CN115911509A - 一种电池 - Google Patents

一种电池 Download PDF

Info

Publication number
CN115911509A
CN115911509A CN202211275750.0A CN202211275750A CN115911509A CN 115911509 A CN115911509 A CN 115911509A CN 202211275750 A CN202211275750 A CN 202211275750A CN 115911509 A CN115911509 A CN 115911509A
Authority
CN
China
Prior art keywords
formula
battery
negative
negative electrode
substituted
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.)
Pending
Application number
CN202211275750.0A
Other languages
English (en)
Inventor
杜冬冬
郭盼龙
王海
李素丽
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.)
Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Original Assignee
Zhuhai Cosmx Battery 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 Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd filed Critical Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Priority to CN202211275750.0A priority Critical patent/CN115911509A/zh
Publication of CN115911509A publication Critical patent/CN115911509A/zh
Priority to PCT/CN2023/125211 priority patent/WO2024083148A1/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H01M10/052—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
    • 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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-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
    • H01M4/13—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
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • 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)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明提供一种电池，特别是一种具有较优高温存储性能、快充性能同时兼具高安全性的锂离子电池，具体通过优化负极片中负极粘结剂，并在电解液中引入DTD、式1所示化合物和羧酸酯类有机溶剂来构建稳定的SEI膜，抑制过渡金属离子的溶出，降低正极端副反应的发生，使锂离子电池获得较优的高温性能和快充性能。

Description

一种电池
技术领域
本发明涉及一种电池，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
由于锂离子电池工作电压高、能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应等优良的性能，近年来得到飞速发展。同时，锂离子电池的应用范围不断拓展，从信息产业(移动电话、PDA、笔记本电脑等)扩展到能源交通(电动汽车、电网调峰、太阳能、风能电站蓄电等)，高可靠性、高安全性已成为锂离子电池的基本要求。随着科技的发展，人们对锂离子电池的性能要求越来越高，期望其具有更高的续航能力，且具有良好的安全性能。
现阶段，提升锂离子电池能量密度的主要手段包括提高电池的工作电压，然而提高电池的工作电压会导致电解液组分在高电压下发生氧化分解反应，恶化电极/电解液界面，导致界面的不稳定状态出现，容易引起过渡金属离子的溶出导致的正极材料结构相变、电解液组分的分解，进而导致电池性能的急剧下降。
发明内容
为了改善现有技术的不足，本发明提供一种电池，特别是一种在高电压下具有较优高温存储性能和快充性能的同时兼具高安全性的锂离子电池。本发明通过优化电解液的组成和负极粘结剂来构建稳定的SEI膜，降低电极界面的副反应，提高电池的高温存储性能和快充性能，同时电解液中引入的式1所示化合物还可以进一步降低电池内部的热量聚集，提高电池的热箱通过率和过充通过率。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种电池，所述电池包括正极片、负极片、隔膜和电解液；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；
