CN112397786B - 电解液及锂离子电池 - Google Patents

电解液及锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN112397786B
CN112397786B CN202011464192.3A CN202011464192A CN112397786B CN 112397786 B CN112397786 B CN 112397786B CN 202011464192 A CN202011464192 A CN 202011464192A CN 112397786 B CN112397786 B CN 112397786B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium
electrolyte
ion battery
supplement
lithium ion
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.)
Active
Application number
CN202011464192.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112397786A (zh
Inventor
田孟羽
黄学杰
闫勇
李文超
石磊
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.)
Dongguan Jiali Material Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Songshan Lake Materials Laboratory
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 Songshan Lake Materials Laboratory filed Critical Songshan Lake Materials Laboratory
Priority to CN202011464192.3A priority Critical patent/CN112397786B/zh
Publication of CN112397786A publication Critical patent/CN112397786A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112397786B publication Critical patent/CN112397786B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators 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
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0567Liquid materials characterised by the additives
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025Organic electrolyte
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy 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)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本申请提供一种电解液及锂离子电池,属于电池技术领域。电解液包括有机溶剂以及溶解于有机溶剂中的锂盐,还包括助剂。助剂选自S单质、B单质、P单质以及能在电解液中释放特定负离子的还原化合物中的一种或多种,特定负离子选自S负离子、B负离子以及P负离子中的一种或多种。锂离子电池包括该电解液。特定种类的助剂能够有效降低含锂化合物分解时的电位;将助剂添加到电解液的方式,保证电池有较好的循环稳定性,同时在电池生产工艺中的适用性好。

