正极浆料、正极片及电化学储能装置的制作方法

文档序号:16814468发布日期:2019-02-10 14:10阅读:151来源:国知局

本申请涉及储能装置领域,尤其涉及一种正极浆料、正极片及电化学储能装置。



背景技术:

锂离子电池因具有工作电压高、比容量大、自放电小、循环寿命长、无记忆效应、环境友好且安全性好等优点已经迅速占领了消费类电子市场并且在动力储能领域的应用急剧扩张。随着锂离子电池在电动汽车、混合电动车、大型储能电站以及移动储能设备等新领域的应用,进一步提高锂离子电池的能量密度和安全性能迫在眉睫。

高镍正极材料由于其理论比容量相比于其他正极活性材料高的特点成为了研究热点。然而在使用过程中高镍正极材料界面的高电压及其中的过渡金属原子的催化和表面效应使得常规电解液会发生显著的氧化分解反应,从而引起锂离子电池电化学性能恶化;另外高镍正极材料相同电压下脫锂量更大,因此会导致结构稳定性差,导致过渡金属发生还原反应溶出而容易引发界面副反应,从而增加了锂离子电池的安全风险。

在锂离子电池中,对于上述问题,目前常采用在电解液中引入成膜添加剂的方法来钝化高镍正极材料的界面,减少副反应发生的同时还能提高其动力学性能;引入防过充、阻燃等功能添加剂提高其安全性能。但同时引入多种添加剂难以使锂离子电池有效地兼顾动力学性能和安全性能。



技术实现要素:

鉴于背景技术中存在的问题,本申请的目的在于提供一种正极浆料、正极片及电化学储能装置,所述正极浆料包括含有噻吩基的有机化合物,其可以对正极活性材料起到钝化的作用,从而提高正极片的耐氧化性,同时改善电化学储能装置的循环性能、高温存储性能以及过充安全性能,并降低电化学储能装置的产气量。

为了达到上述目的,在本申请的一方面,本申请提供了一种正极浆料,其包括固体组分以及溶剂。所述固体组分包括正极活性材料。所述固体组分还包括添加剂,所述添加剂为含有噻吩基的有机化合物。

在本申请的另一方面,本申请提供了一种正极片,其包括正极集流体以及正极浆料层。所述正极浆料层设置于所述正极集流体上。所述正极浆料层由根据本申请一方面所述的正极浆料干燥形成。

在本申请的又一方面,本申请提供了一种电化学储能装置,其包括本申请另一方面的正极片。

相对于现有技术,本申请的有益效果为:

本申请的正极浆料包括含有噻吩基的有机化合物,可以对正极活性材料起到钝化的作用,可有效地抑制电解液与正极活性材料之间的持续电化学氧化反应,从而可提高正极片的耐氧化性,同时改善电化学储能装置的循环性能、高温存储性能以及过充安全性能,并降低电化学储能装置的产气量。

