池正常充放電電壓范圍內，即會發生微量反應，對電池內阻產生影響，另外過充添加劑對電池高溫及循環性能有較大影響。

因此，目前需要一種改進的防過充的金屬離子電池。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的第一目的在于提供了一種防過充的金屬離子電池，緩解了現有技術中存在的金屬離子電池防過充性能不佳的技術問題。本發明的第二目的在于提供了一種上述防過充的金屬離子電池的制備方法，該制備方法具有工藝流程簡單且適合工業化生產的優點。

為解決上述技術問題，本發明特采用如下技術方案：

一種防過充的金屬離子電池，所述金屬離子電池的正極和/或負極摻雜碳酸鹽和/或碳酸氫鹽；

所述金屬離子電池的電解液包含含鹵化合物。

進一步的，所述金屬離子電池包括鋰離子電池、鉀離子電池、鈉離子電池、鋅離子電池或鎂離子電池。

進一步的，所述含鹵化合物包括含氟化合物、含氯化合物、含溴化合物和含碘化合物中的至少一種。

進一步的，所述碳酸鹽和/或所述碳酸氫鹽包括鋰鹽、鉀鹽、鈉鹽、鋅鹽或鎂鹽。

進一步的，所述金屬離子電池為鋰離子電池，所述鋰離子電池的正極和/或負極摻雜Li₂CO₃；