Description

电解液及锂离子电池
技术领域
本申请涉及电池技术领域,具体而言,涉及一种电解液及锂离子电池。
背景技术
在锂离子电池首次充电过程中,负极表面形成固态电解质膜(SEI)会消耗大量的活性锂,导致产生不可逆锂损失,从而造成可循环利用的锂减少,降低了电池的首次库伦效率和电池容量,使得电池的能量密度降低。
目前,通常在电池正极所在的一侧添加含锂化合物代替正极活性材料进行消耗,弥补负极表面形成SEI膜所造成的锂离子损失。但是,添加的含锂化合物的分解电位较高,不能有效释放补锂容量。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电解液及锂离子电池,能有效解决上述技术问题。
本申请的实施例是这样实现的:
第一方面,本申请实施例提供一种锂离子电池的电解液,包括有机溶剂以及溶解于有机溶剂中的锂盐,电解液还包括助剂,助剂选自S单质、B单质、P单质以及能在电解液中释放特定负离子的还原化合物中的一种或多种,特定负离子选自S负离子、B负离子以及P负离子中的一种或多种。
第二方面,本申请实施例提供一种锂离子电池,包括依次层叠设置于电解液中的正极极片、隔膜以及负极极片,锂离子电池中的电解液为第一方面实施例提供的电解液。
可选的,锂离子电池中还添加有与正极极片电性接触的补锂材料,补锂材料包括含锂化合物和补充导电剂,含锂化合物的分解电位低于正极极片中的正极活性材料的分解电位,且含锂化合物的锂含量高于正极极片中的正极活性材料的锂含量;可选地,补锂材料分散于正极极片和/或补锂层中,补锂层形成于隔膜的靠近正极极片的一侧表面和/或正极极片的至少一个表面。
本申请实施例提供的电解液及锂离子电池,有益效果包括:
特定种类的助剂能够有效降低正极极片所在的一侧的含锂化合物分解时的电位,降低电池内阻,减少充放电极化;该特定种类的助剂成本低且适于量产,且能有效避免含锂化合物释放锂离子的过程中产生胀气。本申请中将助剂添加到电解液中的方式,相较于将助剂添加到正极极片或者补锂层中的方式,还能够避免对正极极片或者补锂层的电学性能产生影响,而且由于该特定种类的助剂与现有的电解液及电池正负极的兼容性好,能够保证电池有较好的循环稳定性,同时在电池生产工艺中的适用性好。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的补充导电剂包覆含锂化合物的补锂颗粒的电镜图;
图2为本申请实施例10提供的锂离子电池的首周充放电曲线图;
图3为本申请实施例10提供的锂离子电池的1~80周的电池循环数据图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是,本申请中的“和/或”,如“特征1和/或特征2”,均是指可以单独地为“特征1”、单独地为“特征2”、“特征1”加“特征2”,该三种情况。
在本申请的描述中,“一种或多种”中的“多种”均是指“两种”或者“两种以上”。
另外,在本申请的描述中,除非另有说明,“一种或多种”中的“多种”的含义是指两种及两种以上;“数值a~数值b”的范围包括两端值“a”和“b”,“数值a~数值b+计量单位”中的“计量单位”代表“数值a”和“数值b”二者的“计量单位”。
下面对本申请实施例的电解液及锂离子电池进行具体说明。
第一方面,本申请实施例提供一种电解液,示例性地应用于锂离子电池。该电解液包括有机溶剂以及溶解于有机溶剂中的锂盐。其中,有机溶剂及锂盐的种类,可以按照本领域公知的种类进行选择。
在本申请中,电解液还包括助剂,助剂选自S(硫,Sulfur)单质、B(硼,Boron)单质、P(磷,Phosphorus)单质以及能在电解液中释放特定负离子的还原化合物中的一种或多种,特定负离子选自S负离子、B负离子以及P负离子中的一种或多种。
本申请实施例提供的电解液,通过在电解液中添加上述特定种类的助剂,使得电解液能够较好地适用于在正极极片所在的一侧添加有含锂化合物的锂离子电池。该含锂化合物用于弥补负极表面形成SEI膜所造成的锂离子损失,其种类可以根据分解电位等电学性能的需求,选择本领域所公知的用于补锂的含锂化合物。
本申请的电解液应用于锂离子电池中时,上述特定种类的助剂能够有效降低正极极片所在的一侧电性接触的含锂化合物分解时的电位,降低电池内阻,减少充放电极化。该特定种类的助剂成本低且适于量产,且能有效避免含锂化合物释放锂离子的过程中产生胀气。
本申请中将助剂添加到电解液中的方式,相较于将助剂添加到正极极片或者补锂层中的方式,还能够避免对正极极片或者补锂层的电学性能产生影响,而且由于该特定种类的助剂与现有的电解液及电池正负极的兼容性好,能够保证电池有较好的循环稳定性,同时在电池生产工艺中的适用性好。
助剂在电解液中充分溶解或者均匀分散,使得添加有助剂的电解液形成均一稳定的溶液或者分散液,有利于保证电解液体系工作的稳定性。在进行助剂的选择时,需要保证助剂与电池中的组成有较好的兼容性,需要保证助剂较好地对含锂化合物进行催化,同时还需要考虑到助剂在电解液中的溶解和分散性能。
在一些可能的实施方案中,以助剂能在电解液中释放的正离子种类选择还原化合物,该还原化合物选自二甲基硫醚(C2H6S)、二甲基二硫醚(C2H6S2)、硫氰酸甲酯(CH3SCN)、三甲烯化硫(C3H6S)、甲基乙基硫醚(C3H8S)、四氢噻吩(C4H8S)、亚硫酸乙烯酯(C2H4O3S)、三乙基硼(C6H15B)、硫化锂(Li2S)以及三乙基硼氢化锂(C6H16BLi)中的一种或多种。
在一些可能的实施方案中,以助剂能在电解液中释放的特定负离子种类选择还原化合物,该特定负离子选自S2-、S4-、S6-、S8-、P3-、P5-、B6 2-以及B2 2-中的一种或多种。
考虑到助剂在电解液中的浓度会影响其在锂离子电池中的催化效果,同时会影响到电解液整体的电学性能。合适的助剂添加量在保证助剂较好的催化效果的同时,有利于保持电解液的电学性能。
作为一种示例,助剂在电解液中的含量为0.001~10wt%,或0.01~10wt%,或0.1~10wt%,或1~10wt%,例如但不限于为1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%和10wt%中的任意一者或者任意两者之间的范围。
考虑到电解液中锂盐及有机溶剂同助剂的兼容性,会对电解液的分散稳定性及电化学性能产生影响。进一步地,对电解液中的锂盐和有机溶剂做以下示例性选择。
