CN105428703A - 一种含添加剂的锂离子电池 - Google Patents

一种含添加剂的锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN105428703A
CN105428703A CN201511015425.0A CN201511015425A CN105428703A CN 105428703 A CN105428703 A CN 105428703A CN 201511015425 A CN201511015425 A CN 201511015425A CN 105428703 A CN105428703 A CN 105428703A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ion battery
lithium ion
additive
lithium
cathode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201511015425.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105428703B (zh
Inventor
刘月学
江依义
王盈来
周雷军
郭锋
李小平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Narada Power Source Co Ltd
Hangzhou Nandu Power Technology Co Ltd
Original Assignee
Zhejiang Narada Power Source Co Ltd
Hangzhou Nandu Power Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Narada Power Source Co Ltd, Hangzhou Nandu Power Technology Co Ltd filed Critical Zhejiang Narada Power Source Co Ltd
Priority to CN201511015425.0A priority Critical patent/CN105428703B/zh
Publication of CN105428703A publication Critical patent/CN105428703A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105428703B publication Critical patent/CN105428703B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

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。

Description

一种含添加剂的锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种用于锂离子电池，尤其涉及含添加剂的锂离子电池。
背景技术
添加剂作为在化学电源中使用的少量非储能材料，可以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、高低温性能、循环性能或安全性能等。随着锂离子电池技术的持续进步，特别是将锂离子电池作为电动汽车的主动力源即将其作为动力电池以后，锂离子电池的一些关键技术亟待解决，添加剂在锂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CO2首次被用作锂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锂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。
从添加剂的物质种类上看，锂离子电池电解液的添加剂包括有机添加剂和无机添加剂。有机添加剂具有与锂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。从室温存在形式上看，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，添加剂可以分为成膜添加剂、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，当前锂离子电池添加剂主要作用于电池阳极，以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。
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，锂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
本发明的目的在于提高一种含添加剂的锂离子电池，以改善电池阴极界面及阴极物质存在状况，从而提高锂离子电池电化学及安全等综合性能。为此，本发明采用以下技术方案：
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。
进一步地，所述主要作用于锂离子阴极或阴极过程是将所述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。
进一步地，所述主要作用于锂离子阴极或阴极过程是将所述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。
进一步地，所述主要作用于锂离子阴极或阴极过程是将N,N-羰基二咪唑（CDI）或N,N-羰基二咪唑的衍生物含在锂离子电池的阴极中或电解液中。
进一步地，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（MA）、甲酸甲酯（MF）、乙酸丙酯（MP）、二甲基亚砜（DMSO）、环丁砜（Sulfolane）中的一种或几种。
进一步地，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（NEP）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、二甲基亚砜（DMSO）、丙酮中的一种或几种。
进一步地，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。
进一步地，所述的添加剂，其添加量为所加注锂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锂离子电池电解液或电池阴极物质的0.5%-3%。
本发明中，所有百分比均为质量百分比。
N,N-羰基二咪唑的结构为：
N,N-羰基二咪唑（CDI）或N,N-羰基二咪唑的衍生物主要作用于电池阴极或阴极过程，除了可以与电解液互溶使用以外，还可以溶于阴极过程溶剂使用，以改善电池阴极界面及阴极物质存在状况，从而提高锂离子电池电化学及安全等综合性能。
N,N-羰基二咪唑的衍生物可以是但不局限于其季铵化形成的N,N-羰基二咪唑季铵盐（CDI季铵盐）。
在采用本发明的添加剂中，可以只添加一种，也可以添加数种，这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-羰基二咪唑（CDI）或N,N-羰基二咪唑的衍生物之外的其它添加剂混合使用，这同样能够产生本发明的技术效果。
由于采用本发明的技术方案，可以显著提升锂离子电池的倍率、低温、循环、高温荷电保持等电性能，亦可提高锂离子电池耐过充电、针刺等安全性能。
具体实施方式
实施例1
将纯度为99%的N,N-羰基二咪唑（CDI）溶解于DEC中制成浓度为10%的N,N-羰基二咪唑（CDI）溶液，然后按0.5%的添加量将N,N-羰基二咪唑（CDI）溶液加注到锂离子电池基准电解液中配成N,N-羰基二咪唑(CDI)电解液。
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镍钴锰酸锂，阳极活性物质为人造石墨，基准电解液是将LiPF6（1.0mol/L）溶解于重量比为1:1:1的EC、DEC和EMC的混合溶剂中。电池尺寸为8.0mm×65mm×135mm，设计容量1/3C=7000mAh。按正常工艺向软包电池加注N,N-羰基二咪唑（CDI）电解液。
实施例2
将纯度为98%的N,N-羰基二咪唑（CDI）溶解于阴极过程溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）中，添加量为阴极物质的3%，然后将阴极粘合剂聚偏氟乙烯（PVDF）溶解于其中制成阴极胶体，而后将导电剂、阴极活性物质镍钴锰酸锂分散于阴极胶体中，经涂布、干燥制成阴极片，N,N-羰基二咪唑（CDI）均匀分布于阴极中。
将带N,N-羰基二咪唑（CDI）的阴极片、隔膜、阳极片叠片成软包锂离子电池，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。
实施例3
实施过程完全同实施例1，不同之处是将N,N-羰基二咪唑（CDI）换成其衍生物N,N-羰基二咪唑季铵盐（CDI季铵盐），纯度为98%，且CDI季铵盐的添加量为3%。
实施例4
实施过程完全同实施例2，不同之处是将N,N-羰基二咪唑（CDI）换成其衍生物N,N-羰基二咪唑季铵盐（CDI季铵盐），纯度为98%，且CDI季铵盐的添加量为阴极物质量的0.5%。
比较例1
锂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-羰基二咪唑（CDI）添加剂。
比较例2
锂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-羰基二咪唑（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烯酯（VC）、氟化碳酸乙烯酯（FEC）、硫酸亚乙烯酯（PS）等添加剂组成。
以下为上述实施例和比较例的性能对照表。
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《电动汽车用锂离子电池》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。
表1电性能及安全性能测试结果