本申请的正极片制备工艺简单、易于操作,适合大规模生产。

具体实施方式

下面详细说明根据本申请的正极浆料、正极片以及电化学储能装置。

首先说明根据本申请第一方面的正极浆料。

根据本申请第一方面所述的正极浆料包括固体组分以及溶剂。所述固体组分包括正极活性材料。所述固体组分还包括添加剂。所述添加剂为含有噻吩基的有机化合物。

在根据本申请第一方面所述的正极浆料中,所述含有噻吩基的有机化合物易于发生电化学聚合反应,其生成的导电聚合物可以稳定的包覆在正极活性材料的表面,对正极活性材料起到钝化的作用,因此可有效地抑制电解液与正极活性材料之间的电化学氧化反应,一定程度上降低正极活性材料的释氧,提高正极片的耐氧化性,降低电化学储能装置的产气量,同时还可以减小循环过程中电化学储能装置的正极界面阻抗,改善电化学储能装置的循环性能以及高温存储性能,此外含有噻吩基的有机化合物发生电化学聚合后生成的导电聚合物还可以有效地降低正极界面在高压下的副反应产热,同时由于导电聚合物自身高温电子阻抗激增的特性,其还能够极大的改善电化学储能装置的过充安全性能。本申请将含有噻吩基的有机化合物作为正极浆料添加剂一方面可以保留其对正极活性材料的钝化作用,提高正极片的耐氧化性,进而改善电化学储能装置的电化学性能,另一方面还可以克服现有技术中将其作为电解液添加剂时,其在高温下在正负极同时发生电化学聚合反应,其生成的导电聚合物穿透隔离膜而可能导致电化学储能装置发生严重的自放电甚至短路的现象。

在根据本申请第一方面所述的正极浆料中,所述含有噻吩基的有机化合物选自式1、式2所示的化合物中的一种或几种;在式1中,r1、r2各自独立地选自h、f、cl、br、i、硝基、氰基、羧基、磺酸基、取代或未取代的碳原子数为1~10的烷烃基、取代或未取代的碳原子数为2~10的烯烃基、取代或未取代的碳原子数为2~10的炔烃基、取代或未取代的碳原子数为6~10的芳香烃基、取代或未取代的碳原子数为1~10的烷氧基、取代或未取代的碳原子数为2~10的烯烃氧基、取代或未取代的碳原子数为2~10的炔烃氧基、取代或未取代的碳原子数为6~10的芳香烃氧基中的一种,其中,取代基选自卤素、硝基、氰基、羧基、磺酸基中的一种或几种,r1和r2还可相互连接成环;在式2中,n为0~4的整数,r3、r4、r5、r6、r7、r8各自独立地选自h、f、cl、br、i、硝基、氰基、羧基、磺酸基、取代或未取代的碳原子数为1~10的烷烃基、取代或未取代的碳原子数为2~10的烯烃基、取代或未取代的碳原子数为2~10的炔烃基、取代或未取代的碳原子数为6~10的芳香烃基、取代或未取代的碳原子数为1~10的烷氧基、取代或未取代的碳原子数为2~10的烯烃氧基、取代或未取代的碳原子数为2~10的炔烃氧基、取代或未取代的碳原子数为6~10的芳香烃氧基中的一种,其中,取代基选自卤素、硝基、氰基、羧基、磺酸基中的一种或几种,r3和r4、r5和r6、r7和r8还可以各自独立地相互连接成环。

在根据本申请第一方面所述的正极浆料中,在式2中,n为0~4的整数,若n的取值太大,则含有噻吩基的有机化合物难以在正极浆料中均匀分布,从而会严重影响正极片表观,优选地,n为0、1或2。

在根据本申请第一方面所述的正极浆料中,所述含有噻吩基的有机化合物选自下述化合物中的一种或几种;

在根据本申请第一方面所述的正极浆料中,所述含有噻吩基的有机化合物的质量为所述固体组分的总质量的0.1%~2%。在此质量范围内,一方面可以有效改善正极片的耐氧化性;另一方面,干燥后固化在正极浆料层中的含有噻吩基的有机化合物不会明显溶出到电解液中使得电化学储能装置内部不会因为高温下在正负极界面同时发生电化学聚合反应,生成的导电聚合物穿透隔离膜而导致电化学储能装置自放电,从而保证电化学储能装置的高温存储性能。若用量过少,则其对正极活性材料的钝化作用有限,从而对电化学储能装置的电化学性能改善效果不明显;反之用量过多,则会影响正极片中离子的传递从而对电化学储能装置的性能有恶化的作用。

在根据本申请第一方面所述的正极浆料中,所述正极活性材料的种类没有具体的限制,可以根据实际需求进行选择,具体地,所述正极活性材料可选自含锂的过渡金属氧化物或含钠的过渡金属氧化物。