在一些可能的实施方案中,锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、二氟磷酸锂(LiPF2O2)、高氯酸锂(LiClO4)以及六氟合砷酸锂(LiAsF6)中的一种或多种。
电解液中合适的锂盐浓度能够保证电解液较好的电学性能。进一步的,锂盐在电解液中的浓度为0.1~7mol/L,例如但不限于为0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L、6mol/L和7mol/L中的任意一者或者任意两者之间的范围。
在一些可能的实施方案中,有机溶剂选自碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丁烯酯(GC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、1,2-二甲氧基乙烷(1,2-dimethoxyethane)、四氢呋喃(Tetrahydrofuran)、2-甲基四氢呋喃(2-Methyltetrahydrofuran)、乙酸甲酯(Methyl acetate)、乙酸乙酯(Ethyl acetate)、二甲基亚砜(DMSO)以及环丁砜(Tetramethylene sulfone)中的一种或多种。
第二方面,本申请实施例提供一种锂离子电池,包括依次层叠设置于电解液中的正极极片、隔膜以及负极极片。其中,正极极片、负极极片、隔膜和电解液在锂离子电池中的设置方式,可以按照本领域公知的方式进行。
在本申请中,锂离子电池中的电解液为第一方面实施例提供的电解液。示例性的,锂离子电池中还添加有与正极极片电性接触的补锂材料。
将补锂材料与正极极片电性接触时,考虑到与电池生产工艺流程的兼容性,为了操作方便,补锂材料分散于正极极片和/或补锂层中,补锂层形成于隔膜的靠近正极极片的一侧表面和/或正极极片的至少一个表面,通过上述方式将补锂材料与正极极片电性接触。
可以理解的是,锂离子电池与正极极片电性接触的方式不限于上述方式,在其他实施方式中,例如也可以先将补锂材料在正极集流体的至少部分表面形成补锂层,然后再将正极浆料在正极集流体设置有补锂层的表面成型正极活性材料层。
进一步需要说明的是,在本申请中,补锂层为用于分散补锂材料的载体,补锂层的个数和位置可以根据补锂材料的分散需要进行设置。在补锂材料仅分散于正极极片的实施方式中,锂离子电池中可以不设置补锂层。在补锂材料分散于补锂层的实施方案中,可以将补锂材料添加到导电浆料中,然后通过滴涂、旋涂等方式使得导电浆料在预设表面形成分散有补锂材料的补锂层。
在本申请的锂离子电池中,补锂材料可以同时分散于正极极片和至少一个补锂层中。为了简化制造工艺,可选的,补锂材料也可以仅分散于正极极片中或者仅分散于一个补锂层中。在含有补锂层的实施例中,考虑到补锂层的导电性和稳定性,补锂层中除了分散有补锂材料,还含有粘结剂和正极导电添加剂,粘结剂在补锂层中的含量为2~5wt%,正极导电添加剂在补锂层中的含量为2~5wt%。
在本申请中,补锂材料包括含锂化合物和补充导电剂。含锂化合物的分解电位低于正极极片中的正极活性材料的分解电位,且含锂化合物的锂含量高于正极极片中的正极活性材料的锂含量。在锂离子电池首次充电过程中,含锂化合物会优先发生分解并释放锂离子,该含锂化合物中锂离子容量高且在具有助剂的催化剂中能够充分地分解,可以更有效地弥补负极表面形成SEI膜所造成的锂离子损失。考虑到含锂化合物的导电性能通常不佳,在补锂材料中添加补充导电剂,增强补锂材料的导电性能。通过含锂化合物与补充导电剂的配合,在有效弥补锂离子损失的同时保持正极极片所在的一侧较佳的导电性,从而能够提高电池的首次库伦效率和电池容量,使得电池的能量密度提高。
在本申请的实施例中,含锂化合物和补充导电剂的种类,可以根据本领域公知的种类进行选择。
考虑到含锂化合物分解电位以及与助剂的匹配性要求,在一些可能的实施方案中,含锂化合物选自过氧化锂、氧化锂、碳酸锂、硫酸锂、硼酸锂、偏硅酸锂、正硅酸锂和磷酸锂中一种或多种。
补充导电剂是指能够传输电子的材料,其例如但不限于为有机导电聚合物、导电碳和无机导电化合物中的一种或多种。考虑到补充导电剂与电池结构的兼容性,在一些可能的实施方案中,有机导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯或者聚噻吩;无机导电化合物为氮化钛或者氧化铟锡;导电碳为石墨烯、碳纳米管、乙炔黑或者科琴炭黑。
考虑到补锂材料中补充导电剂和含锂化合物的相对量,对补锂材料的补锂效果和导电剂有较大影响。同时,补锂材料在锂离子电池中的用量,对损失的锂离子的弥补程度具有较大影响。
在一些示例性的实施方案中,补锂材料的质量为正极材料的质量的0.5~20%,可选为2~10%,例如但不限于为0.5%、2%、3.5%、5%、6.5%、8%和10%中的任意一者或者任意两者之间的范围。同时,补充导电剂在补锂材料中的质量分数为5~50%,例如但不限于为5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%和50%中的任意一者或者任意两者之间的范围。
需要说明的是,由于正极极片中,除了正极活性材料,通常还添加粘结剂和导电剂。本申请中的正极材料的质量,是指正极活性材料、正极中粘结剂以及正极中导电剂的质量之和。在补锂材料分散于正极极片的实施方案中,该正极材料的质量,还包括补锂材料的质量。
可以理解的是,在本申请的实施例中,补锂材料中含锂化合物和补充导电剂的混合方式不限,二者例如可以是相互分散的形式,例如还可以是其中一者包覆其中另一者的形式。
需要说明的是,锂离子电池中还添加有补锂材料,指的是在锂离子电池中,相对于现有的规格,原料在组成上还增加了补锂材料,在本申请中,其并不代表限定补锂材料需要以单独的形式添加并存在于电池中。例如,补锂材料中含锂化合物和补充导电剂为相互分散的形式时,在将补锂材料分散于正极极片中的情况下,补锂材料中的补充导电剂的用量,表示本申请中正极极片中导电剂的总量相对于现有对应规定的正极极片中导电剂的总量所增加的部分;在制造工艺中,该补充导电剂可以伴随补锂化合物中的含锂化合物添加到正极浆料中,也可以直接和正极极片中导电剂一起添加。
