[發(fā)明專利]一種高循環(huán)性能和高安全性能的鋰離子電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010073074.3
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111244428B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜小紅;李國華;高云芳;王俊
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/42;H01M10/0525
• 代理公司: 浙江千克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 冷紅梅

本發(fā)明涉及一種高循環(huán)性能和高安全性能的鋰離子電池，以Al₂O₃面包覆的LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂為正極材料，以石墨為負(fù)極材料，以多孔聚乙烯膜為隔膜，以含1.0mol/L鋰鹽LiPF₆的DMC/EC/EMC混合溶液為電解液制得。本發(fā)明鋰電池在1C充放電倍率下(2.5～4.3V)，2500次循環(huán)后容量保持率為84.62％，電池的循環(huán)性能和安全性高。

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高循環(huán)性能和高安全性能的鋰離子電池。

(二)背景技術(shù)

鋰離子電池是一種二次電池，主要依靠鋰離子在電池的正極和負(fù)極之間遷移來工作。在充放電過程中，Li⁺在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌。在關(guān)鍵技術(shù)不斷突破、產(chǎn)業(yè)政策紅利等多重因素刺激下，動力電池和儲能電池業(yè)務(wù)以燎原之勢增長，我國鋰電行業(yè)呈現(xiàn)出欣欣向榮的態(tài)勢。對高能量和高安全性鋰離子電池(LIBs)的需求不斷增長，激發(fā)了人們對鋰離子電池正極材料的巨大研究興趣。用于下一代鋰離子電池的正極材料需具備更高的能量密度、更長的循環(huán)壽命，并且在電動汽車和固定式儲能應(yīng)用中需要具有更好的安全性能。

在鎳鈷錳三元材料體系中，鎳含量越高，材料的能量密度越高，然而，較高的鎳含量會引起材料的不可逆相變，導(dǎo)致材料的循環(huán)性能及安全性能變差。主要原因有高鎳正極材料在高溫下循環(huán)時通常經(jīng)歷從層狀相到尖晶石狀相和巖鹽相的結(jié)構(gòu)降解。該結(jié)構(gòu)變化是由過渡金屬離子在充電和放電過程中遷移到鋰層中引起的，這些相變伴隨著晶格常數(shù)和體積的變化，其從晶格釋放氧氣，導(dǎo)致熱不穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。此外，特別是在高電壓下充電時，具有強(qiáng)氧化性質(zhì)的Ni⁴⁺離子物種在電解液中的溶解度增加，導(dǎo)致安全問題和電化學(xué)性能惡化。

(三)發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種高循環(huán)性能和高安全性能的鋰離子電池。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種高循環(huán)性能和高安全性能的鋰離子電池，以Al₂O₃面包覆的LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂為正極材料，以石墨為負(fù)極材料，以多孔聚乙烯膜為隔膜，隔膜表面涂覆陶瓷材料(α-Al₂O₃：SiO₂重量比65％～96％：35％～4％)，以含1.0mol/L鋰鹽LiPF₆的DMC/EC/EMC混合溶液為電解液制得。

所述鋰電池包括：正極，是利用烷氧基鋁化合物易與羥基發(fā)生反應(yīng)的特性，制得的表面面包覆Al₂O₃的高鎳三元材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂，Al₂O₃在高鎳材料表面上的面包覆能有效地防止活性材料和電解質(zhì)之間的直接接觸，改善材料的結(jié)構(gòu)和表面穩(wěn)定性，改善材料的循環(huán)性能和安全性能；負(fù)極，所述負(fù)極的負(fù)極材料為石墨；隔離膜；電解液，所述電解液為DMC/EC/EMC＝1:1:1(體積比)，含1.0mol/L鋰鹽LiPF₆。

Al₂O₃面包覆的LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂材料作為鋰離子電池正極材料，可以保護(hù)材料主體結(jié)構(gòu)免受HF的侵蝕并抑制電極和電解質(zhì)之間的副反應(yīng)，目的是為了提高鋰離子電池的循環(huán)性能和安全性能。