在根据本申请第一方面所述的正极浆料中,所述含锂的过渡金属氧化物的种类没有具体的限制,可以根据实际需求进行选择,具体地,所述含锂的过渡金属氧化物可选自licoo2、linixcoymn(1-x-y)o2、linixcoyal(1-x-y)o2、linixmn1-xo2、linio2、limno2、li2mno4中的一种或几种,其中x、y、x+y均小于1,优选地,所述锂的过渡金属氧化物可选自licoo2、lini1/3co1/3mn1/3o2、lini0.5co0.2mn0.3o2、lini0.6co0.2mn0.2o2、lini0.8co0.1mn0.1o2、lini0.8co0.15mn0.05o2、lini1.5mn0.5o2、linio2、limno2、li2mno4中的一种或几种,进一步优选地,所述含锂的过渡金属氧化物可选自lini0.6co0.2mn0.2o2。

在根据本申请第一方面所述的正极浆料中,所述含钠的过渡金属氧化物的种类没有具体的限制,可以根据实际需求进行选择。

在根据本申请第一方面所述的正极浆料中,所述固体组分还包括导电剂和粘结剂。

在根据本申请第一方面所述的正极浆料中,所述导电剂的种类没有具体的限制,可以根据实际需求进行选择,具体地,所述导电剂可选自导电炭黑、乙炔黑、超导碳黑、石墨烯、导电石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种,优选地,所述导电剂选自导电石墨、乙炔黑、超导碳黑、碳纳米管的一种或几种,进一步优选地,所述导电剂选自超导碳黑。

在根据本申请第一方面所述的正极浆料中,所述导电剂的质量为所述固体组分的总质量的0.5%~3%,当导电剂的含量过少时,无法达到良好的导电效果,当导电剂含量过多时,会降低电化学储能装置中正极活性材料的质量,从而不利于提高电化学储能装置的能量密度,优选地,所述导电剂的质量为所述固体组分的总质量的0.8%~2%。

在根据本申请第一方面所述的正极浆料中,所述粘结剂的种类没有具体的限制,可以根据实际需求进行选择,具体地,所述粘结剂可选自聚乙烯醇粘结剂、聚氨酯粘结剂、聚丙烯酸酯粘结剂、聚偏氟乙烯粘结剂、丁苯橡胶粘结剂、环氧树脂粘结剂、醋酸乙烯树脂粘结剂、氯化橡胶粘结剂中的一种或几种,优选地,所述粘结剂选自聚偏氟乙烯粘结剂。

在根据本申请第一方面所述的正极浆料中,所述粘结剂的质量不大于所述固体组分的总质量的5%,当粘结剂的含量过少时,无法达到良好的粘结效果,当粘结剂含量过多时,一方面会降低电化学储能装置中正极活性材料的质量,从而不利于提高电化学储能装置的能量密度,另一方面,会降低正极片的离子导电性,增加电化学储能装置充放电过程中的极化,从而恶化电化学性能,优选地,所述导电剂的质量为所述固体组分的总质量的0.8%~2%。

在根据本申请第一方面所述的正极浆料中,所述固体组分还可包括其他添加剂,其他添加剂的具体种类及含量可根据实际需求进行选择。

其次说明根据本申请第二方面的正极片。

根据本申请第二方面所述的正极片包括正极集流体以及正极浆料层。所述正极浆料层设置于所述正极集流体上。所述正极浆料层由根据本申请第一方面所述的正极浆料干燥形成。

在根据本申请第二方面所述的正极片中,所述正极集流体的种类没有具体的限制,可根据实际需求进行选择,具体地,所述集流体可以选自金属箔,优选地,所述正极集流体可以选自铝箔、银箔、铜箔、不锈钢箔中的一种,进一步优选地,所述正极集流体选自铝箔。

在根据本申请第二方面所述的正极片中,所述正极集流体的厚度为5mm~30mm,优选地,所述正极集流体的厚度为8mm~25mm,进一步优选地,所述正极集流体的厚度为12mm~20mm,更进一步优选地,所述正极集流体的厚度为14mm。

