[發明專利]一種鋰離子電池

有效

• 申請號: 202110874660.2
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113611911B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 胡時光;錢韞嫻;張正生;向曉霞;鄧永紅
• 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;H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳國海智峰知識產權代理事務所(普通合伙) 44489
• 代理人: 劉軍鋒;臧芳芳

本發明涉及電化學技術領域，具體涉及一種鋰離子電池，包括正極、負極和電解液，正極包括正極活性材料和導電劑；正極活性材料為含錳正極材料；電解液包括下述結構式1所示的化合物：正極活性材料、導電劑和結構式1所示的化合物滿足如下關系：其中，Dr和Tr分別為正極活性材料與導電劑的平均粒徑及比表面積的比值；w為結構式1所示的化合物相對于電解液的質量百分比，單位為％。本發明在調控正極活性材料與導電劑的比表面積及粒徑比的情況下，在電解液中加入結構式1所示的化合物，三者之間通過界面協同效應強化正極材料的結構，同時弱化正極材料與電解液間的界面阻抗，減少錳的溶出，使鋰電池具有良好的高溫存儲性能和高溫循環性能。

技術領域

本發明涉及電化學技術領域，具體涉及一種鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池作為第四次工業革命主要產物，標志著全球進入了以新能源為主題的新時代。鋰離子電池以工作電壓高、工作范圍寬、比能量大、無污染、使用壽命長等優點，在全球二次電池市場占據主導地位，特別是近幾年在電動汽車等領域得到了廣泛應用。在鋰離子電池技術中，正極材料是鋰離子電壓和容量的決定性因素，決定著鋰電池容量的天花板。

現有技術中，一些新型的材料尖晶石錳酸鋰、高鎳無鈷、富鋰基錳材料等因其可承受電壓窗口寬、容量大等優點廣泛用作鋰離子電池材料的正極。但同時這些材料在用作電池材料正極時，同樣存在一些特有的共性問題：導電性差、錳離子易溶出、正極材料結構易坍塌等。具體原因如下：從微觀結構上講，上述材料的晶體結構都有著豐富的鋰離子傳輸通道，同時錳離子都分別在晶體結構點上，對晶體的結構穩定性起著至關重要的作用；電化學性能方面，有著較寬的電壓窗口，一定條件下倍率性能好；在高溫循環過程中，正極活性材料對電解液有一定的催化作用，引起電解液的催化氧化，進而導致晶格氧缺失，引發錳離子的溶出，造成正極材料的結構坍塌，影響電池性能；正極活性材料中的Mn³⁺易于與電解液中的HF發生歧化反應，生成Mn²⁺和Mn⁴⁺，二價錳溶解，破壞正極材料結構；充電過程中，Mn²⁺遷移到負極，沉積造成短路；正極材料中錳的平均價態低于+3.5時，正極材料的晶體結構會發生轉變，由穩定結構轉變至不穩定結構，使電極的極化作用增強，引起容量衰減、導電性能差等缺點。

目前許多研究人員通過往正極材料中添加導電劑來強化正極材料的導電性能，導電性能得到了一定的改善，例如，在尖晶石鎳錳酸鋰表面進行碳包覆用于強化正極的導電性能，或者在磷酸鐵鋰正極材料表面構造納米化LiFePO₄晶粒，用于減小鋰離子在晶粒中的擴散距離從而強化鋰離子的擴散。但是，在解決正極導電性問題的同時，又引發出了一系列問題：導電劑的加入使得正極穩定性變差，錳離子更易溶出，并且進一步弱化了鋰離子的擴散速率，同時正極材料與電解液之間的兼容性變得更差，進而使得電池的高溫條件下循環性能和存儲性能劣化。因此，如何開發一種既能解決正極導電性問題，又能解決所引發的一系列問題的鋰離子電池，是本領域亟待解決的一項技術問題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種鋰離子電池，在調控正極活性材料與導電劑的比表面積及粒徑比的情況下，通過在電解液中加入結構式1所示的化合物，能在保證提升導電性能的基礎上強化正極材料的穩定性，并能顯著的改善正極材料與電解質的兼容性問題。

一種鋰離子電池，包括正極、負極和電解液，所述正極包括正極活性材料和導電劑；

所述正極活性材料為含錳正極材料；

所述電解液包括下述結構式1所示的化合物：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆各自獨立地選自氫原子、氟原子或含1～5個碳原子的基團中的一種；

所述正極活性材料、導電劑和所述結構式1所示的化合物滿足如下關系：