所述负极粘结剂为含有弱碱性吸附基团的负极粘结剂；
所述电解液包括硫酸亚乙酯(DTD)、羰基咪唑类化合物和羧酸酯类有机溶剂。
根据本发明的实施方式，所述羰基咪唑类化合物为含有羰基咪唑基的化合物。
根据本发明的实施方式，所述羰基咪唑类化合物的结构式如式1所示化合物：
Figure BDA0003896571630000021
式1中，R11选自氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳基、烷基磺酰基；若为取代时，取代基为烷基、卤素；
R12、R13、R14相同或不同，彼此独立地选自氰基、取代或未取代的烷基；若为取代时，取代基为烷基、氰基。
根据本发明的实施方式，式1中，R11选自氢、取代或未取代的C1-20烷基、取代或未取代的C3-20环烷基、取代或未取代的C6-20芳基、C1-20烷基磺酰基；若为取代时，取代基为C1-20烷基、卤素；
R12、R13、R14相同或不同，彼此独立地选自氰基、取代或未取代的C1-20烷基；若为取代时，取代基为C1-20烷基、氰基。
根据本发明的实施方式，式1中，R11选自氢、取代或未取代的C1-12烷基、取代或未取代的C3-12环烷基、取代或未取代的C6-12芳基、C1-12烷基磺酰基；若为取代时，取代基为C1-12烷基、卤素；
R12、R13、R14相同或不同，彼此独立地选自氰基、取代或未取代的C1-12烷基；若为取代时，取代基为C1-12烷基、氰基。
根据本发明的实施方式，式1中，R11选自氢、取代或未取代的C1-6烷基、取代或未取代的C3-6环烷基、取代或未取代的C6-10芳基、C1-6烷基磺酰基；若为取代时，取代基为C1-6烷基、F；
R12、R13、R14相同或不同，彼此独立地选自氰基、取代或未取代的C1-6烷基；若为取代时，取代基为C1-6烷基、氰基。
根据本发明的实施方式，式1中，R11选自氢、取代或未取代的C1-3烷基、取代或未取代的C3-4环烷基、取代或未取代的C6-8芳基、C1-3烷基磺酰基；若为取代时，取代基为C1-3烷基、F；
R12、R13、R14相同或不同，彼此独立地选自氰基、取代或未取代的C1-3烷基；若为取代时，取代基为C1-3烷基、氰基。
根据本发明的实施方式，所述式1所示化合物选自式1-1至式1-8所示化合物中的至少一种：
Figure BDA0003896571630000031
Figure BDA0003896571630000041
根据本发明的实施方式，所述式1所示化合物的加入量占电解液总质量的质量百分含量Z为0.5wt％～3wt％，例如为0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％、2wt％、2.1wt％、2.2wt％、2.3wt％、2.4wt％、2.5wt％、2.6wt％、2.7wt％、2.8wt％、2.9wt％或3wt％。
根据本发明的实施方式，所述式1所示化合物可以通过本领域已知的方法制备得到，也可以通过商业途径购买后获得。
根据本发明的实施方式，所述羧酸酯类有机溶剂选自乙酸乙酯(EA)、丙酸乙酯(EP)或丙酸丙酯(PP)中的至少一种。所述羧酸酯类有机溶剂能够降低电解液的粘度、提高电解液的电导率。
根据本发明的实施方式，所述羧酸酯类有机溶剂的加入量占电解液总质量的质量百分含量X为5wt％～40wt％，例如为5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％或40wt％。
根据本发明的实施方式，所述硫酸亚乙酯的加入量占电解液总质量的质量百分含量Y为0.1wt％～3wt％，例如为0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％、2wt％、2.1wt％、2.2wt％、2.3wt％、2.4wt％、2.5wt％、2.6wt％、2.7wt％、2.8wt％、2.9wt％或3wt％。
根据本发明的实施方式，所述电解液还包括如下化合物中的一种或多种：碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丁烯酯、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂。
根据本发明的实施方式，所述电解液还包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的至少一种。
根据本发明的实施方式，所述电解液还包括电解质锂盐，所述电解质锂盐选自六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟磺酰锂、二氟(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、三(三氟甲基磺酰)甲基锂中的至少一种。
根据本发明的实施方式，所述电解液中电解质锂盐的浓度为0.5mol/L～2.0mol/L，例如为0.5mol/L、0.8mol/L、1mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L、1.8mol/L或2mol/L。
根据本发明的实施方式，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。
