锂离子电池、终端设备的制作方法

文档序号:35500673发布日期:2023-09-20 11:03阅读:65来源:国知局

本技术属于锂离子电池,尤其涉及一种锂离子电池、终端设备。


背景技术:

1、随着电子产品、动力和储能市场的发展,人们对锂离子电池的续航和使用环境等要求不断提高,开发具有长寿命、宽温程的锂离子电池成为当务之急。而锂离子电池的性能,主要取决于正极材料、负极材料和电解液。其中,电解液中通常添加部分添加剂,用于改善电解液的电化学性能和提高阴极沉积质量。以正极材料为磷酸铁锂、负极材料为石墨的锂离子电池为例,电解液中的常用添加剂(如vc和/或fec)在化成或分容阶段形成sei膜覆盖在石墨负极表面形成sei膜,且添加剂在这个阶段基本消耗完。然而,石墨材料在电池循环过程中会产生约10%的体积膨胀,sei膜不断破裂,sei膜后续无法得到有效修复;加之由于添加剂基本消耗完,正极不能有效形成/修复保护膜(cei膜),影响电池体系长循环性能。


技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种锂离子电池,以及一种含有锂离子电池的终端设备,旨在解决现有的以石墨为负极的锂离子电池循环过程中石墨膨胀导致sei膜反复破裂,cei膜不能有效形成,影响电池循环性能的问题。

2、为实现上述申请目的,本技术采用的技术方案如下:

3、本技术第一方面提供一种锂离子电池,包括正极,负极,设置在所述正极和所述负极之间的隔膜,以及填充于所述正极和所述负极之间的电解液,所述正极包括正极活性材料,所述负极包括负极活性材料,所述电解液包括电解质盐、有机溶剂和添加剂,所述负极活性材料包括石墨;所述正极活性材料包括磷酸铁锂、钴酸锂、锂镍钴锰三元材料中的至少一种;所述添加剂包括锂盐添加剂和有机添加剂,所述锂盐添加剂的电化学分解电位高于所述有机添加剂的电化学分解电位;

4、将所述石墨的比表面积记为a,所述锂盐添加剂在所述电解液中的质量百分含量记为e,将e与a的比记为k,k=e/a,k的取值满足:0.04≤k≤3.5;

5、将所述磷酸铁锂材料的比表面积记为b,将e与b的比记为m,m=e/b,m的取值满足:0.005≤m≤0.35;

6、将所述钴酸锂材料的比表面积记为c,将e与c的比记为n,n=e/c,n的取值满足:0.1≤n≤20.0;

7、将所述锂镍钴锰三元材料的比表面积记为d,将e与d的比记为p,p=e/d,p的取值满足:0.1≤p≤15.0。

8、本技术提供的锂离子电池,在电解液中加入电化学分解电位高于有机添加剂的锂盐添加剂,锂盐添加剂与有机添加剂竞争,并优于有机添加剂结合在石墨的活性位点表面并发生反应,这样可以减少有机添加剂在石墨表面的分解,降低有机添加剂的消耗量和消耗速度;加之锂盐添加剂在电解液中的质量百分含量与石墨的比表面积之比k的取值在0.04(包含0.04)和3.5(包含3.5)之间,同时,e与特定正极活性材料的比表面积之间具有合适的比例,使得锂盐添加剂替代部分有机添加剂在石墨表面形成sei膜后,部分有机添加剂得以保留在电解液中。保留的有机添加剂一方面可以在电池循环过程中用于sei膜的修复,有效避免sei膜在循环过程中的不断破裂,从而减少石墨负极与电解液之间的接触,降低副反应发生概率;另一方面,保留的有机添加剂在正极表面形成有效的cei膜,抑制正极材料金属离子溶出。通过上述两重作用,可以提升锂离子电池的循环性能,改进锂离子电池的高低温存储性能。

9、本技术中,k的取值设定在0.04(包含0.04)和3.5(包含3.5)之间,同时,控制m、n、p的取值满足:0.005≤m≤0.35,1≤n≤20.0,0.1≤p≤15.0,是因为在这种情况下,电解液中的锂盐添加剂含量合适,能在竞争性替代有机添加剂参与成膜之后,使电解液中保留的有机添加剂,在锂离子电池循环过程中修复sei膜,并在正极表面形成有效的cei膜。

10、作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述锂盐添加剂选自双草酸硼酸锂(libob)、二氟草酸硼酸锂(lidfob)、二氟双草酸磷酸锂(lidfop)、二氟磷酸锂(lipo2f2)中的一种或多种。上述锂盐添加剂能够在锂离子电池化成或分容阶段竞争如碳酸亚乙烯酯和/或氟代碳酸酯的有机添加剂,钝化石墨表面,使部分有机添加剂在电解液中得以保留,在正极表面形成cei膜,并在电池循环过程中修复负极sei膜,最终有利于提高锂离子电池的循环性能。

11、作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述石墨的比表面积为0.7m2/g~2.5m2/g。石墨的比表面积在此范围内,石墨与电解液之间具有合适的接触面积,使得锂离子电池在首次充放电过程中能够在石墨负极表面形成sei膜,但由此造成的不可逆容量损失不至于过多,内阻不至于过高。

