CN111092267B - 一种循环性能好的锂离子电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种循环性能好的锂离子电池,包括正极、负极、隔膜和外壳;正极、负极和隔膜卷绕或者折叠成电芯,电芯密封设置在外壳内;电芯上浸渍有电解液,电解液的溶剂为碳酸脂类有机化合物;隔膜由环状碳酸酯基团进行表面修饰;环状碳酸酯基团引入在甲基丙烯酸酯类化合物的聚合上。本发明中,由于在隔膜上酯接有与液体电解液相似的五元环基团,能够与液体电解液更好地相容,吸收更多的液体电解液,使得隔膜的浸润电解液的速度提高,并且吸收电解液的量也有很大的提升,能够提高锂离子电池的循环新能。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池,尤其涉及一种循环性能好的锂离子电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池因具有功率大、能量密度高、循环寿命长、自放电容量低等优异性能而在移动电子设备及电动汽车等领域得到广泛应用。
目前对于锂离子电池的改进主要是集中在电解液、正极活性材料和负极材料上,对隔膜的关注远没有上面三种关注的多,实际上随着锂离子电池性能要求的提高对隔膜材料提出了越来越高的要求。锂离子电池中隔膜的主要作用是物理分隔开正负极以防止电池短路,并提供锂离子传输通道以确保锂离子能通过隔膜在电极之间来回穿梭。目前,商业化锂离子电池的隔膜材料主要是烯烃类聚合物,如聚乙烯( PE) 和聚丙烯( PP)。聚烯烃隔膜具有成本低、孔结构适宜、机械性能及热闭孔性能良好等优点,然而其热稳定性较差,对液体电解液的浸润性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种通过枝接的方式在隔膜上引入环状碳酸酯基团的循环性能好的锂离子电池及其制备方法。环状碳酸酯基团具有与电解液中溶剂成分例如碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙烯酯相似的五元环基团,使得隔膜的浸润电解液的速度提高,并且吸收电解液的量也有很大的提升,能够提高锂离子电池的循环新能。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:一种循环性能好的锂离子电池,包括正极、负极、隔膜和外壳;所述正极、负极和隔膜卷绕或者折叠成电芯,所述电芯密封设置在外壳内;所述电芯上浸渍有电解液,所述电解液的溶剂为碳酸脂类有机化合物;所述隔膜由环状碳酸酯基团进行表面修饰;所述环状碳酸酯基团引入在甲基丙烯酸酯类化合物的聚合上。
上述的循环性能好的锂离子电池,优选的,所述甲基丙烯酸酯类化合物包括甲基丙烯酸甲酯或者甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乙酯的混合物。
上述的循环性能好的锂离子电池,优选的,所述隔膜为PE隔膜或者PP隔膜。
上述的循环性能好的锂离子电池,优选的,所述电解液的溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙烯酯中的一种或者多种。
上述的循环性能好的锂离子电池,优选的,所述正极包括正极集流体和正极活性材料,所述正极活性材料附着在正极集流体上。
一种循环性能好的锂离子电池的制备方法,包括以下步骤,
1)隔膜的修饰;
2)将正极、负极和步骤1)的隔膜卷绕或者折叠成电芯,并且装入到外壳内;
3)向外壳内注入电解液;
4)封装。
上述的循环性能好的锂离子电池的制备方法,优选的,所述步骤1)中甲基丙烯酸酯类聚合物为聚2,3-环碳酸甘油酯甲基丙烯酸酯。
上述的循环性能好的锂离子电池的制备方法,优选的,所述电解液包括溶剂、溶质和添加剂,所述溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙烯酯中的一种或者多种。
上述的循环性能好的锂离子电池的制备方法,优选的,所述溶质包括六氟碳酸锂、六氟磷酸锂、二氟碳酸锂、氟硼酸锂、二草酸硼酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种或者多种。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明中,由于在隔膜上酯接有与液体电解液相似的五元环基团,能够与液体电解液更好地相容,吸收更多的液体电解液,使得隔膜的浸润电解液的速度提高,并且吸收电解液的量也有很大的提升,能够提高锂离子电池的循环新能。
附图说明
图1为实施例1和对比例1的电池的倍率性能图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述,但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是,当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时,它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上,也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义,下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的,并不是旨在限制本发明的保护范围。
