[發明專利]一種全電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202111273618.1
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN114039040A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 王亞州;張樹濤;李子郯;王壯;馬加力;白艷
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;H01M10/0569;H01M10/058
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發明提供了一種全電池及其制備方法。所述全電池包括正極、負極、隔膜和電解液；所述正極中的正極活性物質為鎳錳酸鋰材料，所述鎳錳酸鋰材料包括內核和位于內核表面的包覆層，所述內核包括尖晶石鎳錳酸鋰，所述包覆層包括富鋰鎳錳酸鋰；所述負極中的負極活性物質包括石墨；所述電解液中包括聚碳酸酯和摩爾濃度為2～4mol/L的鋰鹽。本發明通過在尖晶石鎳錳酸鋰材料表面包覆富鋰鎳錳酸鋰材料，同時搭配加入了聚碳酸酯(PC)的高濃度鋰鹽的電解液，PC分子與鋰離子發生溶劑化作用，形成絡合物，在高電壓下，絡合的溶劑分子抗氧化性增強，增強了電解液高電壓下的穩定，最終大大提高了鎳錳酸鋰/石墨全電池的首效和循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種全電池及其制備方法。

背景技術

近年來，高比能量、長壽命、低成本的正極材料及其電池被迫切需要。鋰離子電池以其工作電壓高、比能量大、循環壽命長、污染小等優勢被電池企業選中。

目前普遍使用的正極材料分別是鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及高電壓鎳錳酸鋰等。由于鈷價格昂貴，且鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰用于動力電池的安全隱患較大。錳酸鋰、鎳錳酸鋰以及磷酸鐵鋰是鋰離子動力電池較為理想的正極材料。錳酸鋰材料雖然成本低，安全性能好，但比容量相對偏低，由于Mn的溶解、Jahn-Teller畸變效應以及晶格的不穩定，導致循環壽命尤其是高溫循環性能不理想。研究表明摻雜可有效改善其高溫循環性能，尤其是Ni摻雜的LiNi_0.5Mn_1.5O₄，使得錳的價位高于3.5，能夠有效抑制Mn溶解、JahnTeller畸變效應以及晶格的不穩定性，并且放電電壓平臺高達4.7V，成為一款理想的動力電池正極材料。高電壓尖晶石LNMO正極材料，具有高的安全性能，優異的大倍率充放電性能，以及價格低廉和合成簡單等優點，理論比容量146.7mAhg^-1，實際能量密度可以達到甚至超過220wh/kg，比LiFePO₄/石墨電池體系的能量密度高出約30％，比LiMn₂O₄/石墨電池體系更是高出約40％。然而，雖然LNMO正極材料已經發展很多年而且半電池(LNMO/Li)具有優異的電化學性能，但是基于LNMO的商業鋰離子電池目前還沒有完全普及和應用。制約其商業化大規模應用的主要原因是因為組裝成全電池后隨著循環的進行容量出現大幅度的衰減，幾乎沒有任何使用價值。目前，針對鎳錳酸鋰/石墨(LNMO/C)鋰離子電池衰減機理研究較多，其中一種解釋原因是基于鎳錳酸鋰/石墨體系電池已經超出現有的常規電解液分解電壓，導致高電壓下電解液的不斷分解以及同時發生在電極和電解液界面的降解反應。同樣，也有人指出LNMO/石墨容量衰減的主要原因可以解釋為電池中的活性鋰離子的不斷損耗，這種鋰離子的損失主要也是基于電解液和電極發生不穩定界面反應。

為了使這種高電壓材料盡快普及應用，大家也提出了很多方法。

CN106159345A公開了一種高電壓鎳錳酸鋰/石墨鋰離子電池及其制作方法，提出在負極表面通過有機酸脂的修飾，改變SEI膜的組分，強化電解液和電極界面的穩定性，從而有效遏制容量的急劇衰減。而加入有機酸會增大電池的內阻，產生較大的極化降低電池的能量密度。

CN103682307A公開了一種鎳錳酸鋰/鈦酸鋰電池及其制備方法，使電池兼顧具有較高能量密度的同時具有良好的循環性能、安全性能、快速充電和低溫充電能力。采用的技術方案為：正極漿料質量配比按LiNi_0.5Mn_1.5O₄:導電碳Super-p:導電碳KS-15:粘結劑PVDF＝95:1:1:3，溶劑為NMP；負極漿料質量配比按(Li₄Ti₅O₁₂):導電碳Super-p:導電碳KS-15:粘結劑PVDF＝91:3:2:4，溶劑為NMP。雖能緩解電解液的壓力，提高首效、循環和倍率性能，但是其全電池電壓大大降低，其電壓窗口僅為2.0V-3.5V，大大降低了其能量密度，縮短續航里程；同時鈦酸鋰成本較高，普及應用有較大的困難。