研究发现,补锂材料中的含锂化合物受环境中水分的影响,在空气中稳定性不佳。在补锂材料中,采用补充导电剂对含锂化合物进行包覆,能够提高含锂化合物的稳定性,同时还能够更好地在含锂化合物表面发挥增加导电性的作用。
作为一种示例,补锂材料为补充导电剂包覆含锂化合物的补锂颗粒。
含锂化合物的颗粒尺寸以及导电剂形成的包覆层厚度对二者用量比例具有影响,同时对补锂颗粒比表面积及导电性能具有影响,而上述因素均会对含锂化合物的补锂效果造成影响。
进一步的,含锂化合物的颗粒尺寸为50nm~20μm,例如但不限于为50nm、200nm、500nm、0.5μm、2μm、5μm、10μm、15μm和20μm中的任意一者或者任意两者之间的范围。补充导电剂形成的包覆层厚度为1~50nm,可选为2~30nm,例如但不限于为1nm、2nm、5nm、10nm、20nm、30nm、40nm和50nm中的任意一者或者任意两者之间的范围。
需要说明的是,补锂材料为补充导电剂包覆含锂化合物的补锂颗粒的实施方式中,补充导电剂包覆含锂化合物的形式可以根据本领域所公知的包覆方式进行,例如但不限于为含碳化合物热裂解法、气相化学气相沉积、球磨碳包覆方法、液相溶剂热包覆法以及原位化学聚合法等。
作为一种示例,补锂材料为补充导电剂的前驱体在含锂化合物表面反应形成包覆层后得到的补锂颗粒。
示例性的,补充导电剂的前驱体为导电聚合物单体、糖类、沥青、焦炭、烷烃气体或烯烃气体,例如为苯胺单体、蔗糖、葡萄糖、石蜡油、甲烷、乙炔或乙烯。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
一、用于测试的锂离子电池的制备
(1)第一组实验
一种锂离子电池的制备方法,包括:
S11.电解液的配制
将有机溶剂、锂盐和助剂配置成电解液。其中,锂盐在电解液中的浓度为1mol/L,助剂在电解液中的含量为1wt%。有机溶剂、锂盐及助剂的种类如表1所示。
S12.补锂材料的制备
以Li4SiO4作为含锂化合物,以C6H12O6作为补充导电剂的前驱体。将1g的含锂化合物和1g的补充导电剂的前驱体混合后,放入管式炉中,在700℃的温度条件下同氩气高温烧制6h,得到补充导电剂包覆含锂化合物的补锂颗粒作为补锂材料,如图1所示。其中,补充导电剂形成的包覆层厚度为30nm。
S13.正极极片的制备
以聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘结剂,以1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为溶剂,并以Super-P作为正极导电添加剂。
称取3gNMP加入搅料罐中,将0.1g PVDF加入NMP中,充分搅拌使之分散均匀,然后将0.8g补锂材料、0.1g Super-P加入搅料罐中,再次搅拌使之分散均匀后,将浆料均匀的涂覆在铝箔表面,放在55℃烘箱中烘干6h。将烘干的极片冲成直径为12mm的圆片,转入真空烘箱在120℃的温度条件向下保温6h,待温度降到室温后将极片迅速转入充满氩气的手套箱中进行保存,得到正极极片。
S14.锂离子电池的组装
以标准石墨电极作为负极极片,将电解液、正极极片、负极极片及隔膜组装成锂离子电池。
(2)第二组实验
一种锂离子电池的制备方法,包括:
S11.电解液的配制
将有机溶剂、锂盐和助剂配置成电解液。其中,有机溶剂为体积比为1:1的EC和DMC;锂盐为LiPF6,在电解液中的浓度为1mol/L,助剂在电解液中的含量为1wt%。助剂的种类如表2所示。
S22.补锂材料的制备
与第一组实验中的S12步骤相同。
S33.正极极片的制备
与第一组实验中的S13步骤相同。
S34.锂离子电池的组装
与第一组实验中的S14步骤相同。
(3)第三组实验
一种锂离子电池的制备方法,包括:
S31.电解液的配制
与第一组实验中的S11步骤相同,相关实验参数参见实施例1。
S32.补锂材料的制备
以Li4SiO4作为含锂化合物,以C6H12O6或者C12H22O11作为补充导电剂的前驱体,简称碳源。在补锂材料中不含有补充导电剂时,直接使用含锂化合物。在补锂材料中含有补充导电剂时,将含锂化合物和补充导电剂的前驱体混合后,放入管式炉中,在700℃的温度条件下同氩气高温烧制6h,得到补充导电剂包覆含锂化合物的补锂颗粒作为补锂材料。
其中,含锂化合物的用量、补充导电剂的前驱体的用量以及补充导电剂形成的包覆层厚度如表3所示。
S33.正极极片的制备
与第一组实验中的S13步骤相同。
S34.锂离子电池的组装
与第一组实验中的S14步骤相同。
(4)第四组实验
一种锂离子电池的制备方法,包括:
S41.电解液的配制
与第一组实验中的S11步骤相同,相关实验参数参见实施例1。
S42.补锂材料的制备
与第一组实验中的S12步骤相同。
S43.正极极片的制备
以PVDF作为粘结剂,以NMP作为溶剂,并以Super-P作为正极导电添加剂。
称取一定量的NMP加入搅料罐中,将一定量的PVDF加入NMP中,充分搅拌使之分散均匀,然后将一定量的补锂材料、一定量的Super-P加入搅料罐中,再次搅拌使之分散均匀后,将浆料均匀的涂覆在铝箔表面,放在55℃烘箱中烘干6h。将烘干的极片冲成直径为12mm的圆片,转入真空烘箱在120℃的温度条件向下保温6h,待温度降到室温后将极片迅速转入充满氩气的手套箱中进行保存,得到正极极片。其中,溶剂、粘结剂、补锂材料以及正极导电添加剂的用量占比如表4可知。
S44.锂离子电池的组装
与第一组实验中的S14步骤相同。
(5)第五组实验
一种锂离子电池的制备方法,包括:
S51.电解液的配制
与第一组实验中的S11步骤相同,相关实验参数参见实施例1。
S52.补锂材料的制备
与第一组实验中的S12步骤相同。
S53.正极极片的制备
以LiFePO4作为正极活性材料,以PVDF作为粘结剂,以NMP作为溶剂,并以Super-P作为正极导电添加剂。
称取3gNMP加入搅料罐中,将0.05g PVDF加入NMP中,充分搅拌使之分散均匀,然后将一定量的正极活性材料、一定量的补锂材料、0.05g Super-P加入搅料罐中,再次搅拌使之分散均匀后,将浆料均匀的涂覆在铝箔表面,放在55℃烘箱中烘干6h。将烘干的极片冲成直径为12mm的圆片,转入真空烘箱在120℃的温度条件向下保温6h,待温度降到室温后将极片迅速转入充满氩气的手套箱中进行保存,得到正极极片。