在根据本申请第二方面所述的正极片中,所述正极浆料层的厚度为10mm~70mm,优选地,所述正极浆料层的厚度为30mm~60mm,进一步优选地,所述正极浆料层的厚度为40mm~50mm。

在根据本申请第二方面所述的正极片中,所述正极片的制备方法没有特殊的限制,可通过常规方法制备得到,具体可包括步骤:将正极活性材料、导电剂、粘结剂混合均匀,然后加入溶剂进行分散,再加入添加剂含有噻吩基的有机化合物进一步混合分散,获得正极浆料;将上述获得的正极浆料涂覆在正极集流体的表面,然后进行干燥,以在正极集流体形成正极浆料层;然后依次进行辊压、分条及切片,获得正极片。

在根据本申请第二方面所述的正极片中,在上述步骤中,所述正极活性材料、导电剂、粘结剂以及添加剂混合分散时对温度没有特别的限制,室温或是加热均可,可根据实际需求进行选择。

在根据本申请第二方面所述的正极片中,在上述步骤中,溶剂的具体种类并没有特别的限制,只要能够溶解含有噻吩基的有机化合物即可,具体地,所述溶剂可为有机溶剂,优选地,所述溶剂可选自杂环类有机溶剂中的一种或几种,进一步优选地,所述溶剂可选自四氢呋喃、吡啶、n-甲基吡咯烷酮、吡咯中的一种或几种,更一步优选地,所述溶剂可选自n-甲基吡咯烷酮。所述溶剂的添加量并没有特别的限制,可根据实际需求进行选择。

在根据本申请第二方面所述的正极片中,在上述步骤中,将正极浆料涂覆在正极集流体的两个表面上。

在根据本申请第二方面所述的正极片中,在上述步骤中,可采用加热鼓风干燥的方式对涂覆在正极集流体表面正极浆料进行干燥,所述正极浆料的干燥温度为80℃~120℃,干燥温度过低,正极浆料的固化不充分,部分添加剂会溶解于电解液中,从而一定程度恶化电化学储能装置的性能,干燥温度过高,添加剂会挥发,从而造成添加剂损失,对电化学储能装置电化学性能的改善不明显优选地,所述正极浆料的干燥温度为90℃。

在根据本申请第二方面所述的正极片中,在上述步骤中,在正极集流体表面涂覆的正极浆料的量并没有特别的限制,只要正极浆料所形成的正极浆料层能将正极集流体表面覆盖且满足一定厚度即可。

在根据本申请第二方面所述的正极片中,在上述步骤中,涂覆的方式没有具体的限制,可以根据实际需求进行选择。

再次说明根据本申请第三方面的电化学储能装置。

根据本发明第三方面所述的电化学储能装置包括根据本发明第二方面所述的正极片。

在根据本发明第三方面所述的电化学储能装置中,需要说明的是,所述电化学储能装置可为超级电容器、锂离子电池或钠离子电池。在本发明的实施例中,仅示出电化学储能装置为锂离子电池的实施例,但本发明不限于此。

在锂离子电池中,所述正极片包括正极集流体和位于正极集流体上的正正极浆料层。所述正极浆料层由根据本发明第一方面所述的正极浆料干燥得到。所述正极集流体为铝箔。

在锂离子电池中,所述负极片包括负极集流体和位于负极集流体上的负极膜片。所述负极集流体为铜箔。

在锂离子电池中,负极活性材料选自人造石墨或者天然石墨。所述负极导电剂选自乙炔黑、导电炭黑(superp、supers、350g)、碳纤维(vgcf)、碳纳米管(cnt)、科琴黑中的一种或几种。

在锂离子电池中,所述电解质可为液体电解质,所述电解质可包括锂盐以及有机溶剂。

在锂离子电池中,所述锂盐的具体种类不受限制。具体地,所述锂盐可选自lipf6、libf4、lin(so2f)2(简写为lifsi)、lin(cf3so2)2(简写为litfsi)、liclo4、liasf6、lib(c2o4)2(简写为libob)、libf2c2o4(简写为lidfob)中的一种或几种。

在锂离子电池中,所述有机溶剂的具体种类并没有特别的限制,可根据实际需求进行选择。优选地,使用非水有机溶剂。所述非水有机溶剂可包括任意种类的碳酸酯、羧酸酯。碳酸酯可包括环状碳酸酯或者链状碳酸酯。所述非水有机溶剂还可包括碳酸酯的卤代化合物。具体地,所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚丁酯、碳酸亚戊酯、氟代碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、γ-丁内酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、四氢呋喃中的一种或几种。

在锂离子电池中,所述隔离膜的种类没有具体的限制,可根据实际需求选择。

下面结合实施例,进一步阐述本申请。应理解,这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。在实施例中仅示出电化学储能装置为锂离子电池的情况,但本发明不限于此。

在下述实施例中,所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明,均可商购获得。

实施例1

(1)正极片的制备

正极浆料层按质量分数为100%计算,将正极活性材料lini0.6co0.2mn0.2o2、正极导电剂superp、粘结剂pvdf混合均匀,然后加入溶剂nmp进行分散,再将化合物4作为含有噻吩基的有机化合物添加到分散液中进一步混合分散,获得正极浆料,其中,正极浆料的固体含量为77wt%,lini0.6co0.2mn0.2o2、superp、pvdf、化合物4的质量比为96:2:1:1,之后将正极浆料均匀涂覆在厚度为12μm的正极集流体铝箔的表面,在80℃下鼓风干燥,得到正极浆料层,然后依次进行辊压、分条及切片,获得正极片。

(2)负极片的制备

将负极活性材料石墨、导电剂superp、增稠剂羧甲基纤维素钠(cmc)、粘结剂丁苯橡胶乳液(sbr)按照质量比96:1.5:0.5:2进行混合,加入至溶剂去离子水中,在真空搅拌机作用下获得负极浆料,其中负极浆料中固体含量为60wt%;将负极浆料均匀涂覆在厚度为8μm的负极集流体铜箔上并在85℃下烘干,然后经过冷压、切边、裁片、分条,最后在120℃的真空条件下烘干12h,得到负极片。

(3)电解液的制备

在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中,将ec、emc按照质量比为ec:emc=30:70进行混合,作为有机溶剂,接着将充分干燥的锂盐lipf6溶解于混合有机溶剂中,混合均匀后获得电解液。其中,lipf6的浓度为1mol/l。另外为更好地说明本发明的技术效果,对比例中采用了不同含量的噻吩类化合物作电解液添加剂。

(4)隔离膜的制备

以厚度为14μm的聚乙烯膜(pe)作为隔离膜。

(5)锂离子电池的制备

将正极片、隔离膜、负极片按顺序叠好,使隔离膜处于正、负极片之间起到隔离的作用,然后卷绕成方形的裸电芯,焊接极耳,将裸电芯装入包装箔铝塑膜中,然后在80℃下烘烤除水后,注入相应的电解液并封口,之后经过静置、热冷压、化成(0.02c恒流充电到3.3v,再以0.1c恒流充电到3.6v)、整形、容量测试等工序,获得成品软包装锂离子电池,其厚度为4.0mm、宽度为60mm、长度为140mm。

