CN114039097B - 一种锂离子电池 - Google Patents
一种锂离子电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114039097B CN114039097B CN202111433508.7A CN202111433508A CN114039097B CN 114039097 B CN114039097 B CN 114039097B CN 202111433508 A CN202111433508 A CN 202111433508A CN 114039097 B CN114039097 B CN 114039097B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- negative electrode
- lithium ion
- ion battery
- negative
- binder
- 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
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 65
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 65
- 239000011883 electrode binding agent Substances 0.000 claims abstract description 33
- 150000001733 carboxylic acid esters Chemical class 0.000 claims abstract description 26
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 22
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 29
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 18
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 17
- ZPFAVCIQZKRBGF-UHFFFAOYSA-N 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide Chemical compound O=S1(=O)OCCO1 ZPFAVCIQZKRBGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims description 11
- UHOPWFKONJYLCF-UHFFFAOYSA-N 2-(2-sulfanylethyl)isoindole-1,3-dione Chemical compound C1=CC=C2C(=O)N(CCS)C(=O)C2=C1 UHOPWFKONJYLCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N ethyl propionate Chemical compound CCOC(=O)CC FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- YKYONYBAUNKHLG-UHFFFAOYSA-N n-Propyl acetate Natural products CCCOC(C)=O YKYONYBAUNKHLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940090181 propyl acetate Drugs 0.000 claims description 2
- NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N valeric acid Chemical compound CCCCC(O)=O NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 18
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract description 17
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 abstract description 10
- 230000005012 migration Effects 0.000 abstract description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 abstract description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 10
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 10
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 9
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 7
- 229920000447 polyanionic polymer Polymers 0.000 description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 description 5
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 5
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 5
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 4
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 4
- -1 lithium hexafluorophosphate Chemical compound 0.000 description 4
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 3
