一种含添加剂的锂离子电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于裡离子电池，尤其设及含添加剂的裡离子电池。
【背景技术】
[0002] 添加剂作为在化学电源中使用的少量非储能材料，可W显著地提升电池的某些性 能。纵观化学电源的发展历程，任何电源系统技术走向成熟多多少少都要使用添加剂。电 源添加剂具有针对性强、用量和副作用小等特点，能在不提高或基本不提高生产成本、不改 变原有材料体系结构、不变动生产工艺的情况下，显著改善电池的某些宏观性能，包括电池 容量、正负极匹配性能、倍率充放电性能、高低溫性能、循环性能或安全性能等。随着裡离子 电池技术的持续进步，特别是将裡离子电池作为电动汽车的主动力源即将其作为动力电池 W后，裡离子电池的一些关键技术亟待解决，添加剂在裡离子电池中的应用已势在必行，并 已经在不同方面取得了进展，相关研究也因而日益活跃。自从C〇2首次被用作裡离子电池 电解液的添加剂开始，人们对添加剂的选择、使用和优化已经做了大量的探索和尝试，电解 液添加剂的选择逐渐成为近年来裡离子电池研发中的一个热点，添加剂的种类和数量也因 而得到了迅速的发展。
[0003] 从添加剂的物质种类上看，裡离子电池电解液的添加剂包括有机添加剂和无机添 加剂。有机添加剂具有与裡离子电池电解液互溶性好、优化效果佳和使用方便等优点，引起 了人们足够的重视并得到了迅速的发展。相比之下，无机添加剂的选择面临着较大的局限 性。从室溫存在形式上看，添加剂分为气体添加剂、液体添加剂和固体添加剂。气体添加剂 的使用使电池内压升高，对电池的安全性不利，一般较少使用，而与电解液有较好互溶性的 液体或固体添加剂引起了人们更大的兴趣和更多的关注。从添加剂的作用机制上看，添加 剂可W分为成膜添加剂、耐过充添加剂、导电添加剂、阻燃添加剂或多功能添加剂。从添加 剂的作用领域来讲，当前裡离子电池添加剂主要作用于电池阳极，W改善阳极和电解液的 界面反应，促使固体电解质表面膜（SEI膜）的形成和稳定。
[0004] 事实上，电池的综合性能除了和阳极的界面状况有关，还与阴极的界面状况及阴 极物质的存在状况有关。研究也发现，裡离子电池阴极表面也可形成电解质表面膜（CEI 膜)，且CEI膜的致密程度对电池的性能亦有较大影响。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提高一种含添加剂的裡离子电池，W改善电池阴极界面及阴极 物质存在状况，从而提高裡离子电池电化学及安全等综合性能。为此，本发明采用W下技术 方案： 一种含添加剂的裡离子电池，其特征在于它具有机添加剂，所述添加剂主要作用于裡 离子阴极或阴极过程；所述有机添加剂是N，N-幾基二咪挫（CDI)或N，N-幾基二咪挫的衍 生物，或者为N，N-幾基二咪挫（CDI)和N，N-幾基二咪挫的衍生物中的至少两种。
[0006] 进一步地，所述主要作用于裡离子阴极或阴极过程是将所述添加剂溶解在裡离子 电池电解液溶剂中，再混溶于裡离子电池电解液中，或和裡离子电池电解液分别添加到裡 离子电池中。
[0007] 进一步地，所述主要作用于裡离子阴极或阴极过程是将所述添加剂溶解在裡离子 电池阴极制备过程中的溶剂里，然后随阴极物质均匀分布在电池阴极中。
[0008] 进一步地，所述主要作用于裡离子阴极或阴极过程是将N，N-幾基二咪挫（CDI)或 N，N-幾基二咪挫的衍生物含在裡离子电池的阴极中或电解液中。
[0009] 进一步地，所述裡离子电池电解液溶剂可W溶解所述添加剂，选自碳酸二甲醋 (DMC)、碳酸二乙醋（DEC)、碳酸甲乙醋（EMC)、碳酸丙締醋（PC)、碳酸乙締醋（EC)、丫-下 内醋（GBL)、四氨巧喃（THF)、乙酸甲醋（M)、甲酸甲醋（MF)、乙酸丙醋（MP)、二甲基亚讽 (DMSO)、环下讽（Sul化lane)中的一种或几种。