根据本发明的实施方式，所述正极活性物质层中各组分的质量百分含量为：94～99wt％的正极活性物质、0.5～3wt％的正极导电剂、0.5～3wt％的正极粘结剂。
根据本发明的实施方式，所述正极活性物质选自钴酸锂、镍钴锰锂三元材料、磷酸铁锂和锰酸锂中的至少一种。
根据本发明的实施方式，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。
根据本发明的实施方式，所述负极活性物质选自人造石墨、天然石墨、硬炭、软炭、中间相碳微球中的至少一种。
根据本发明的实施方式，所述负极活性物质层中各组分的质量百分含量为：94～99wt％的负极活性物质、0.5～3wt％的负极导电剂、0.5～3wt％的负极粘结剂。
根据本发明的实施方式，所述含有弱碱性吸附基团的负极粘结剂在负极片中的质量百分含量N为0.5wt％～3wt％，例如为0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％、2wt％、2.1wt％、2.2wt％、2.3wt％、2.4wt％、2.5wt％、2.6wt％、2.7wt％、2.8wt％、2.9wt％或3wt％。
根据本发明的实施方式，所述含有弱碱性吸附基团的负极粘结剂包括至少一种聚合物，所述聚合物包括至少一种式2所示的重复单元和至少一种式3所示的重复单元：
Figure BDA0003896571630000061
其中，R1选自弱碱性吸附基团；R2选自分散基团；R相同或不同，彼此独立性选自C1-6烷基或氢；*为连接端。
根据本发明的实施方式，R1选自噻唑基
Figure BDA0003896571630000062
咪唑基
Figure BDA0003896571630000063
或吡啶基
Figure BDA0003896571630000064
根据本发明的实施方式，R2选自-CONH2、-CONH(CH2)zOH(z为1～6之间的整数)、-CN、-COOH、-COOLi、-COONa、-COO(CH2)mOH(m为1～6之间的整数)或-COO(CH2)nCH3(n为1～10之间的整数)。
根据本发明的实施方式，R相同或不同，彼此独立性选自C1-3烷基或氢。
根据本发明的实施方式，R相同或不同，彼此独立性选自CH3或氢。
根据本发明的实施方式，所述R1来源于含有碳碳双键的可以形成式2所示重复单元的聚合单体，具体选自1-乙烯基咪唑、乙烯基吡啶、5-乙烯基噻唑中的至少一种。
根据本发明的实施方式，所述R2来源于含有碳碳双键的可以形成式3所示重复单元的聚合单体，具体选自丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、羟乙基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸锂、甲基丙烯酸钠、丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸、丙烯酸锂、丙烯酸钠中的至少一种。
根据本发明的实施方式，所述负极粘结剂可以在负极端捕获正极溶出的金属离子；具体地，所述R1基团中的N原子上的孤对电子可以与过渡金属离子(如镍、钴、锰、铁等离子)形成配位作用，进行络合，降低负极界面的游离过渡金属离子的浓度，从而达到降低负极端溶剂的副反应的目的。同时，由于R2基团的存在，所述负极粘结剂还具有良好的分散性。
根据本发明的实施方式，所述聚合物为至少一种式2所示的重复单元和至少一种式3所示的重复单元形成的共聚物。具体的，为无规共聚物或嵌段共聚物，优选为无规共聚物。
根据本发明的实施方式，所述式2所示的重复单元占所述共聚物总摩尔量的1mol％～60mol％(例如为1mol％、2mol％、3mol％、4mol％、5mol％、6mol％、7mol％、8mol％、9mol％、10mol％、15mol％、18mol％、20mol％、22mol％、25mol％、28mol％、30mol％、32mol％、35mol％、38mol％、40mol％、45mol％、50mol％、55mol％或60mol％)；所述式3所示的重复单元占所述共聚物总摩尔量的40mol～99mol％(例如为40mol％、45mol％、50mol％、55mol％、60mol％、65mol％、70mol％、75mol％、80mol％、85mol％、90mol％、95mol％、98mol％或99mol％)。通过调控式2所示的重复单元和式3所示的重复单元的摩尔占比，可以实现对负极粘结剂性能的调整。
根据本发明的实施方式，所述聚合物的重均分子量为3000～200万；此区间分子量的聚合物可满足粘结力的可控调节，聚合物的分子量太低，例如低于3000时，分子之间的内聚力降低，粘结力也会太低，而聚合物的分子量过高，例如高于200万时，使用过程中分子之间缠绕严重，不利于对活性物质的粘结。
根据本发明的实施方式，所述聚合物的分解温度为>300℃。即所述聚合物在300℃以下不会分解，说明聚合物的热稳定性高。所述聚合物的玻璃化转变温度为<60℃(DSC测试)，即所述聚合物的粘结强度高，可以赋予粘结剂很好的韧性，可以使极片保持一定的韧性。
根据本发明的实施方式，所述负极粘结剂具有如下式I所示的结构式：
Figure BDA0003896571630000081
其中，x:y为(1～60):(40～99)；R1、R2的定义如上所述。
根据本发明的实施方式，所述粘结剂具有如下式II所示的结构式：
Figure BDA0003896571630000082
其中，x、y的定义同上。