Claims (8)

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（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。
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（MA）、甲酸甲酯（MF）、乙酸丙酯（MP）、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（NEP）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、二甲基亚砜（DMSO）、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0.01%-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0.5%-3%。
CN201511015425.0A 2015-12-30 2015-12-30 一种含添加剂的锂离子电池 Active CN105428703B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511015425.0A CN105428703B (zh) 2015-12-30 2015-12-30 一种含添加剂的锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511015425.0A CN105428703B (zh) 2015-12-30 2015-12-30 一种含添加剂的锂离子电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105428703A true CN105428703A (zh) 2016-03-23
CN105428703B CN105428703B (zh) 2019-05-28

Family

ID=55506743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201511015425.0A Active CN105428703B (zh) 2015-12-30 2015-12-30 一种含添加剂的锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105428703B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107845831A (zh) * 2016-09-20 2018-03-27 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于锂硫电池的电解液
CN109065832A (zh) * 2018-06-25 2018-12-21 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） 一种在二次锂电池金属负极表面生长保护层的方法
WO2020192927A1 (en) 2019-03-28 2020-10-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Lithium battery and use of a urea-based additive as an electrolyte additive contained therein
CN114641883A (zh) * 2020-02-21 2022-06-17 株式会社Lg新能源 锂二次电池用非水性电解液和包含它的锂二次电池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009252645A (ja) * 2008-04-09 2009-10-29 Sony Corp 非水電解質二次電池および非水電解質組成物
US20120060360A1 (en) * 2010-04-09 2012-03-15 Jiansheng Liu Polymer electrolyte for lithium battery and method for preparing lithium battery using same
CN104868162A (zh) * 2015-06-02 2015-08-26 哈尔滨工业大学 一种改善高压正极材料正极表面膜的电解液

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009252645A (ja) * 2008-04-09 2009-10-29 Sony Corp 非水電解質二次電池および非水電解質組成物
US20120060360A1 (en) * 2010-04-09 2012-03-15 Jiansheng Liu Polymer electrolyte for lithium battery and method for preparing lithium battery using same
CN104868162A (zh) * 2015-06-02 2015-08-26 哈尔滨工业大学 一种改善高压正极材料正极表面膜的电解液