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 2-(2-cyanopropan-2-yldiazenyl)-2-methylpropanenitrile Chemical compound N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 239000011884 anode binding agent Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 2
- 239000013538 functional additive Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 1,3-Propane sultone Chemical compound O=S1(=O)CCCO1 FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IFDLFCDWOFLKEB-UHFFFAOYSA-N 2-methylbutylbenzene Chemical compound CCC(C)CC1=CC=CC=C1 IFDLFCDWOFLKEB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N Ethenol Chemical compound OC=C IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000002174 Styrene-butadiene Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N butadiene-styrene rubber Chemical compound C=CC=C.C=CC1=CC=CC=C1 MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003013 cathode binding agent Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000009831 deintercalation Methods 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 125000006575 electron-withdrawing group Chemical group 0.000 description 1
- VEWLDLAARDMXSB-UHFFFAOYSA-N ethenyl sulfate;hydron Chemical compound OS(=O)(=O)OC=C VEWLDLAARDMXSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 1
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001486 lithium perchlorate Inorganic materials 0.000 description 1
- IGILRSKEFZLPKG-UHFFFAOYSA-M lithium;difluorophosphinate Chemical compound [Li+].[O-]P(F)(F)=O IGILRSKEFZLPKG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002931 mesocarbon microbead Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011356 non-aqueous organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000011115 styrene butadiene Substances 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 238000009461 vacuum packaging Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
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
- H01M10/056—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
- H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/364—Composites as mixtures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
- H01M4/622—Binders being polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0025—Organic electrolyte
- H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
- H01M2300/0037—Mixture of solvents
- H01M2300/0042—Four or more solvents
-
- 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)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明提供一种锂离子电池,其拥有高能量密度的同时兼具优异循环寿命及较低循环膨胀率,通过在非水电解液中引入DTD、FEC和羧酸酯类有机溶剂,并进一步调整负极片中负极粘结剂含量X,与非水电解液中DTD含量A、FEC含量B和羧酸酯类有机溶剂含量Y之间的关系,使其满足:10≤A+B≤21,0.02≤X/(A+B+Y)≤0.2,0.02≤X/Y≤0.25,可以使负极表面能形成稳定且低阻抗SEI界面,从而改善电池的低温充电性能及大倍率放电性能;同时,能够提升电解液在低温下的电导率及锂离子的迁移速率,进一步提升电池的低温充电性能及大倍率放电性能;此外,还能够使锂离子电池的循环膨胀率减小。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,具体涉及到一种锂离子电池。
背景技术
近年来,高能量密度锂离子电池一直是科研与产业领域研究的热门主题;提升锂离子电池的能量密度可以使终端产品在性能上有显著提升,如智能电子产品会获得更高的续航能力。提高材料的克容量是提升锂离子电池的能量密度主要手段。硅(Si)基负极材料的理论比容量高达4200mAh/g,同时其嵌脱锂平台较适宜,是一种理想的锂离子电池用高容量负极材料。
然而,在充放电过程中,Si的体积膨胀可达到300%以上,剧烈的体积变化所产生的内应力容易导致负极粉化、剥落,影响电池的性能。
发明内容
研究发现,现有的粘结剂与电解液匹配性差,在电解液中粘结强度急剧下降,导致负极材料(特别是硅基负极材料)之间的粘结性变差。为此,本发明提供一种锂离子电池,其是通过电解液与粘结剂的相互作用,提升锂离子在负极(特别是硅负极)和电解液间的传输速率,并对负极(特别是硅负极)表面的SEI膜进行改善,从而降低锂离子电池的阻抗,改善锂离子电池的界面情况,提升锂离子电池的低温充电性能及大倍率放电性能,本发明的粘结剂与电解液的匹配使得获得的锂离子电池拥有高能量密度的同时兼具优异的低温充电性能及大倍率放电性能。
本发明目的是通过如下技术方案实现的:
一种锂离子电池,所述锂离子电池包括正极片、负极片、隔膜和非水电解液;其中,所述负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体一侧或两侧表面的负极活性物质层,所述负极活性物质层包括负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂;所述非水电解液包括硫酸亚乙酯(DTD)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)和羧酸酯类有机溶剂;
所述锂离子电池满足如下关系式:
10≤A+B≤21,
0.02≤X/(A+B+Y)≤0.2,
0.02≤X/Y≤0.25;
其中,A为硫酸亚乙酯在非水电解液中的质量百分比,B为氟代碳酸乙烯酯在非水电解液中的质量百分比,Y为羧酸酯类有机溶剂在非水电解液中的质量百分比,X为负极粘结剂在负极活性物质层中的质量百分比。
优选地,12≤A+B≤18。示例性地,A+B为10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21或上述两两点值组成的范围。
优选地,0.05≤X/(A+B+Y)≤0.18。示例性地,X/(A+B+Y)为0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.2或上述两两点值组成的范围。
优选地,0.05≤X/Y≤0.2。示例性地,X/Y为0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25或上述两两点值组成的范围。
根据本发明,所述硫酸亚乙酯在非水电解液中的质量百分比A为0.1~2.5wt%,例如为0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1wt%、1.2wt%、1.5wt%、1.8wt%、2wt%、2.2wt%或2.5wt%。
根据本发明,所述氟代碳酸乙烯酯在非水电解液中的质量百分比B为7.5~20.9wt%,例如为7wt%、8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%、15wt%、16wt%、17wt%、18wt%、19wt%、19.5wt%、20wt%、20.5wt%或20.9wt%。
根据本发明,所述羧酸酯类有机溶剂在非水电解液中的质量百分比Y为0.5~40wt%,例如为1wt%、1.2wt%、1.5wt%、1.8wt%、2wt%、2.2wt%、2.5wt%、2.8wt%、3wt%、3.2wt%、3.5wt%、3.8wt%、4wt%、4.5wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%、15wt%、16wt%、17wt%、18wt%、19wt%、20wt%、25wt%、30wt%、35wt%或40wt%。
本发明中,当非水电解液中的硫酸亚乙酯(DTD)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)的含量满足10≤A+B≤21时,锂离子电池能够形成较稳定且导电性好的SEI膜,具体地,非水电解液中的FEC能在负极表面形成稳定的SEI膜,从而能够保证锂离子电池稳定的充放电性能,DTD能够在负极表面生成离子导电性好的有机磺酸盐,从而降低了界面阻抗;当硫酸亚乙酯(DTD)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)的加入量不在上述范围(10≤A+B≤21)内时,当DTD含量和FEC含量之和小于最优值(如A+B<10)时,SEI膜构造不完整,界面的副反应增多,消耗大量的电解液,溶剂容易在极片表面被还原,电池可能出现析锂、胀气等问题,导致电池循环时容量保持率低,循环厚度膨胀大,且在低温下容易因为SEI膜不完整导致电池析锂,恶化电池性能;当DTD含量和FEC含量之和大于最优值(A+B>21)时,极片表面的SEI膜成膜太厚,导致电池阻抗的增大,锂离子传输的速率受阻,可能导致电池循环出现后期出现析锂现象,从而影响电池的循环和大倍率放电性能。
本发明中,羧酸酯类有机溶剂的粘度较小,能够改善锂离子电池的低温充电性能及大倍率放电性能,特别地,当负极粘结剂的含量X与羧酸酯类有机溶剂的含量Y满足0.02≤X/Y≤0.25时,负极粘结剂的粘结效果是较优的,且负极粘结剂的溶胀率也较低,从而能够大大的降低负极(特别是硅负极)在充放电过程中的膨胀率。当负极粘结剂的含量X与羧酸酯类有机溶剂的含量Y不在上述范围(0.02≤X/Y≤0.25)内时,获得的锂离子电池的阻抗大、副反应多、负极粘结剂的溶胀不在合适的范围内,无法得到较好的伸缩效应,达不到较好的粘结力。
本发明中,当四者的关系满足0.02≤X/(A+B+Y)≤0.2,负极粘结剂有助于稳定负极表面的SEI膜,降低负极表面的阻抗,从而达到缩短锂离子的扩散路径,改善锂离子电池的低温充电及大倍率放电性能,即本发明的锂离子电池在具备高能量密度的同时实现优异的低温充电性能及大倍率放电性能。
根据本发明,所述羧酸酯类有机溶剂选自丙酸乙酯、丙酸丙酯和乙酸丙酯中的至少一种。
根据本发明,所述非水电解液还包括功能添加剂,所述功能添加剂选自如下化合物中的一种或多种:1,3-丙磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、二氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂。
根据本发明,所述非水电解液还包括碳酸酯,所述碳酸酯例如是环状碳酸酯和/或线性碳酸酯。
其中,所述的环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的至少一种,所述的线性碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的至少一种。
根据本发明,所述非水电解液还包括电解质锂盐。
根据本发明,所述电解质锂盐选自六氟磷酸锂和高氯酸锂中的至少一种。
根据本发明,所述非水电解液中电解质锂盐的浓度为0.5~2.0mol/L。
根据本发明,所述负极活性物质包括硅基负极材料。
根据本发明,所述硅基负极材料选自选自单质硅、氧化亚硅中的至少一种。
根据本发明,所述负极活性物质还进一步包括碳基负极材料。
根据本发明,所述碳基负极材料包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳中的至少一种。
根据本发明,所述负极活性物质中,硅基负极材料和碳基负极材料的质量比为10:0~1:9,例如为1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3、8:2、9:1或10:0。
根据本发明,所述负极粘结剂选自聚阴离子型粘结剂。
根据本发明,所述聚阴离子粘结剂包括聚合物,所述聚合物的分子链上至少含有以下基团中的一种或几种组合:
根据本发明,所述聚阴离子型粘结剂中含有的上述基团的摩尔百分含量为5~100mol%,例如为5mol%、10mol%、20mol%、30mol%、40mol%、50mol%、60mol%、70mol%、80mol%、90mol%或100mol%。在含有上述基团的聚阴离子型粘结剂中,当含有的上述基团的摩尔百分含量大于等于5%,可以改善电池的低温充电性能及大倍率放电性能。具体地,该类基团的特点是阴离子周围含有较强的吸电子基团或离域电子基团,使阴阳离子间的键能较弱,锂离子受静电作用束缚较小,容易迁移,锂离子电导率更高,可以参与到锂离子传输中,能够缩短锂离子的扩散路径,从而改善电池的低温充电性能及大倍率放电性能。
根据本发明,所述聚合物中还包括柔性单体形成的重复单元结构,所述柔性单体包括丙烯酸酯、丙烯腈、乙烯醇和丙烯酸中的至少一种。
其中,所述聚阴离子型粘结剂中含有的柔性单体形成的重复单元结构的摩尔百分含量为0~95mol%,例如为0mol%、5mol%、10mol%、20mol%、30mol%、40mol%、50mol%、60mol%、70mol%、80mol%、90mol%或95mol%。
通过在聚阴离子粘结剂中引入柔性单体进行共聚,可以进一步改善聚阴离子粘结剂的柔韧性,使该类聚阴离子粘结剂既具备高的离子电导率又具备高的弹性模量和断裂伸长率。
根据本发明,所述聚阴离子粘结剂的离子电导率为10-3~10-8S/cm。
根据本发明,所述聚阴离子粘结剂的弹性模量为0.2MPa~1000MPa。
根据本发明,所述聚阴离子粘结剂的断裂伸长率为5%~200%。
本发明中,所述聚阴离子型粘结剂具有高的弹性模量,同时其可以通过氢键和静电等分子间作用力,使得硅负极在锂离子嵌入和脱出时的厚度膨胀是像弹簧式的增大和缩小,即本发明的聚阴离子粘结剂可以参与到锂离子传输中,能够缩短锂离子的扩散路径,从而改善锂离子电池的低温充电性能及大倍率放电性能。
根据本发明,所述负极粘结剂在负极活性物质层中的质量百分比X为0.5~15wt%,例如为0.5wt%、0.6wt%、0.8wt%、1wt%、1.2wt%、1.5wt%、1.8wt%、2wt%、2.2wt%、2.5wt%、2.8wt%、3wt%、3.2wt%、3.5wt%、3.8wt%、4wt%、4.5wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%或15wt%。
根据本发明,所述负极导电剂选自导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、金属粉、碳纤维中的至少一种。
根据本发明,所述负极导电剂在负极活性物质层中的质量百分比为0.5~15wt%,例如为0.5wt%、0.6wt%、0.8wt%、1wt%、1.2wt%、1.5wt%、1.8wt%、2wt%、2.2wt%、2.5wt%、2.8wt%、3wt%、3.2wt%、3.5wt%、3.8wt%、4wt%、4.5wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%或15wt%。
根据本发明,所述正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体一侧或两侧表面的正极活性物质层,所述正极活性物质层包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂。
根据本发明,所述正极导电剂选自导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、金属粉、碳纤维中的至少一种。
根据本发明,所述正极粘结剂选自羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯中的至少一种。
根据本发明,所述正极活性物质选自钴酸锂或经过Al、Mg、Ti、Zr中的一种或多种元素掺杂包覆处理的钴酸锂,所述经过Al、Mg、Ti、Zr中一种或多种元素掺杂包覆处理的钴酸锂的化学式为LixCo1-y1-y2-y3-y4Ay1By2Cy3Dy4O2;0.95≤x≤1.05,0.01≤y1≤0.1,0≤y2≤0.1,0≤y3≤0.1,0≤y4≤0.1,A、B、C、D选自Al、Mg、Ti、Zr中的一种或多种元素。
根据本发明,所述正极导电剂在正极活性物质层中的质量百分比为0.5~15wt%。
根据本发明,所述正极粘结剂在正极活性物质层中的质量百分比为0.5~15wt%。
根据本发明,所述正极活性物质在正极活性物质层中的质量百分比为70~99wt%。
根据本发明,所述隔膜的主要作用是将电池正负极片分隔开来,防止两极接触造成短路,并且能使电解质中的离子通过。
根据本发明,所述锂离子电池的充电截止电压为4.48V及以上。
术语与解释:
本发明中术语“粘结剂”是指锂离子电池中的粘结剂,是锂离子电池电极片中的非活性成分,是制备锂离子电池电极片必须使用的重要材料之一。“粘结剂”的主要作用是连接电极活性物质、导电剂和电极集流体,使它们之间具有整体的连接性,从而减小电极的阻抗,同时使电极片具有良好的机械性能和可加工性能,满足实际生产的需要。
本发明的有益效果:
本发明提供一种锂离子电池,其是通过电解液与粘结剂的相互作用,提升锂离子在负极(特别是硅负极)和电解液间的传输速率,并对负极(特别是硅负极)表面的SEI膜进行改善,从而降低锂离子电池的阻抗,改善锂离子电池的界面情况,提升锂离子电池的低温充电性能及大倍率放电性能,本发明的粘结剂与电解液的匹配使得获得的锂离子电池其拥有高能量密度的同时兼具优异的低温充电性能及大倍率放电性能。