其中,正极活性材料、补锂材料的用量以及正极材料的质量如表5所示;补锂材料的质量/正极材料的质量*100%,为补锂用料系数X。
S54.锂离子电池的组装
与第一组实验中的S14步骤相同。
(6)第六组实验
一种锂离子电池的制备方法,包括:
S61.电解液的配制
与第一组实验中的S11步骤相同,相关实验参数参见实施例1。
S62.补锂材料的制备
与第一组实验中的S12步骤相同。
S63.正极极片或隔膜的制备
以LiFePO4作为正极活性材料,以PVDF作为粘结剂,以NMP作为溶剂,并以Super-P作为正极导电添加剂。
方式1,与第五组实验中的S53步骤相同,且相关实验参数参见实施例24。具体地:将补锂材料与正极活性材料混合添加到正极极片中:称取3gNMP加入搅料罐中,将0.05gPVDF加入NMP中,充分搅拌使之分散均匀,然后将0.85g LiFePO4、0.05g补锂材料、0.05gSuper-P加入搅料罐中,再次搅拌使之分散均匀后,将浆料均匀的涂覆在铝箔表面,放在55℃烘箱中烘干6h。将烘干的极片冲成直径为12mm的圆片,转入真空烘箱在120℃的温度条件向下保温6h,待温度降到室温后将极片迅速转入充满氩气的手套箱中进行保存,得到正极极片。
方式2,将补锂材料制备成补锂浆料后涂覆在磷酸铁锂极片表面:称取3gNMP加入搅料罐中,将0.1g PVDF加入NMP中,充分搅拌使之分散均匀,然后将0.85g补锂材料和0.05gSuper-P加入搅料罐中,再次搅拌使之分散均匀后,将浆料均匀地涂覆在预先备好的磷酸铁锂极片表面,放在55℃烘箱中烘干6h。将烘干的极片冲成直径为12mm的圆片,转入真空烘箱120℃保温6h,待温度降到室温后将极片迅速转入充满氩气的手套箱中进行保存。
方式3,将补锂材料制备成补锂浆料后涂覆在隔膜靠近正极极片的一侧表面:称取3gNMP加入搅料罐中,将0.1g PVDF加入NMP中,充分搅拌使之分散均匀,然后将0.85g补锂材料和0.05g的Super-P加入搅料罐中,再次搅拌使之分散均匀后,将浆料均匀的涂覆在隔膜表面,放在55℃烘箱中烘干6h。将烘干的隔膜冲成直径为12mm的圆片,转入真空烘箱120℃保温6h,待温度降到室温后将隔膜迅速转入充满氩气的手套箱中进行保存。
S64.锂离子电池的组装
与第一组实验中的S14步骤相同。
(7)第七组实验
一种锂离子电池的制备方法,包括:
S71.电解液的配制
与第一组实验中的S11步骤相同,相关实验参数参见实施例1。
S72.补锂材料的准备
直接以Li4SiO4作为补锂材料。
S73.正极极片的制备
以聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘结剂,以1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为溶剂,并以Super-P作为正极导电添加剂。
称取3gNMP加入搅料罐中,将一定量的PVDF加入NMP中,充分搅拌使之分散均匀,然后将0.8g的Li4SiO4、一定量的Super-P以及一定量的特定还原剂加入搅料罐中,再次搅拌使之分散均匀后,将浆料均匀的涂覆在铝箔表面,放在55℃烘箱中烘干6h。将烘干的极片冲成直径为12mm的圆片,转入真空烘箱在120℃的温度条件向下保温6h,待温度降到室温后将极片迅速转入充满氩气的手套箱中进行保存,得到正极极片。
其中,PVDF和Super-P的用量,以及还原剂的种类及用量,均如表7所示。
S74.锂离子电池的组装
与第一组实验中的S14步骤相同。
(8)第八组实验
一种锂离子电池的制备方法,包括:
S81.电解液的配制
将有机溶剂、锂盐和助剂配置成电解液。其中,有机溶剂为体积比为1:1的EC和DMC;锂盐为LiPF6,在电解液中的浓度为1mol/L,助剂为普鲁士蓝且其在电解液中的含量为0.1-10wt%。
S82.补锂材料的制备
与第一组实验中的S12步骤相同。
S83.正极极片的制备
与第五组实验中的S53步骤相同,且相关实验参数参见实施例24。
S84.锂离子电池的组装
与第一组实验中的S14步骤相同。
二、性能参数的测试
(1)对各实施例和对比例的锂离子电池的首周充电容量进行检测,检测方法为:组装标准扣式电池进行蓝电测试。
(2)对实施例10提供的锂离子电池的首周充放电数据以及1~80周的电池循环数据进行检测,检测方法为:组装标准扣式电池进行蓝电测试。检测结果如图2和图3所示。
三、测试结果
表1.第一组实验的实验条件和测试结果
Figure BDA0002826107690000151
Figure BDA0002826107690000161
根据表1可知,和未添加助剂的电解液相比,在电解液中添加助剂的实施方式中,以含补锂材料的补锂浆料得到的极片显示出了明显提高的容量,表明在采用本申请的补锂材料进行补锂时,本申请提供的添加有特定助剂的电解液的电池的首周充电容量能够显著提高。
表2.第二组实验的实验条件和测试结果
Figure BDA0002826107690000162
根据表2可知,在电解液中添加助剂时,按照本申请特定种类选择的多种助剂均具有较好的催化作用,以含补锂材料的补锂浆料得到的极片均显示出了较高的容量,表明在采用本申请的补锂材料进行补锂时,本申请提供的添加有特定助剂的电解液的使得电池均具有较高的首周充电容量。
表3.第三组实验的实验条件和测试结果
Figure BDA0002826107690000171
根据表3可知,在使用本申请中添加有特定助剂的电解液时,在补锂材料中,含锂化合物表面包覆的导电剂的厚度在2~50nm时,显示出了明显提高的不可逆容量,使得电池均能够具有较高的首周充电容量;其中,含锂化合物表面包覆的导电剂的厚度在30nm时,显示出了更高的容量,电池能够具有更高的首周充电容量。
表4.第四组实验的实验条件和测试结果
Figure BDA0002826107690000172
Figure BDA0002826107690000181
根据表4可知,在使用本申请中添加有特定助剂的电解液时,补锂材料按照15~21.25%的用量比配置成有机溶剂的含量为75%的导电浆料时,特别是将补锂材料按照20%的用量比配置成有机溶剂的含量为75%的导电浆料时,在锂离子电池中使用含有该补锂材料的补锂层,显示出了更高的容量,电池能够具有较高的首周充电容量。
表5.第五组实验的实验条件和测试结果
Figure BDA0002826107690000182