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107845831A (zh) * 2016-09-20 2018-03-27 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于锂硫电池的电解液
CN107845831B (zh) * 2016-09-20 2019-07-05 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于锂硫电池的电解液
CN109065832A (zh) * 2018-06-25 2018-12-21 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） 一种在二次锂电池金属负极表面生长保护层的方法
CN109065832B (zh) * 2018-06-25 2021-07-09 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种在二次锂电池金属负极表面生长保护层的方法
WO2020192927A1 (en) 2019-03-28 2020-10-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Lithium battery and use of a urea-based additive as an electrolyte additive contained therein
KR20220007851A (ko) 2019-03-28 2022-01-19 바이에리쉐 모토렌 베르케 악티엔게젤샤프트 리튬 배터리 및 이에 함유되는 우레아 기반 전해질 첨가제의 전해질 첨가제로서의 용도
CN114026729A (zh) * 2019-03-28 2022-02-08 宝马股份公司 锂电池和基于脲的添加剂作为其中的电解质添加剂的用途
JP2022526116A (ja) * 2019-03-28 2022-05-23 バイエリッシェ モトーレン ヴェルケ アクチエンゲゼルシャフト リチウム電池およびその電解質添加剤としての尿素系電解質添加剤の使用
JP7331123B2 (ja) 2019-03-28 2023-08-22 バイエリッシェ モトーレン ヴェルケ アクチエンゲゼルシャフト リチウム電池およびその電解質添加剤としての尿素系電解質添加剤の使用
CN114026729B (zh) * 2019-03-28 2024-02-13 宝马股份公司 锂电池和基于脲的添加剂作为其中的电解质添加剂的用途
CN114641883A (zh) * 2020-02-21 2022-06-17 株式会社Lg新能源 锂二次电池用非水性电解液和包含它的锂二次电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN105428703B (zh) 2019-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yao et al. Solid polymer electrolyte with in-situ generated fast Li+ conducting network enable high voltage and dendrite-free lithium metal battery
Dai et al. Capacity fade model for spinel LiMn2O4 electrode
CN102738442B (zh) 一种高能量密度充放电锂电池
CN103094611B (zh) 一种制备离子液体凝胶电解质的方法
CN103151560B (zh) 锂离子电池电解液及其添加剂
CN104466247B (zh) 一种非水电解液及应用该电解液的锂离子电池
CN102496737A (zh) 一种锂离子电池电解液及其制备的锂离子电池
CN104051786A (zh) 一种电解液及其制备方法以及一种高电压锂离子电池
CN103825047A (zh) 一种用于锂离子电池的电解液
CN103779607A (zh) 一种电解液和锂离子二次电池
ES2946916T3 (es) Mezcla de sales de litio y sus usos como electrolito de batería
CN104466248A (zh) 一种电解液及使用该电解液的锂离子电池
Deng et al. A Low‐Concentration Electrolyte for High‐Voltage Lithium‐Metal Batteries: Fluorinated Solvation Shell and Low Salt Concentration Effect
CN107887645A (zh) 一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池
CN103545551B (zh) 一种适用于钛酸锂电池的电解液
CN105428703B (zh) 一种含添加剂的锂离子电池
CN105789611A (zh) 一种兼顾电池高低温循环性能的电解液及锂离子电池
CN103928707A (zh) 一种高电压锂离子电池功能电解液及制备方法与应用
CN105789685A (zh) 锂离子电池及其电解液
CN103413968A (zh) 一种锂电池电解液及含有该电解液的锂电池
CN105428086A (zh) 锂离子超级电容器电解液
CN106450462B (zh) 高电压宽温锂离子电池电解液
CN103066322A (zh) 一种锂离子电池复合电解质、锂离子电池
CN108054376A (zh) 硒基复合材料用作正极活性材料在钡离子电池中的应用、钡离子电池及其制备方法
CN102340006A (zh) 一种改善动力锂离子电池在不同低温环境下低温性能的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant