[發明專利]鋰離子電池

在審

• 申請號: 202011191479.3
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN114447430A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 錢韞嫻;胡時光;劉偉新;員曉剛;林木崇
• 申請（專利權）人: 深圳新宙邦科技股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉兵;田宏

本發明涉及鋰離子電池技術領域，公開了一種鋰離子電池。所述鋰離子電池包括正極、負極、置于正極和負極之間的隔膜以及非水電解液，所述正極的正極材料含有正極活性材料LiNi_xCo_yM_zO₂，其中M選自Mn和/或Al，且0.5≤x≤1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，x+y+z≤1；所述非水電解液含有有機溶劑、鋰鹽和以下式(1)表示的化合物。該鋰離子電池可以顯著提升在高溫下循環和存儲時的化學性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池。

背景技術

自1991年鋰離子電池(LIBs)的首次商業化以來，鋰離子電池迅速占據主流市場，成為現代社會不可分割的一部分，并極大地影響著我們的生活。為了設計更高能量密度的鋰離子電池，提高三元正極鎳含量是增大電池能量密度的重要途徑之一。高鎳三元電池在能量密度上有非常大的優勢，是目前高能量密度產業化最為成熟的應用材料之一。此外高鎳三元活性材料中鈷元素含量較低，可以在一定程度上緩解動力電池對鈷的依賴性，因此具有高能量密度且低成本的高鎳三元正極活性材料，已經成為業內人士一致認為的未來發展趨勢。

然而，提高鎳含量的負面作用同樣非常明顯。雖然提高鎳含量可以提升比容量，但是正極材料的晶體結構穩定性也明顯變差。這是因為高鎳三元正極活性材料體系中的過渡金屬離子與O^2-有能帶重疊(如Ni的3d軌道和氧的2p軌道)，隨著工作電壓逐漸升高(3V-4.45V)，O^2-被氧化，形成過氧物種或超氧物種。電極脫氧，使得過渡金屬離子形成非穩定高氧化性副產物，導致界面相變發生。而相變增多引發結構破壞，局部微應力增加，誘發一次晶粒內部裂紋及二次顆粒裂縫的形成及擴展，同時生成非活性組分NiO，進一步使正極體相結構無序化。當一次晶粒破壞時，電解液滲入新的微裂紋界面并形成鈍化膜，造成活性鋰離子損失、阻抗增加；若應力進一步破壞二次顆粒，還將影響活性材料顆粒與粘結劑/導電劑的接觸效果。而且電池循環過程中會有錳、鈷等過渡金屬溶出，它們會破壞負極SEI膜，導致電解液在電極表面的副反應加劇，造成電池容量衰減，氣脹加劇。總之，這些問題都將直接惡化電池的高溫存儲和高溫循環性能。

為了改善高鎳三元結構穩定性和過渡金屬離子溶出這些問題，對電池材料進行保護是重要的手段之一。目前常規的做法是對高鎳三元活性材料進行表面包覆和摻雜，或者利用正負極成膜添加劑在正負極表面成膜。但是這種辦法或者會降低高鎳三元活性材料比能量，或者效果有限，沒有從根本上穩定材料的結構，抑制過渡金屬離子溶出。所以，如何在保證高鎳三元高比能的基礎上提高其結構穩定性，抑制過渡金屬離子溶出，提升鋰離子電池電化學性能是鋰離子電池和電解液研究的一個重要問題。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的高鎳三元正極活性材料鋰離子電池性能不良的問題，提供一種鋰離子電池，該鋰離子電池可以顯著提升在高溫下循環和存儲時的化學性能。

本發明的發明人經過深入的研究發現，當鋰離子電池的正極活性材料為高鎳三元正極活性材料，且非水電解液中含有式(1)表示的化合物時，鋰離子電池的高溫循環和存儲性能都會得到顯著提高，從而完成了本發明。