Figure BDA0002826107690000191
根据表5可知,在使用本申请中添加有特定助剂的电解液时,在以正极活性材料为主的正极极片中,和未添加包覆形式的补锂材料相比,添加一定量的包覆形式的补锂材料的实施方式中,电池的首周充电容量得到提高。在正极极片中,补锂材料的质量占正极材料的质量的2~20%时,电池的首周充电容量均得到提高;其中,锂材料的质量占正极材料的质量的10%时,电池具有更高的首周充电容量。
表6.第六组实验的实验条件和测试结果
Figure BDA0002826107690000192
根据表6可知,在本申请的实施例中,在使用本申请中添加有特定助剂的电解液时,将包覆形式的补锂材料分散在正极极片中或者分散在补锂层中,电池均具有较高的首周充电容量。
表7.第七组实验的实验条件和测试结果
Figure BDA0002826107690000201
结合表3和表7,根据实施例1以及对比例3~4可知,在使用本申请中添加有特定助剂的电解液时,和补锂材料直接采用含锂化合物的锂离子电池相比,在补锂材料的含锂化合物表面包覆有添加导电剂的实施方式中,电池的首周充电容量显著提高。根据实施例1以及对比例5~7可知,即便是在正极极片中进一步添加了还原剂,在直接使用含锂化合物作为补锂材料时,也不能够有效提高电池的首周充电容量。
表8.第八组实验的实验条件和测试结果
Figure BDA0002826107690000202
Figure BDA0002826107690000211
根据表8可知,在本申请的实施例中,在使用本申请中添加有特定助剂的电解液时,助剂在电解液中的含量为0.01~10wt%的情况下,电池均显示出了较高的容量。其中,当助剂在电解液中的含量从0.01wt%增加至1wt%时,电池的容量明显提高;当助剂在电解液中的含量保持在1~5wt%时,电池具有较高且稳定的容量;当助剂在电解液中的含量进一步增加至10wt%时,电池的容量已经出现一定程度的降低。
图2为本申请实施例10提供的锂离子电池的首周充放电曲线图,图3为本申请实施例10提供的锂离子电池的1~80周的电池循环数据图。根据图2和图3可知,添加补锂剂后,电池的首周充放电容量明显提高,电池的循环稳定性提高、容量保持率得到改善。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池,包括依次层叠设置于电解液中的正极极片、隔膜以及负极极片,其特征在于,所述锂离子电池中的所述电解液包括有机溶剂以及溶解于所述有机溶剂中的锂盐,所述电解液还包括助剂,所述助剂选自S单质、B单质、P单质以及能在所述电解液中释放特定负离子的还原化合物中的一种或多种,所述特定负离子选自S负离子、B负离子以及P负离子中的一种或多种;所述助剂在所述电解液中的含量为1~5wt%;
所述锂离子电池中还添加有与所述正极极片电性接触的补锂材料,所述补锂材料包括含锂化合物和补充导电剂,所述含锂化合物的分解电位低于所述正极极片中的正极活性材料的分解电位,且所述含锂化合物的锂含量高于所述正极极片中的正极活性材料的锂含量;
所述补锂材料为所述补充导电剂包覆所述含锂化合物的补锂颗粒;所述补充导电剂形成的包覆层厚度为2~30nm。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,所述还原化合物选自二甲基硫醚、二甲基二硫醚、硫氰酸甲酯、三甲烯化硫、甲基乙基硫醚、四氢噻吩、亚硫酸乙烯酯、三乙基硼、硫化锂以及三乙基硼氢化锂中的一种或多种;
或者,所述特定负离子选自S2-、S4-、S6-、S8-、P3-、P5-、B6 2-以及B2 2-中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、高氯酸锂以及六氟合砷酸锂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,所述锂盐在所述电解液中的浓度为0.1~7mol/L。
5.根据权利要求1、3或4所述的锂离子电池,其特征在于,所述有机溶剂选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙酸甲酯、乙酸乙酯、二甲基亚砜以及环丁砜中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,所述补锂材料分散于所述正极极片和/或补锂层中,所述补锂层形成于所述隔膜的靠近所述正极极片的一侧表面和/或所述正极极片的至少一个表面。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池,其特征在于,所述补锂材料的质量为所述正极活性材料的质量的0.5~20%;所述补充导电剂在所述补锂材料中的质量分数为5~50%。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池,其特征在于,所述补锂材料的质量为所述正极活性材料的质量的2~10%。
9.根据权利要求1或7所述的锂离子电池,其特征在于,所述补锂材料为所述补充导电剂包覆所述含锂化合物的补锂颗粒。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池,其特征在于,所述含锂化合物的颗粒尺寸为50nm~20μm。
CN202011464192.3A 2020-12-09 2020-12-09 电解液及锂离子电池 Active CN112397786B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011464192.3A CN112397786B (zh) 2020-12-09 2020-12-09 电解液及锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011464192.3A CN112397786B (zh) 2020-12-09 2020-12-09 电解液及锂离子电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112397786A CN112397786A (zh) 2021-02-23
CN112397786B true CN112397786B (zh) 2022-03-22

Family

ID=74625451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011464192.3A Active CN112397786B (zh) 2020-12-09 2020-12-09 电解液及锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112397786B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112803073B (zh) * 2021-04-06 2021-07-06 浙江金羽新能源科技有限公司 一种添加剂、电解液及电池
CN113921824B (zh) * 2021-10-12 2023-03-10 松山湖材料实验室 锂离子二次电池
CN115224362B (zh) * 2021-10-25 2023-05-23 深圳市德方创域新能源科技有限公司 复合补锂添加剂及其制备方法与应用
CN115215376B (zh) * 2021-10-29 2023-11-03 深圳市德方创域新能源科技有限公司 正极补锂添加剂及其制备方法与应用
WO2023070516A1 (zh) * 2021-10-29 2023-05-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池、电池模块、电池包以及用电装置
CN114220951B (zh) * 2021-11-23 2023-09-05 惠州锂威新能源科技有限公司 一种正极补锂添加剂及其制备方法和应用
CN115286043B (zh) * 2021-11-29 2023-12-15 深圳市德方创域新能源科技有限公司 补锂添加剂前驱体及其制备方法、补锂添加剂
CN114583296B (zh) * 2022-03-01 2023-05-12 松山湖材料实验室 锂离子电池及其正极补锂方法
CN114583176B (zh) * 2022-05-06 2022-09-02 华中科技大学 一种多功能导电剂及其在预锂化复合正极中的应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105845984A (zh) * 2016-06-23 2016-08-10 东莞市杉杉电池材料有限公司 锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池
WO2020226354A1 (ko) * 2019-05-03 2020-11-12 주식회사 엘지화학 이차전지용 양극의 제조방법, 이와 같이 제조된 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
CN112002894A (zh) * 2020-09-04 2020-11-27 松山湖材料实验室 补锂材料及其制备方法和应用