一种循环性能好的锂离子电池,包括正极、负极、隔膜和外壳;所述正极、负极和隔膜卷绕或者折叠成电芯,所述电芯密封设置在外壳内;所述电芯上浸渍有电解液,所述电解液的溶剂为碳酸脂类有机化合物;所述隔膜由环状碳酸酯基团进行表面修饰;所述环状碳酸酯基团引入在甲基丙烯酸酯类化合物的聚合物上。在本发明中,经过甲基丙烯酸酯类化合物的聚合物修饰,由于在聚合物的侧链上存在与液体电解液相似的五元结构(环状碳酸酯基团)就具有与液体电解液相似的五元环结构;可以与电解液更好地相容,另外由于聚合物在隔膜上形成了三维网状结构,这就能够提升隔膜对电解液的浸润和对电解液的吸液率。
在本发明中,甲基丙烯酸酯类化合物包括甲基丙烯酸甲酯或者甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乙酯的混合物。在甲基丙烯酸甲酯掺杂部分的甲基丙烯酸乙酯主要是提升聚合物的韧性。
在本发明中,所述隔膜为PE隔膜或者PP隔膜。
本发明中,所述电解液的溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙烯酯中的一种或者多种。选择这些常规的电解液溶剂主要是与聚合物具有很高的相容性
本发明中,所述正极包括正极集流体和正极活性材料,所述正极活性材料附着在正极集流体上。
一种循环性能好的锂离子电池的制备方法,包括以下步骤,
1)隔膜的修饰;
2)将正极、负极和步骤1)的隔膜卷绕或者折叠成电芯,并且装入到外壳内;
3)向外壳内注入电解液;
4)封装。
本发明中,所述步骤1)中甲基丙烯酸酯类聚合物为聚2,3-环碳酸甘油酯甲基丙烯酸酯。
本发明中,所述电解液包括溶剂、溶质和添加剂,所述溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙烯酯中的一种或者多种。
本发明中,所述溶质包括六氟碳酸锂、六氟磷酸锂、二氟碳酸锂、氟硼酸锂、二草酸硼酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种或者多种。
实施例1
一种循环性能好的锂离子电池,包括正极、负极、隔膜和外壳;正极、负极和隔膜卷绕或者折叠成电芯,电芯密封设置在外壳内;电芯上浸渍有电解液,电解液的溶剂为碳酸脂类有机化合物;隔膜由环状碳酸酯基团进行表面修饰;环状碳酸酯基团引入在甲基丙烯酸酯类化合物的聚合上。在本实施例中采用的是聚2,3-环碳酸甘油酯甲基丙烯酸酯。
在本实施例中,隔膜为PE隔膜,电解液的溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯的混合物,碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯的体积比为1:1:1;溶质采用的是六氟磷酸锂。
本实施例的锂离子电池的制备方法包括以下步骤:1)隔膜的修饰;
2)将正极、负极和步骤1)的隔膜卷绕或者折叠成电芯,并且装入到外壳内;
3)向外壳内注入电解液;
4)封装。
对比例1
对比例1与实施例1的区别是对比例1中的隔膜就是PE隔膜,没有用聚2,3-环碳酸甘油酯甲基丙烯酸酯进行修饰。对比例的其他部分与实施例1都一样。
在实施例1中经过修饰的隔膜,在30秒内就被电解液完全浸润,而在对比例1中,隔膜要在1.5小时以上才被浸润。由此可以看出实施例1对电解液的浸润性远远优于对比例1,能够极大的缩短电芯的组装时间,同时隔膜保持电解液的能力也极大的得到提高。
实施例1完全浸润电解液后,其重量是自身重量的4.5倍,而对比例1仅仅是其自身重量的1.8倍。隔膜能够大量的吸附电解液有利于与电极的良好接触,从而提高锂离子电池的性能。
实施例1的放电比容量为371mA·h /g,对比例1的放电比容量为为327 mA·h /g,实施例1比对比例1提高了13.5%。这是因为实施例1中的隔膜吸附了大量的电解液,改善了隔膜与电极的界面,降低了电池的内阻,从而使电池具有更高的放电比容量。
如图1所示,随着电池的充放电倍率的增加,电池的放电比容量均呈现下降的趋势,在低倍率的情况下,两种电池差别不大,而在较高倍率的情况下,实施例1的电池表现出更高的放电比容量,性能更好,当倍率降低到0.2C时,电池的放电比容量均回升,但是实施例1的放电比容量更高,可见实施例1具有优异的循环性能、库伦效率和倍率性能。
Claims (7)
1.一种循环性能好的锂离子电池,其特征在于:包括正极、负极、隔膜和外壳;所述正极、负极和隔膜卷绕或者折叠成电芯,所述电芯密封设置在外壳内;所述电芯上浸渍有电解液,所述电解液的溶剂为碳酸脂类有机化合物;所述隔膜由环状碳酸酯基团进行表面修饰;所述环状碳酸酯基团引入在甲基丙烯酸酯类化合物的聚合上;甲基丙烯酸酯类聚合物为聚2,3-环碳酸甘油酯甲基丙烯酸酯。
2.根据权利要求1所示的循环性能好的锂离子电池,其特征在于:所述隔膜为PE隔膜或者PP隔膜。
3.根据权利要求1或2所示的循环性能好的锂离子电池,其特征在于:所述电解液的溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙烯酯中的一种或者多种。
4.根据权利要求1或2所示的循环性能好的锂离子电池,其特征在于:所述正极包括正极集流体和正极活性材料,所述正极活性材料附着在正极集流体上。
6.根据权利要求5所述的循环性能好的锂离子电池的制备方法,其特征在于:所述电解液包括溶剂、溶质和添加剂,所述溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙烯酯中的一种或者多种。
7.根据权利要求6所述的循环性能好的锂离子电池的制备方法,其特征在于:所述溶质包括六氟碳酸锂、六氟磷酸锂、二氟碳酸锂、氟硼酸锂、二草酸硼酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种或者多种。
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