实施例2

锂离子电池的制备过程同实施例1,区别在于,

(1)正极片的制备

正极浆料在90℃下干燥,得到正极浆料层。

实施例3

锂离子电池的制备过程同实施例1,区别在于,

(1)正极片的制备

正极浆料在100℃下干燥,得到正极浆料层。

实施例4

锂离子电池的制备过程同实施例1,区别在于,

(1)正极片的制备

正极浆料在120℃下干燥,得到正极浆料层。

实施例5

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

正剂浆料中lini0.6co0.2mn0.2o2、superp、pvdf、化合物4的质量比为96.8:2:1:0.2。

实施例6

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

正剂浆料中lini0.6co0.2mn0.2o2、superp、pvdf、化合物4的质量比为96.5:2:1:0.5。

实施例7

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

正剂浆料中lini0.6co0.2mn0.2o2、superp、pvdf、化合物4的质量比为95.5:2:1:1.5。

实施例8

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

正剂浆料中lini0.6co0.2mn0.2o2、superp、pvdf、化合物4的质量比为95:2:1:2。

实施例9

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

将化合物2作为含有噻吩基的有机化合物。

实施例10

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

将化合物3作为含有噻吩基的有机化合物。

实施例11

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

将化合物6作为含有噻吩基的有机化合物。

实施例12

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

将化合物7作为含有噻吩基的有机化合物。

实施例13

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

将化合物8作为含有噻吩基的有机化合物。

实施例14

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

将化合物9作为含有噻吩基的有机化合物。

实施例15

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

将化合物11作为含有噻吩基的有机化合物。

实施例16

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

将化合物12作为含有噻吩基的有机化合物。

对比例1

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

正极浆料中不添加含有噻吩基的有机化合物。

正极浆料中lini0.6co0.2mn0.2o2、superp、pvdf的质量比为97:2:1。

对比例2

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

正极浆料中不添加含有噻吩基的有机化合物。

正极浆料中lini0.6co0.2mn0.2o2、superp、pvdf的质量为97:2:1。

(3)电解液的制备

将化合物4作为含有噻吩基的有机化合物添加到电解液中,其在电解液中的质量百分含量为0.5%。

对比例3

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

正极浆料中不添加含有噻吩基的有机化合物。

正极浆料中lini0.6co0.2mn0.2o2、superp、pvdf的质量为97:2:1。

(3)电解液的制备

将化合物4作为含有噻吩基的有机化合物添加到电解液中,其在电解液中的质量百分含量为1%。

对比例4

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

正极浆料中不添加含有噻吩基的有机化合物。

正极浆料中lini0.6co0.2mn0.2o2、superp、pvdf的质量为97:2:1。

(3)电解液的制备

将化合物4作为含有噻吩基的有机化合物添加到电解液中,其在电解液中的质量百分含量为5%。

对比例5

锂离子电池的制备过程同实施例2,区别在于,

(1)正极片的制备

正剂浆料中lini0.6co0.2mn0.2o2、superp、pvdf、化合物4的质量比为92:2:1:5。

表1实施例1-16和对比例1-5的参数设置

接下来说明锂离子电池的测试过程。

(1)锂离子电池的高温存储产气量测试

采用排水法测试锂离子电池的初始体积,记为v0,在25℃下,将锂离子电池满充后(以1c恒流充至电压为4.2v,然后以4.2v恒压充至电流为0.05c)放入85℃的恒温箱存储,第10天取出锂离子电池,测试其体积并记为v10。

锂离子电池85℃存储10天后的体积膨胀率(%)=(v10-v0)/v0×100%。

(2)锂离子电池的循环性能测试

在25℃下,将锂离子电池以1c恒流充至电压为4.2v,之后以4.2v恒压充至电流为0.05c,然后以1c恒流放电至电压为2.8v,以上为一次充放电循环,此次的放电容量为锂离子电池的首次放电容量。将锂离子电池按照上述条件进行100次充放电循环,并记录锂离子电池第100次循环后的放电容量。。

锂离子电池循环100次后的容量保持率(%)=(第100次循环的放电容量/首次循环的放电容量)×100%。

(3)锂离子电池的高温存储容量保持率测试

在25℃下,将锂离子电池的初始放电容量记为c0,然后将满充的锂离子电池(即以1c恒流充至电压4.2v,再以4.2v恒压充至电流为0.05c)在60℃环境中存储,存储满30天后取出,测试其放电容量并记为c30。