具体的,本发明通过在非水电解液中引入DTD、FEC和羧酸酯类有机溶剂,并进一步调整负极片中负极粘结剂含量X,与非水电解液中DTD含量A、FEC含量B和羧酸酯类有机溶剂含量Y之间的关系,使其满足:10≤A+B≤21,0.02≤X/(A+B+Y)≤0.2,0.02≤X/Y≤0.25,可以使负极表面形成稳定且低阻抗的SEI界面,还能够提升非水电解液在低温下的电导率及锂离子的迁移速率,进一步提升电池的低温充电性能及大倍率放电性能;此外,还能够使锂离子电池的循环膨胀率减小。
附图说明
图1:负极粘结剂A的核磁谱图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。应当理解,下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明,而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法;下述实施例中所用的试剂、材料等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而并非指示或暗示相对重要性。
实施例和对比例
(1)负极粘结剂A的制备:
负极粘结剂A的结构如下所示,其制备过程具体步骤如下:
将含有锂离子的单体和柔性单体(具体结构如上所述)按照摩尔比为7:3溶解于DMF溶剂中,加入占总单体的摩尔比为1%的引发剂偶氮二异丁腈,在真空状态下80℃反应10h。将反应后的溶液加入到丙酮溶剂中,使反应产物析出,过滤干燥备用,得到负极粘结剂A。该负极粘结剂A的结构通过核磁谱图确认,如图1所示。
(2)正极片的制备
将正极活性材料钴酸锂(LCO)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)、导电剂乙炔黑按照重量比97:1.5:1.5进行混合,加入N-甲基吡咯烷酮(NMP),在真空搅拌机作用下搅拌,直至混合体系成均一流动性的正极浆料;将正极浆料均匀涂覆在集流体铝箔上;将上述涂覆好的铝箔在5段不同温度梯度的烘箱烘烤后,再将其在120℃的烘箱干燥8h,然后经过辊压、分切得到所需的正极片。
(3)负极片的制备
将负极活性材料(质量比为90:10的石墨和氧化亚硅)、增稠剂(羧甲基纤维素钠(CMC-Na))、粘结剂(上述制备的负极粘结剂A)、导电剂(乙炔黑)按照重量比98-X:1:X:1进行混合,加入去离子水,在真空搅拌机作用下获得负极浆料;将负极浆料均匀涂覆在高强度涂炭铜箔上,得到极片;将所得极片在室温晾干后转移至80℃烘箱干燥10h,然后经过辊压、分切得到负极片。
(4)电解液的制备
在充满惰性气体(氩气)的手套箱中(H2O<0.1ppm,O2<0.1ppm),将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、丙酸丙酯(其中,碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯的质量比为1:1:1,丙酸丙酯的含量详见表1)混合均匀,然后往其中快速加入1.25mol/L的充分干燥的六氟磷酸锂(LiPF6),溶解于非水有机溶剂中,搅拌均匀,继续添加硫酸亚乙酯(DTD)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)(其中,硫酸亚乙酯(DTD)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)的含量详见表1),再次搅拌均匀,经过水分和游离酸检测合格后,得到基础电解液。
(5)隔离膜的制备
选用8μm厚的带涂覆层的聚乙烯隔离膜。
(6)锂离子电池的制备
将上述准备的正极片、隔离膜、负极片按顺序叠放好,保证隔离膜处于正、负极片之间起到隔离的作用,然后通过卷绕得到未注液的裸电芯;将裸电芯置于外包装箔中,将上述制备好的相应的电解液注入到干燥后的裸电芯中,经过真空封装、静置、化成、整形、分选等工序,获得相应的锂离子电池。
(7)锂离子电池的低温充电测试
取测完OCV后50%SOC的电池,测试其电压、内阻、厚度T1,然后将该电池置于0℃恒温环境下静置4小时,以0.5C/0.5C倍率进行充放电测试,截止电压范围为3.0V~4.48V,充放循环50周,记录循环放电容量并除以第一次循环的放电容量,得到循环容量保持率,循环50周结束后将满电电池从0℃恒温箱中取出,立即测试其循环50周后冷态满电的厚度T2,计算电池循环50周时的厚度膨胀率。其中,厚度膨胀率(%)=(T2-T1)/T1×100%。此外,对0℃0.5C/0.5C循环50周后的电池做解剖处理,观察并记录负极界面的情况。测试结果见表2。
(8)锂离子电池的倍率放电测试
取测完OCV后50%SOC的电池,室温下先静置10min,以0.5C电流放电至3.0V,静置10min,再以0.5C恒流恒压充电至4.48V,静置10min,以不同的倍率(如0.5C、1C、3C、5C、10C)的电流放电至3.0V,分别记录不同放电倍率下的放电容量,以0.5C放电容量作为基准,计算不同倍率下的放电容量保持率(相对于0.5C容量),具体性能数据见表3。
表1对比例和实施例的锂离子电池的组成
表2对比例和实施例的锂离子电池的低温充电性能测试结果
表3对比例和实施例的锂离子电池的大倍率性能测试结果
表1中对比例1至对比例7为一组对比电池组,DTD含量为0.5%,FEC含量为10%,羧酸酯类有机溶剂含量为30%,只改变负极粘结剂A含量,考察负极粘结剂A对电池性能的影响。
当负极粘结剂A的含量在逐步增大时,X/(A+B+Y)及X/Y也呈现增大的趋势,其中对比例1、对比例5、对比例6、对比例7的X/(A+B+Y)及X/Y得到的数值是超出上文所述的0.02≤X/(A+B+Y)≤0.2,0.02≤X/Y≤0.25。从表2的循环容量保持率及厚度膨胀率结果显示,随着负极粘结剂A含量的逐步增加,锂离子电池的0℃循环容量保持率及厚度膨胀率呈现一个先增大后减小的趋势;表3中锂离子电池的大倍率放电的性能也是同样的规律。说明负极粘结剂的用量在合适的范围内时能够使负极片粘结良好,负极粘结剂在最优状态下对于构建稳定的SEI界面有一定的作用。此时,表现出来的电池的性能较优。一旦超出负极粘结剂的用量范围,由于电池阻抗的增大,负极片表面的副反应也相应增加,电池的性能会出现劣化,厚度膨胀率也会有一定的增大,从而影响了锂离子扩散路径,从而影响电池的低温充电性能及大倍率放电性能。
表1中对比例8至对比例19为一组对比电池组,负极粘结剂A含量为3%,羧酸酯类有机溶剂含量为30%,改变FEC含量和DTD含量,考察FEC含量和DTD含量对电池性能的影响。