[0010] 进一步地，所述裡离子电池阴极制备过程中的溶剂可W溶解所述添加剂，选自 N-甲基化咯烧酬（NMP)、N-乙締基化咯烧酬（肥P)、N，N-二甲基甲酯胺（DMF)、N，N-二甲基 乙酷胺（DMAc)、二甲基亚讽（DMS0)、丙酬中的一种或几种。
[0011] 进一步地，所述的N，N-幾基二咪挫或N，N-幾基二咪挫的衍生物，其纯度不低于 98%，水分含量不高于20化pm，优选的其纯度不低于99%，水分含量不高于50ppm。
[0012] 进一步地，所述的添加剂，其添加量为所加注裡离子电池或电池阴极物质的 0. 01%-5%，优选的其添加量为所加注裡离子电池电解液或电池阴极物质的0. 5%-3%。
[0013] 本发明中，所有百分比均为质量百分比。
[0014]N，N-幾基二咪挫的结构为：
N，N-幾基二咪挫（CDI)或N，N-幾基二咪挫的衍生物主要作用于电池阴极或阴极过程， 除了可W与电解液互溶使用W外，还可W溶于阴极过程溶剂使用，W改善电池阴极界面及 阴极物质存在状况，从而提高裡离子电池电化学及安全等综合性能。
[0015]N，N-幾基二咪挫的衍生物可W是但不局限于其季锭化形成的N，N-幾基二咪挫季 锭盐（CDI季锭盐)。
[0016] 在采用本发明的添加剂中，可W只添加一种，也可W添加数种，运同样能够产生本 发明的技术效果。本发明的添加剂也可和N，N-幾基二咪挫（CDI)或N，N-幾基二咪挫的衍 生物之外的其它添加剂混合使用，运同样能够产生本发明的技术效果。
[0017] 由于采用本发明的技术方案，可W显著提升裡离子电池的倍率、低溫、循环、高溫 荷电保持等电性能，亦可提高裡离子电池耐过充电、针刺等安全性能。
【具体实施方式】 阳〇1引实施例1 将纯度为99%的N，N-幾基二咪挫（CDI)溶解于DEC中制成浓度为10%的N，N-幾基二 咪挫（CDI)溶液，然后按0. 5%的添加量将N，N-幾基二咪挫（CDI)溶液加注到裡离子电池基 准电解液中配成N，N-幾基二咪挫（CDI)电解液。
[0019]将阴极片、隔膜、阳极片叠片成软包电池，其中阴极活性物质为儀钻儘酸裡，阳极 活性物质为人造石墨，基准电解液是将LiPFe(I.Omol/L)溶解于重量比为I:I:I的EC、DEC和EMC的混合溶剂中。电池尺寸为8. 0mmX65mmX135mm，设计容量l/3C=7000mAh。按正常 工艺向软包电池加注N，N-幾基二咪挫（CDI)电解液。
[0020] 实施例2 将纯度为98%的N，N-幾基二咪挫（CDI)溶解于阴极过程溶剂N-甲基化咯烧酬（NMP) 中，添加量为阴极物质的3%，然后将阴极粘合剂聚偏氣乙締（PVDF)溶解于其中制成阴极胶 体，而后将导电剂、阴极活性物质儀钻儘酸裡分散于阴极胶体中，经涂布、干燥制成阴极片， N，N-幾基二咪挫（CDI)均匀分布于阴极中。
[OOW 将带N，N-幾基二咪挫（CDI)的阴极片、隔膜、阳极片叠片成软包裡离子电池，阳极 片、电池制作过程均同实施例1，电池加注实施例1的基准电解液。 阳0巧实施例3 实施过程完全同实施例1，不同之处是将N，N-幾基二咪挫（CDI)换成其衍生物N，N-幾 基二咪挫季锭盐（CDI季锭盐)，纯度为98%，且CDI季锭盐的添加量为3%。 阳02引 实施例4 实施过程完全同实施例2,不同之处是将N，N-幾基二咪挫（CDI)换成其衍生物N，N-幾 基二咪挫季锭盐（CDI季锭盐)，纯度为98%，且CDI季锭盐的添加量为阴极物质量的0. 5%。 [0024]比较例1 裡离子电池制备方法同实施例1，不同之处是电池任何过程均不添加N，N-幾基二咪挫 (CDI)添加剂。 阳0巧]比较例2 裡离子电池制备方法同实施例1，不同之处是电池任何过程均不添加N，N-幾基二咪挫 (CDI)添加剂，且加注的电解液为商品化电解液，商品化电解液由实施例1的基准电解液及 碳酸亚乙締醋（VC)、氣化碳酸乙締醋（阳C)、硫酸亚乙締醋（PS)等添加剂组成。