锂离子电池60℃存储30天后的容量保持率(%)=(c30/c0)×100%。

(4)锂离子电池的过充安全性能测试

在25℃下,将锂离子电池以1c恒流充至电压为4.2v,之后以4.2v恒压充至电流为0.05c,此时锂离子电池为100%soc,然后将锂离子电池以1c恒流充电至1.5u,记录所需要的时间为t(s),此时的soc状态既可表征锂离子电池的过充安全性能:锂离子电池到达1.5u时的soc(%)=t/3600×100%。

表2实施例1-16和对比例1-5的性能测试结果

从表1、表2的数据分析可知,在实施例1-16和对比例1中,将本申请的含有噻吩基的有机化合物作为添加剂加入到正极浆料中(实施例1~16),锂离子电池具有较好的循环性能、高温存储性能以及过充安全性能,同时具有较低的体积膨胀率。其原因在于,含有噻吩基的有机化合物易于发生电化学聚合反应,其生成的导电聚合物可以有效的包覆正极活性材料,对正极活性材料起到钝化的作用,可提高正极片的耐氧化性,同时还可以减小循环过程中电化学储能装置的正极界面阻抗,改善锂离子电池的循环性能以及高温存储性能。另外,包覆在正极活性材料上的导电聚合物还可以有效地降低正极界面在高温高压下的副反应产热,结合其自身高温电子阻抗激增的特性,可极大地改善锂离子电池的过充安全性能。此外,将含有噻吩基的有机化合物作为添加剂加入到正极浆料还可以避免将含有噻吩基的有机化合物作为电解液添加剂(对比例2-4)时,其在高温条件下在正负极同时发生电化学聚合反应,形成的导电聚合物从正、负极向隔离膜蔓延,最终附着在隔离膜上甚至刺穿隔离膜,导致锂离子电池出现内部自放电甚至是短路的风险,因此将含有噻吩基的有机化合物作为添加剂加入到正极浆料中可以进一步改善锂离子电池的过充安全性能。

从实施例2、实施例6、对比例5中分析可知,在正极浆料中,添加剂的含量不同,其对锂离子电池的电化学性能的改善效果有差异,添加剂含量过多时,锂离子电池的体积膨胀可以得到有效抑制,但过量添加剂会在正极过多成膜,从而一定程度上会阻碍锂离子的迁移,所以反倒恶化了锂离子电池循环容量保持率,若添加剂加入量过少,可以理解的是,其对锂离子电池性能的改善效果有限。

从实施例7-14中分析可知,不同种类的添加剂对锂离子电池的电化学性能的改善都具有类似的作用效果。但是由于添加剂分子不同,取代基大小和分子长度会影响其在正极片中的残留量,同时影响其在正极片中所形成导电聚合物的导电性,所以呈现出对于锂离子电池的改善效果略有差异。添加剂的挥发性及其在在电解液中的扩散难易,都会影响其对锂离子电池电化学性能的改善效果,但总体上讲,其对锂离子电池的循环性能、高温存储性能以及过充安全性能均有改善。

利用电感耦合-原子发射光谱(icp-oes)测试正极片中硫元素含量,计算后可得正极片中添加剂的剩余含量,结果如表3所示。

表3实施例1-4的添加剂含量测试结果

结合表3,从实施例1-4中分析可知,正极浆料的干燥温度对锂离子电池的电化学性能的改善有差异,干燥温度低,正极浆料的固化不充分,部分添加剂溶解于电解液中而一定程度恶化锂离子电池的性能,随着干燥温度升高,添加剂挥发造成添加剂损失,对锂离子电池动力学性能和安全性能的改善效果随之降低,综合对比,正极浆料的干燥温度优选为90℃。

根据上述说明书的揭示,本申请所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此,本申请并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式,对本申请的一些修改和变更也应当落入本申请的权利要求的保护范围内。

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