本发明还提供上述负极粘结剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
将含R1基团的聚合单体和含R2基团的聚合单体，溶于水(或DMF，NMP，DMSO)中，根据聚合体系选择合适引发剂和催化剂，进行共聚反应，制备得到所述粘结剂。
根据本发明的实施方式，共聚方法可选用自由基聚合或氧化-还原体系聚合、可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)、原子转移自由基聚合(ATRP)或氧化-还原聚合等。
根据本发明的实施方式，所述反应是在惰性气体保护下进行的，所述的惰性气体为高纯氮气或者氩气。
根据本发明的实施方式，所述共聚反应的温度为30～100℃，优选为40～80℃。
根据本发明的实施方式，所述电池的充电截止电压为4.5V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，是一种高分子化合物，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：
本发明提供一种电池，特别是一种具有较优高温存储性能、快充性能同时兼具高安全性的锂离子电池，具体通过优化负极片中负极粘结剂，并在电解液中引入DTD、式1所示化合物和羧酸酯类有机溶剂来构建稳定的SEI膜，抑制过渡金属离子的溶出，降低正极端副反应的发生，使锂离子电池获得较优的高温性能和快充性能。具体地，DTD以及式1所示化合物能够在正负极端发生聚合反应形成SEI膜和CEI膜，形成的SEI膜中含有烷基磺酸锂RSO3Li，为SEI膜增加离子导电性，并提高SEI膜的稳定性，可以有效抑制由于膜分解导致的产气。因此，本发明的电解液可以在负极端形成较薄且稳定SEI膜的成分，提高离子导电性，降低阻抗；在正极端成膜，保护正极，抑制金属离子的溶出，降低溶剂在正极端的反应。进一步地，所述负极粘结剂为含有弱碱性吸附基团的负极粘结剂，其可以进一步吸附溶解于电解液中的金属离子，同时该粘结剂的使用可以提高极片的柔韧性和粘结性能，提高电池的稳定性，避免在安全性能测试过程中，瞬间产生的热量导致电池出现安全事故。而且，由于式1所示化合物的特殊结构，其在高温下发生开环聚合时还能够吸收热量，从而降低反应热量，电池内部的热量聚集，可以进一步提高电池的热箱测试及过充测试的通过率。
附图说明
图1为式II所示的负极粘结剂的核磁谱图。
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。凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
制备例1：负极粘结剂的制备
负极粘结剂的结构式如下所示：
Figure BDA0003896571630000101
合成方法如下：将单体N-乙烯基咪唑(0.94g,10.0mmol)、丙烯酸乙酯(1.0g,10.0mmol)，引发剂AIBN(25.0mg,0.152mmol)和溶剂DMSO(10mL)分别加入到100mL的施兰克瓶中，在氩气氛围下，利用冷冻-解冻法除氧气3次后，在65℃下反应24h。反应结束后，产物用去乙醚析出，并在100℃下真空干燥12h，得到最终产物，产率80％。图1为该负极粘结剂的核磁谱图，各特征峰一一对应，证明负极粘结剂的成功合成(其中x:y＝50:50)，溶剂为DMSO-d6。
制备例2：锂离子电池的制备
(1)正极片制备
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。
(2)负极片制备
将负极活性材料人造石墨、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、粘结剂、导电剂乙炔黑按照重量比98-N:1:N:1进行混合，其中N为0.5～3(具体如表1所示)，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。
(3)电解液制备
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，按照1:1:1的比例混合均匀，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，经过水分和游离酸检测合格后，得到基础电解液。在基础电解液中加入不同含量的DTD、式1所示化合物、羧酸酯类有机溶剂，得到实验组电解液，具体如表1所示。
(4)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，所述锂离子电池的充电电压范围是3.0～4.5V。
锂离子电池60℃35D存储测试：
(1)60℃35D存储测试：将相应所得的电池，在25℃恒温环境下，将其电量调整至50％SOC，来料时测试电池的初始厚度T1，以0.7C恒流恒压充电至上限电压，截止电流0.05C，再以0.5C放电至3.0V，放电所得容量为初始容量C1。将电池以0.7C恒流恒压充电至上限电压，截止电流0.05C，将充满电的电池置于60℃恒温环境下存储35D，监控电池的热态厚度膨胀变化，测试电池60℃35D存储的最终热态厚度T2，锂电池60℃存储厚度膨胀率＝(T2-T1)/T1×100％，将电池搁置在25℃环境中2小时，待电池温度恢复至室温后，用0.5C放电至3.0V，记录放电容量为残余容量C2，然后以0.7C恒流恒压充电至上限电压，截止电流0.05C，再以0.5C放电至3.0V，放电所得容量为恢复容量C3，60℃存储后的残余容量保持率＝C2/C1×100％，恢复容量保持率＝C3/C1×100％，结果见表2。