[00%] W下为上述实施例和比较例的性能对照表。
[0027] 电池电性能和安全性能测试 每测试项目电池数量不少于两只，测试方法依照QC/T743-2006《电动汽车用裡离子电 池》标准执行，电性能及安全测试结果如表1示，显示数据为算术平均值。
[002引表1电性能及安全性能测试结果
【主权项】
1. 一种含添加剂的锂离子电池，其特征在于它具有机添加剂，所述添加剂主要作用于 锂离子阴极或阴极过程；所述有机添加剂是N，N-羰基二咪唑（⑶I)或N，N-羰基二咪唑的 衍生物，或者为N，N-羰基二咪唑（⑶I)和N，N-羰基二咪唑的衍生物中的至少两种。2. 如权利要求1所述的一种含添加剂的锂离子电池，其特征在于所述主要作用于锂离 子阴极或阴极过程是将所述的添加剂溶解在锂离子电池电解液溶剂中，再混溶于锂离子电 池电解液中，或和锂离子电池电解液分别添加到锂离子电池中。3. 如权利要求1所述的一种含添加剂的锂离子电池，其特征在于所述主要作用于锂离 子阴极或阴极过程是将所述的添加剂溶解在锂离子电池阴极制备过程中的溶剂里，然后随 阴极物质均匀分布在电池阴极中。4. 如权利要求1所述的一种含添加剂的锂离子电池，其特征在于所述主要作用于锂离 子阴极或阴极过程是将所述的添加剂含在锂离子电池的阴极中或电解液中。5. 如权利要求2所述的一种含添加剂的锂离子电池，其特征在于所述锂离子电池 电解液溶剂可以溶解所述添加剂，选自碳酸二甲酯（DMC)、碳酸二乙酯（DEC)、碳酸甲乙酯 (EMC)、碳酸丙烯酯（PC)、碳酸乙烯酯（EC)、γ-丁内酯（GBL)、四氢呋喃（THF)、乙酸甲酯 (ΜΑ)、甲酸甲酯（MF)、乙酸丙酯（ΜΡ)、二甲基亚砜（DMSO)、环丁砜（Sulfolane)中的一种或 几种。6. 如权利要求3所述的一种含添加剂的锂离子电池，其特征在于所述锂离子电池阴极 制备过程中的溶剂可以溶解所述添加剂，选自N-甲基吡咯烷酮（NMP)、N-乙烯基吡咯烷酮 (陬？）、乂1二甲基甲酰胺（01^)、11二甲基乙酰胺（0嫩(：）、二甲基亚砜（0130)、丙酮中的 一种或几种。7. 如权利要求1所述的一种含添加剂的锂离子电池，其特征在于所述的N，N-羰基二咪 唑或N，N-羰基二咪唑的衍生物，其纯度不低于98%，水分含量不高于200ppm，优选的其纯度 不低于99%，水分含量不高于50ppm。8. 如权利要求1所述的一种含添加剂的锂离子电池，其特征在于所述添加剂，其添加 量为所加注锂离子电池或电池阴极物质的〇. 〇1%_5%，优选的其添加量为所加注锂离子电池 电解液或电池阴极物质的〇. 5%-3%。
【专利摘要】本发明提供了一种含添加剂的锂离子电池，其特征在于它具有机添加剂，所述添加剂主要作用于锂离子阴极或阴极过程；所述有机添加剂是N,N-羰基二咪唑（CDI）或N,N-羰基二咪唑的衍生物，或者为N,N-羰基二咪唑（CDI）和N,N-羰基二咪唑的衍生物中的至少两种。添加量为电池所加注电解液或阴极物质的0.01%-5%，其使用方法是将N,N-羰基二咪唑或N,N-羰基二咪唑的衍生物溶解在锂离子电池电解液溶剂中，再混溶于锂离子电池电解液中或和锂离子电池电解液分别添加，或将N,N-羰基二咪唑或N,N-羰基二咪唑的衍生物溶解在锂离子电池阴极过程的溶剂里，然后随阴极物质均匀分布在电池阴极中。本发明添加剂能显著提升锂离子电池电性能和安全性能。
【IPC分类】H01M10/0567, H01M10/0525
【公开号】CN105428703
【申请号】CN201511015425
【发明人】刘月学, 江依义, 王盈来, 周雷军, 郭锋, 李小平
【申请人】浙江南都电源动力股份有限公司, 杭州南都动力科技有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月30日