12、作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述石墨的比表面积为0.7m2/g~2.5m2/g,所述锂盐添加剂在所述电解液中的质量百分比为0.05%~3%。当石墨的比表面积为0.7m2/g~2.5m2/g时,锂盐添加剂在电解液中的质量百分比在上述范围内,锂盐添加剂可以以合适的比例竞争性地结合在石墨的活性位点表面,以替代部分有机添加剂形成sei膜,从而使锂离子电池在循环过程中,电解液中保留部分有机添加剂。不仅如此,在石墨的比表面积确定的情况下,锂盐添加剂在电解液中的质量百分比越高,锂盐添加剂阻碍有机添加剂分解的程度越高。当锂盐添加剂在电解液中的质量百分含量超过3%时,在锂离子电池化成或分容阶段会持续阻碍有机添加剂在石墨表面的分解,降低sei膜的质量;不仅如此,电解液中残留的有机添加剂的含量相对偏高,电解液中甚至还有一定量锂盐添加剂的残留,这都会增加电解液的粘度,并增加锂离子电池阻抗。

13、作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述有机添加剂包含碳酸亚乙烯酯(vc)、氟代碳酸酯(fec和/或dfec)中的至少一种。在这种情况下,碳酸亚乙烯酯和/或氟代碳酸酯中的一部分与锂盐添加剂竞争性结合在石墨的表面(锂盐添加剂在碳酸亚乙烯酯和/或氟代碳酸酯之前与石墨负极发生反应,钝化石墨负极表面),形成sei膜;剩余的部分碳酸亚乙烯酯和/或氟代碳酸酯保留在电解液中,部分用于在正极表面形成cei膜,剩余部分在锂离子电池循环过程中用于修复负极的sei膜,以改善sei膜的质量,最终达到提高锂离子电池的循环性能的目的。作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述氟代碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯(fec)和/或双氟代碳酸乙烯酯(dfec)。

14、作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述电解液中,将所述碳酸亚乙烯酯和所述氟代碳酸酯在所述电解液中的质量百分含量之和记为f,将f与a的比记为l,l=f/a,l的取值满足:0.5≤l≤18。在这种情况下,电解液中的碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸酯的含量之和维持在相对较高的水平,从而使得低电化学分解电位的碳酸亚乙烯酯和/或氟代碳酸酯能够与锂盐添加剂竞争,部分结合到石墨负极的表面并发生分解反应,参与形成负极sei膜;剩余的锂盐添加剂保留在电解液中。

15、作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述碳酸亚乙烯酯在所述电解液中的质量百分含量为1%~5%。

16、作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述氟代碳酸酯在所述电解液中的质量百分含量为0.1%~15%。

17、作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述碳酸亚乙烯酯在所述电解液中的质量百分含量为1%~5%,所述氟代碳酸酯在所述电解液中的质量百分含量为0.1%~15%。

18、在上述三种实施情形中,可以视锂盐添加剂的含量调节电解液中碳酸亚乙烯酯和/或氟代碳酸酯的添加量,使碳酸亚乙烯酯和/或氟代碳酸酯在参与sei成膜后,还能有部分剩余,用于在正极形成cei膜,并在电池循环过程中修复负极sei膜。此外,通过控制碳酸亚乙烯酯和/或氟代碳酸酯的最高含量如上述情形,可以降低碳酸亚乙烯酯和/或氟代碳酸酯对锂离子电池阻抗的影响。

19、锂离子电池中,正极活性材料的比表面积大小直接影响其活性物质的容量发挥,进而影响电池倍率和循环性能。正极活性材料的比表面积较大时,对应的锂离子电池的倍率特性较好,但正极活性材料更易与电解液发生反应,使得循环性能和存储性能变差。作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述磷酸铁锂的比表面积为5m2/g~25m2/g。作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述钴酸锂的比表面积为0.1m2/g~1.0m2/g。作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述锂镍钴锰的比表面积为0.1m2/g~1.0m2/g。

20、上述三种正极活性材料的比表面积在上述范围内,可以较好地均衡电池的倍率和循环性能。

21、作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述磷酸铁锂在充电电流为0.1c时的克容量≥140mah/g。

22、作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述钴酸锂在充电电流为0.1c时的克容量≥170mah/g。

23、作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述锂镍钴锰在充电电流为0.1c时的克容量≥180mah/g。

24、在上述三种实施情形中,正极活性材料的克容量较高,在此基础上通过电解液中残留的有机添加剂,改善电池循环过程中负极表面的sei膜的质量,并在正极表面形成cei膜,使锂离子电池在具有高克容量的同时,兼具较好的循环性能。

25、作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述石墨在充电电流为0.1c时的克容量≥340mah/g。此时,锂离子电池负极材料具有较高的克容量,有利于提高锂离子电池的电化学性能。

26、作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述石墨的石墨化度为80%~100%。在这种情况下,石墨负极具有较高的石墨化度,有利于提高材料电子导电性,从而提高所得锂离子电池的可逆容量和倍率性能。

27、作为本技术锂离子电池一种可能的实施情形,所述石墨在充电电流为0.1c时的克容量≥340mah/g;且所述石墨的石墨化度为80%~100%。

28、本技术第二方面提供一种终端设备,包括壳体和收容于所述壳体内的电子元器件和电池,所述电池为本技术第一方面提供的所述的锂离子电池,且所述锂离子电池用于为所述电子元器件供电。

29、作为本技术终端设备的一种可能的实施情形,所述终端设备为电脑、手机、平板、穿戴产品、电动车。

当前第1页1 2 
网友询问留言 留言:0条
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!