当DTD含量和FEC含量逐步增大时,表2的循环容量保持率及厚度膨胀率结果显示,随着DTD含量和FEC含量的逐步增加,电池的循环容量保持率呈现一个先增大后减小的趋势,厚度膨胀率则出现了先减小后增大的趋势。说明FEC能在硅基负极表面建立起较完整及稳定的SEI界面,DTD能够在负极表面生成离子导电性好的有机磺酸盐,从而降低了界面阻抗,且两者组合的作用满足10≤A+B≤21时,电池能够形成较稳定且导电性好的SEI界面,电池性能也较优。DTD含量和FEC含量之和小于最优值时,SEI界面构造不完整,界面的副反应增多,消耗大量的电解液,溶剂容易在极片表面被还原,电池可能出现析锂、胀气等问题,所以电池循环时容量保持率低,厚度膨胀率大;且在低温下容易因为SEI膜不完整导致电池析锂,恶化电池性能。DTD含量和FEC含量之和大于最优值时,负极片表面的SEI膜成膜太厚,导致电池阻抗的增大,锂离子传输的速率受阻,可能导致电池循环出现后期出现析锂现象,从而影响电池的低温充电性能和大倍率放电性能。
表1中对比例20至实施例24为一组对比电池组,负极粘结剂A含量为3%,DTD含量为0.5%,FEC含量为10%,只改变羧酸酯类有机溶剂的含量,考察羧酸酯类有机溶剂的含量对电池性能的影响。
当羧酸酯类有机溶剂的含量逐步增大时,X/(A+B+Y)和X/Y呈现了减小的趋势,从表2的低温拆解界面情况、循环容量保持率及厚度膨胀率结果显示,随着羧酸酯类有机溶剂含量的逐步增加,电池的循环容量保持率及厚度膨胀率呈现一个先增大后减小的趋势,且电池的界面也出现了逐渐改善的趋势。表3的大倍率放电容量比也同样出现了先增大后减小的趋势。这是由于羧酸酯类有机溶剂的粘度较小,能够在低温下保持较高的离子迁移率,从而改善电池的低温充电性能及大倍率放电性能。同时负极粘结剂跟羧酸酯类有机溶剂也会产生相互作用,当羧酸酯类有机溶剂较少时,负极粘结剂在电解液中的溶胀率较小,韧性较小,硅负极在充放电过程中的厚度膨胀率较大,负极粘结剂的作用没法很好地得到应用。羧酸酯类有机溶剂含量在合适的使用范围内,负极粘结剂在电解液中的溶胀达到合适的程度,此时负极粘结剂的韧性最大,硅负极在充放电过程中的厚度膨胀率大,此时的负极粘结剂能够起到一个弹簧的作用,电池中极片粘结良好,同时,合适的FEC和DTD含量使电池能够形成低阻抗稳定的SEI界面,所以电池的性能较优,厚度膨胀率也在正常范围内。但羧酸酯类有机溶剂含量过大时,负极粘结剂的溶胀过大,反而会影响负极粘结剂的作用。
以上,对本发明的实施方式进行了说明。但是,本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种锂离子电池,所述锂离子电池包括正极片、负极片、隔膜和非水电解液;其中,所述负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体一侧或两侧表面的负极活性物质层,所述负极活性物质层包括负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂;所述非水电解液包括硫酸亚乙酯(DTD)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)和羧酸酯类有机溶剂;
所述锂离子电池满足如下关系式:
10≤A+B≤21,
0.02≤X/(A+B+Y)≤0.2,
0.02≤X/Y≤0.25;
所述硫酸亚乙酯在非水电解液中的质量百分比A为0.1~2.5 wt%;所述氟代碳酸乙烯酯在非水电解液中的质量百分比B为7.5~20.9 wt%;所述羧酸酯类有机溶剂在非水电解液中的质量百分比Y为0.5~40 wt%;所述负极粘结剂在负极活性物质层中的质量百分比X为0.5~15wt%;
其中,A为硫酸亚乙酯在非水电解液中的质量百分比,B为氟代碳酸乙烯酯在非水电解液中的质量百分比,Y为羧酸酯类有机溶剂在非水电解液中的质量百分比,X为负极粘结剂在负极活性物质层中的质量百分比;
所述负极粘结剂包括聚阴离子型粘结剂。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池,其中,12≤A+B≤18。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池,其中,0.05≤X/(A+B+Y)≤0.18。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池,其中,0.05≤X/Y≤0.2。
5.根据权利要求1-4任一项所述的锂离子电池,其中,所述羧酸酯类有机溶剂选自丙酸乙酯、丙酸丙酯和乙酸丙酯中的至少一种。
6.根据权利要求1-4任一项所述的锂离子电池,其中,所述负极活性物质包括硅基负极材料,所述硅基负极材料选自单质硅、氧化亚硅中的至少一种。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111433508.7A CN114039097B (zh) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | 一种锂离子电池 |
PCT/CN2022/134648 WO2023093880A1 (zh) | 2021-11-29 | 2022-11-28 | 一种锂离子电池 |
US18/394,166 US20240178453A1 (en) | 2021-11-29 | 2023-12-22 | Lithium-ion battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111433508.7A CN114039097B (zh) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | 一种锂离子电池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114039097A CN114039097A (zh) | 2022-02-11 |
CN114039097B true CN114039097B (zh) | 2022-10-28 |
Family
ID=80139140
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111433508.7A Active CN114039097B (zh) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | 一种锂离子电池 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20240178453A1 (zh) |