锂离子电池充电温升测试：
(2)充电温升测试：将相应所得的电池置于25℃恒温环境下，分别用0.5C、1C、3C、5C的倍率进行充电，检测相对于0.5C充电时电池在1C、3C、5C充电电池表面温度升高度数，即电池升温度数等于电池在1C、3C、5C的充电时电池表面温度减去0.5C充电时电池表面温度。
锂离子电池热箱测试：
(3)130℃热箱测试：电芯按0.5C恒流恒压充电至充满电后，搁置于恒温箱内，用对流方式或循环热空气箱以起始温度为20+5℃进行加热。热箱温度以5±2℃每分钟的速度升温至130±2℃并在此温度下保持30分钟然后结束试验。判定标准：30min及以内电芯不起火，不爆炸。具体测试结果如表2所示。
锂离子电池过充测试：
(4)3C-5V过充测试：3C-5V过充测试：在环境温度(25±5)℃的条件下，将放完电的电芯以3C电流恒流充电至5.0V后改为恒压充电，充电时间限制7小时或电池表面温度稳定(45min内温差≤2℃)时停止充电。判定标准：电芯不起火，不爆炸。具体测试结果如表2所示。
表1对比例和实施例的锂离子电池的组成
Figure BDA0003896571630000131
表2对比例和实施例的锂离子电池的电性能及安全测试结果
Figure BDA0003896571630000132
Figure BDA0003896571630000141
如表2所示，对比例1-对比例6，固定了羧酸酯类有机溶剂、DTD、式1所示化合物的含量，发现随着负极粘结剂含量的增加，60℃存储的厚度膨胀、5C充电温升先降低后升高，60℃残余容量/恢复容量保持率先升高后降低，主要是因为负极粘结剂在合适的使用范围内，对构建稳定的SEI界面有着重要的作用，此时电池的性能较优。当负极粘结剂的含量过少的时候，无法实现其络合金属离子和稳定SEI界面的作用；当粘结剂含量过高时，由于电池阻抗的增大，极片表面的副反应也相应增加，电池的性能会出现劣化。
实施例4、对比例7至对比例11，固定了负极粘结剂、DTD、式1所示化合物的含量，发现随着羧酸酯类有机溶剂含量的增加，60℃存储的厚度膨胀、5C充电温升先降低后升高，60℃残余容量/恢复容量保持率先升高后降低，羧酸酯类有机溶剂含量在合适范围内的时候性能最优。当羧酸酯类有机溶剂含量小于限定范围时，电解液的电导率较低，阻抗相对较大，电池性能较差。当羧酸酯类有机溶剂含量大于限定范围时，由于其会跟负极粘结剂有一个相互作用，增大了负极粘结剂的溶胀率，反而劣化了电池的性能。
实施例4、对比例1至对比例17，固定了负极粘结剂、羧酸酯类有机溶剂、式1所示化合物的含量；或者实施例4、对比例18至对比例22，固定了负极粘结剂、羧酸酯类有机溶剂、DTD的含量，发现随着DTD或式1所示化合物含量的增加，60℃存储的厚度膨胀、5C充电温升先降低后升高，60℃残余容量/恢复容量保持率先升高后降低，DTD及式1所示化合物含量在合适范围内的时候性能最优。当DTD或式1所示化合物含量小于限定范围时，电池成膜不完整，导致电池的性能较差，起不到很好的作用。当DTD及式1所示化合物含量大于限定范围时，由于在正负极界面形成的SEI/CEI膜较厚，增大了电池的阻抗，增加了界面的副反应，导致电池的性能变差。
从60℃35D存储的性能测试结果也可以反映出电解液存储之后电解液中的过渡金属离子的降低，证明负极粘结剂可以吸附过渡金属离子。
综上，可以看出，应用本发明方案的锂离子电池具备较优的高温存储性能、大倍率充电性能和高安全性能，表现出极高的应用价值。以上是针对本发明的可行实施例的具体说明，但并不能限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池，其特征在于，所述电池包括正极片、负极片、隔膜和电解液；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；
所述负极粘结剂为含有弱碱性吸附基团的负极粘结剂；
所述电解液包括硫酸亚乙酯(DTD)、羰基咪唑类化合物和羧酸酯类有机溶剂。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述羰基咪唑类化合物的结构式如式1所示化合物：
Figure FDA0003896571620000011
式1中，R11选自氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳基、烷基磺酰基；若为取代时，取代基为烷基、卤素；
R12、R13、R14相同或不同，彼此独立地选自氰基、取代或未取代的烷基；若为取代时，取代基为烷基、氰基。
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述式1所示化合物的加入量占电解液总质量的质量百分含量Z为0.5wt％～3wt％。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述羧酸酯类有机溶剂选自乙酸乙酯(EA)、丙酸乙酯(EP)或丙酸丙酯(PP)中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述羧酸酯类有机溶剂的加入量占电解液总质量的质量百分含量X为5wt％～40wt％。
6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述硫酸亚乙酯的加入量占电解液总质量的质量百分含量Y为0.1wt％～3wt％。