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1339846A (zh) * 2001-09-25 2002-03-13 天津化工研究设计院 锂二次电池电解液
JP2009164082A (ja) * 2008-01-10 2009-07-23 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池及びその製造方法
US20150364795A1 (en) * 2014-06-12 2015-12-17 Amprius, Inc. Prelithiation solutions for lithium-ion batteries
CN106684291A (zh) * 2016-12-29 2017-05-17 深圳天珑无线科技有限公司 一种锂离子电池及其制备方法
CN109698314B (zh) * 2017-10-24 2021-03-26 比亚迪股份有限公司 一种电解液及含有该电解液和/或负极的锂离子电池
CN111864261A (zh) * 2019-04-26 2020-10-30 宁德时代新能源科技股份有限公司 电解液及锂离子电池
CN111653758B (zh) * 2020-06-12 2021-08-06 松山湖材料实验室 复合补锂剂及其制备方法和应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105845984A (zh) * 2016-06-23 2016-08-10 东莞市杉杉电池材料有限公司 锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池
WO2020226354A1 (ko) * 2019-05-03 2020-11-12 주식회사 엘지화학 이차전지용 양극의 제조방법, 이와 같이 제조된 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
CN112002894A (zh) * 2020-09-04 2020-11-27 松山湖材料实验室 补锂材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
锂离子电池用有机电解液的制备技术;赵庆云等;《现代化工》;20120520(第05期);第28-31页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112397786A (zh) 2021-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112397786B (zh) 电解液及锂离子电池
CN108172903B (zh) 电解液、钠离子二次电池及其制备方法
Zheng et al. Toward high temperature sodium metal batteries via regulating the electrolyte/electrode interfacial chemistries
US9559381B2 (en) Sodium ion secondary battery
CN108511803B (zh) 一种二次电池及其制备方法
US10269507B2 (en) Hybrid supercapacitor, including an electrolyte composition, having improved conductivity
KR101135605B1 (ko) 리튬 이차전지용 비수 전해액 및 이를 구비한 리튬 이차전지
KR20140082939A (ko) 비수 전해질 이차 전지
US12009513B2 (en) Lithium-ion battery anode material and preparation method thereof, anode, and lithium-ion battery
KR20130018498A (ko) 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이를 포함하는 리튬 이차 전지, 그리고 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극의 제조 방법
CN110416616B (zh) 一种锂硫电池电解液及其应用
CN114023965B (zh) 固态锂电池
CN108155409B (zh) 钡基双离子电池及其制备方法
KR101739294B1 (ko) 리튬 이차 전지용 양극, 이를 포함하는 리튬 이차 전지
CN104332653A (zh) 一种非水电解液及使用该电解液的锂离子电池
TW201719959A (zh) 電解液及鋰離子二次電池
CN113437257A (zh) 锂金属负极极片、电化学装置及电子设备
CN110797574A (zh) 一种锂离子电池用非水电解液及其锂离子电池
KR101069100B1 (ko) 수계 바인더를 포함하는 음극을 구비한 리튬 이차전지
Wu et al. Composition modulation of ionic liquid hybrid electrolyte for 5 V lithium-ion batteries
KR20140140906A (ko) 리튬 이차전지
KR20240121302A (ko) 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치
US20220223915A1 (en) Electrolyte, electrochemical device including same, and electronic device
US10566650B2 (en) Lithium ion secondary battery
KR20150048499A (ko) 비수 전해액 및 그를 갖는 리튬 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20221114

Address after: Building A1, innovation city, Songshanhu University, Dongguan, Guangdong 523000

Patentee after: Material Laboratory of Songshan Lake

Patentee after: INSTITUTE OF PHYSICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

Address before: Building A1, innovation city, Songshanhu University, Dongguan, Guangdong 523000

Patentee before: Material Laboratory of Songshan Lake

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240325

Address after: No. 333 Pingdong Road, Dalang Town, Dongguan City, Guangdong Province, 523000

Patentee after: Material Laboratory of Songshan Lake

Country or region after: China

Patentee after: Songshanhu (Dongguan) Material Technology Development Co.,Ltd.

Address before: Building A1, innovation city, Songshanhu University, Dongguan, Guangdong 523000

Patentee before: Material Laboratory of Songshan Lake

Country or region before: China

Patentee before: INSTITUTE OF PHYSICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240515

Address after: Room 305, Building 12, No.1 Xuefu Road, Songshanhu Park, Dongguan City, Guangdong Province, 523808

Patentee after: Dongguan Jiali Material Technology Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: No. 333 Pingdong Road, Dalang Town, Dongguan City, Guangdong Province, 523000

Patentee before: Material Laboratory of Songshan Lake

Country or region before: China

Patentee before: Songshanhu (Dongguan) Material Technology Development Co.,Ltd.