CN (1) | CN114039097B (zh) |
WO (1) | WO2023093880A1 (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114039097B (zh) * | 2021-11-29 | 2022-10-28 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种锂离子电池 |
CN115020809A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-09-06 | 远景动力技术(江苏)有限公司 | 一种电解液及其电化学装置和电子装置 |
CN114937850A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-08-23 | 远景动力技术(江苏)有限公司 | 一种电化学装置和电子装置 |
CN115572557B (zh) * | 2022-10-11 | 2024-04-16 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种粘结剂及包括该粘结剂的电池 |
Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105655641A (zh) * | 2016-03-30 | 2016-06-08 | 宁德新能源科技有限公司 | 一种电解液及其锂离子电池 |
CN106252639A (zh) * | 2016-10-17 | 2016-12-21 | 广州天赐高新材料股份有限公司 | 一种兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液、制备方法及锂离子电池 |
CN109980282A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-07-05 | 杉杉新材料(衢州)有限公司 | 一种耐低温锂离子电池非水电解液及锂离子电池 |
CN110224169A (zh) * | 2018-03-01 | 2019-09-10 | 安普瑞斯(南京)有限公司 | 一种高能量密度锂离子电池 |
CN110707361A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-17 | 珠海冠宇电池有限公司 | 一种适用于高倍率充放电的高电压软包锂离子电池用电解液 |
CN110718715A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-21 | 东莞维科电池有限公司 | 一种电池电解液添加剂、电池电解液和锂离子电池 |
CN111129598A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-08 | 东莞市杉杉电池材料有限公司 | 一种高电压锂离子电池非水电解液及其锂离子电池 |
CN111384443A (zh) * | 2018-12-29 | 2020-07-07 | 浙江省化工研究院有限公司 | 一种电池电解液添加剂及使用该添加剂的电解液和锂离子电池 |
CN111640984A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-09-08 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种锂离子成品电池及其制备方法 |
CN111900480A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-11-06 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种高低温性能优异的高电压锂离子电池 |
WO2021141784A1 (en) * | 2020-01-10 | 2021-07-15 | A123 Systems, LLC | Electrolyte compositions for lithium ion batteries |
CN113161615A (zh) * | 2021-06-04 | 2021-07-23 | 湖州昆仑亿恩科电池材料有限公司 | 一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池 |
CN113422111A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-09-21 | 吉安谊盛电子材料有限公司 | 一种电解液及含有该电解液的锂离子电池 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016085836A (ja) * | 2014-10-24 | 2016-05-19 | Tdk株式会社 | リチウムイオン二次電池用非水電解液及びリチウムイオン二次電池 |
CN106532106A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-03-22 | 远东福斯特新能源有限公司 | 锂离子电池及电解液及其制备方法 |
CN109119685A (zh) * | 2017-06-23 | 2019-01-01 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电解液及锂离子电池 |
CN110391460B (zh) * | 2018-04-20 | 2021-02-02 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电解液及电池 |
CN114039097B (zh) * | 2021-11-29 | 2022-10-28 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种锂离子电池 |
-
2021
- 2021-11-29 CN CN202111433508.7A patent/CN114039097B/zh active Active
-
2022
- 2022-11-28 WO PCT/CN2022/134648 patent/WO2023093880A1/zh unknown
-
2023
- 2023-12-22 US US18/394,166 patent/US20240178453A1/en active Pending
