[發(fā)明專利]一種高電壓鋰離子電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011073883.0
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112186190A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設計）人: 盧海;何龍;杜慧玲;鄭斌;鄭學召;劉長春
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/131;H01M4/133;H01M4/136;H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種高電壓鋰離子電池，包括正極、負極與電解液，所述正極為高壓氟化正極，所述負極為碳質(zhì)負極，所述電解液使用氟化醚作助溶劑、氟化碳酸酯與含硼物質(zhì)作添加劑。本發(fā)明不僅能夠提高正極材料、電解液自身的耐氧化能力，同時還可以保障正負電極與電解液所構(gòu)筑界面的高壓穩(wěn)定性，從而有效解決了鋰離子電池在高電壓工作條件下面臨的關(guān)鍵問題，整體改善了鋰離子電池的高壓循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高電壓鋰離子電池。

背景技術(shù)

高能量密度鋰離子電池開發(fā)已成為國內(nèi)外的研究熱點。增加工作電壓是提高鋰離子電池能量密度的有效途徑，各種高壓正極材料近年來得到了廣泛研究與關(guān)注，但是始終未能獲得大規(guī)模應用，存在的問題歸結(jié)為以下兩點：

1)正極材料晶格結(jié)構(gòu)在高壓條件時欠缺穩(wěn)定，特別是在電解液中痕量水或HF等的攻擊下，以Mn²⁺為代表的過渡金屬離子易從正極脫出、發(fā)生溶解，造成活性物質(zhì)損失與材料結(jié)構(gòu)破壞；2)傳統(tǒng)碳酸酯電解液在高壓下發(fā)生氧化分解。除了溶劑自身水分、雜質(zhì)等影響，主要原因是充電態(tài)正極材料與電解液之間發(fā)生副反應，導致電解液氧化電位提前出現(xiàn)或氧化分解加劇。上述問題直接導致高壓正極材料在循環(huán)期間容量衰減過快，極大制約了高能量密度鋰離子電池的下一步發(fā)展。為此，一方面需要研制開發(fā)高壓穩(wěn)定的正極材料與電解液，減少高壓使用條件下的結(jié)構(gòu)破壞與氧化分解。另一方面還需著力優(yōu)化電極/電解液的界面化學，抑制二者之間可能存在的各種不良相互作用與副反應。

現(xiàn)有高壓電解液含有正極成膜添加劑、負極成膜添加劑及抗氧化添加劑，可以提高電解液的耐氧化與安全特性，改善高鎳三元正極材料的循環(huán)性能。但是這種僅使用了添加劑的高壓電解液只是在某方面實現(xiàn)了一定的性能提升，并不能完全解決碳酸酯基電解液的高壓氧化分解和高壓正極材料的結(jié)構(gòu)破壞問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高電壓鋰離子電池，結(jié)構(gòu)組成更為合理，有效改善電池的高壓穩(wěn)定循環(huán)能力。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種高電壓鋰離子電池，包括正極、負極和電解液，正極、電解液和負極層疊設置形成三明治結(jié)構(gòu)，正極為高壓氟化正極，負極為碳質(zhì)負極，電解液為氟化電解液，包括助溶劑和添加劑，助溶劑包括氟化醚，氟化醚占電解液體積分數(shù)的10％～45％，添加劑包括氟化碳酸酯和含硼物質(zhì)，氟化碳酸酯占電解液質(zhì)量分數(shù)的0.5％～10％，含硼物質(zhì)占電解液質(zhì)量分數(shù)的0.2％～5％。

具體的，高壓氟化正極采用高壓正極材料與含氟助劑混合后經(jīng)高溫煅燒后制得，或?qū)⒏邏赫龢O材料通入含氟氣氛中在常溫或中溫下保持后制得。

進一步的，高壓正極材料包括LiNi_0.5Mn_1.5O₄、LiCoO₂、LiCoPO₄、LiNiPO₄、LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂、LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂和xLi₂MnO₃·(1-x)LiMn_1-y-zNi_yCo_zO₂中的任意一種。

進一步的，含氟助劑為NH₄F、LiF、CoF₃、NH₄HF₂、PVDF和AlF₃中的一種或多種，含氟氣氛為F₂、NF₃和CF₄中的一種或多種。

具體的，氟化醚為具有以下結(jié)構(gòu)式物質(zhì)的一種或多種：