Patent Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105655641A (zh) * | 2016-03-30 | 2016-06-08 | 宁德新能源科技有限公司 | 一种电解液及其锂离子电池 |
CN106252639A (zh) * | 2016-10-17 | 2016-12-21 | 广州天赐高新材料股份有限公司 | 一种兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液、制备方法及锂离子电池 |
CN110224169A (zh) * | 2018-03-01 | 2019-09-10 | 安普瑞斯(南京)有限公司 | 一种高能量密度锂离子电池 |
CN111384443A (zh) * | 2018-12-29 | 2020-07-07 | 浙江省化工研究院有限公司 | 一种电池电解液添加剂及使用该添加剂的电解液和锂离子电池 |
CN109980282A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-07-05 | 杉杉新材料(衢州)有限公司 | 一种耐低温锂离子电池非水电解液及锂离子电池 |
CN110718715A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-21 | 东莞维科电池有限公司 | 一种电池电解液添加剂、电池电解液和锂离子电池 |
CN110707361A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-17 | 珠海冠宇电池有限公司 | 一种适用于高倍率充放电的高电压软包锂离子电池用电解液 |
CN111129598A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-08 | 东莞市杉杉电池材料有限公司 | 一种高电压锂离子电池非水电解液及其锂离子电池 |
WO2021141784A1 (en) * | 2020-01-10 | 2021-07-15 | A123 Systems, LLC | Electrolyte compositions for lithium ion batteries |
CN111640984A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-09-08 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种锂离子成品电池及其制备方法 |
CN111900480A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-11-06 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种高低温性能优异的高电压锂离子电池 |
CN113161615A (zh) * | 2021-06-04 | 2021-07-23 | 湖州昆仑亿恩科电池材料有限公司 | 一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池 |
CN113422111A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-09-21 | 吉安谊盛电子材料有限公司 | 一种电解液及含有该电解液的锂离子电池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20240178453A1 (en) | 2024-05-30 |
CN114039097A (zh) | 2022-02-11 |
WO2023093880A1 (zh) | 2023-06-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN114039097B (zh) | 一种锂离子电池 | |
CN110707361B (zh) | 一种适用于高倍率充放电的高电压软包锂离子电池用电解液 | |
CN109728340B (zh) | 锂离子电池 | |
WO2023083148A1 (zh) | 一种锂离子电池 | |
US20230231191A1 (en) | Electrolyte and electrochemical device thereof and electronic device | |
CN107958997B (zh) | 正极浆料、正极极片及锂离子电池 | |
CN113707883B (zh) | 一种有机包覆层及含有该包覆层的电极活性材料和锂离子电池 | |
CN114024035B (zh) | 一种电池 | |
CN114665065A (zh) | 一种正极极片及其制备方法和应用 | |
CN114024099B (zh) | 一种电池 | |
KR102661480B1 (ko) | 접착제 화합물 및 그 제조 방법 | |
JP2022536290A (ja) | リチウムイオン電池用のその場重合されたポリマー電解質 | |
CN114122400A (zh) | 一种负极极片及含该负极极片的锂离子电池 | |
CN114094187B (zh) | 一种非水电解液以及包括该非水电解液的电池 | |
CN113839095B (zh) | 一种电解液及包括该电解液的电池 | |
WO2023141953A1 (zh) | 正极浆料组合物及由其制备的正极极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置 | |
CN115939317A (zh) | 一种富锂正极及其制备方法和二次电池 | |
CN115275196A (zh) | 一种导电粘结剂及其制备方法、正极片和二次电池 | |
CN115000511A (zh) | 一种电化学装置和电子装置 | |
WO2021196019A1 (zh) | 一种电解液及电化学装置 | |
WO2024040572A1 (zh) | 用于正极极片的水性粘接剂以及由其制备的正极极片 | |
CN114497733B (zh) | 一种电解液及其电池 | |
WO2024113081A1 (zh) | 粘结剂、极片、二次电池和用电装置 | |
CN117487483B (zh) | 一种离子型聚合物粘结剂及其制备方法和应用 | |
CN112117493B (zh) | 一种锂离子电池用电解液及包括该电解液的锂离子电池 |
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 |