7.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述含有弱碱性吸附基团的负极粘结剂在负极片中的质量百分含量N为0.5wt％～3wt％。
8.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述含有弱碱性吸附基团的负极粘结剂包括至少一种聚合物，所述聚合物包括至少一种式2所示的重复单元和至少一种式3所示的重复单元：
Figure FDA0003896571620000021
其中，R1选自弱碱性吸附基团；R2选自分散基团；R相同或不同，彼此独立性选自C1-6烷基或氢；*为连接端。
9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，R1选自噻唑基
Figure FDA0003896571620000022
咪唑基
Figure FDA0003896571620000023
或吡啶基
Figure FDA0003896571620000024
R2选自-CONH2、-CONH(CH2)zOH(z为1～6之间的整数)、-CN、-COOH、-COOLi、-COONa、-COO(CH2)mOH(m为1～6之间的整数)或-COO(CH2)nCH3(n为1～10之间的整数)。
10.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述聚合物为至少一种式2所示的重复单元和至少一种式3所示的重复单元形成的共聚物；
所述式2所示的重复单元占所述共聚物总摩尔量的1mol％～60mol％；所述式3所示的重复单元占所述共聚物总摩尔量的40mol～99mol％。
CN202211275750.0A 2022-10-18 2022-10-18 一种电池 Pending CN115911509A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211275750.0A CN115911509A (zh) 2022-10-18 2022-10-18 一种电池
PCT/CN2023/125211 WO2024083148A1 (zh) 2022-10-18 2023-10-18 一种电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211275750.0A CN115911509A (zh) 2022-10-18 2022-10-18 一种电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115911509A true CN115911509A (zh) 2023-04-04

Family

ID=86490463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211275750.0A Pending CN115911509A (zh) 2022-10-18 2022-10-18 一种电池

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN115911509A (zh)
WO (1) WO2024083148A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024083148A1 (zh) * 2022-10-18 2024-04-25 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电池

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018174038A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 Tdk株式会社 リチウムイオン二次電池負極用バインダー、リチウムイオン二次電池用負極及びこれを用いたリチウムイオン二次電池
CN111244546B (zh) * 2020-01-20 2021-08-17 珠海冠宇电池股份有限公司 一种适用于快充的锂离子电池用电解液及锂离子电池
CN111600033B (zh) * 2020-05-28 2021-04-13 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极粘结剂及其应用
CN113517470A (zh) * 2021-05-13 2021-10-19 杉杉新材料（衢州）有限公司 一种高镍高电压三元锂离子电池非水电解液及锂离子电池
CN114094165B (zh) * 2021-11-09 2023-06-09 珠海冠宇电池股份有限公司 一种锂离子电池
CN115911509A (zh) * 2022-10-18 2023-04-04 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024083148A1 (zh) * 2022-10-18 2024-04-25 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电池

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024083148A1 (zh) 2024-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111635478B (zh) 一种低阻抗粘结剂及其制备方法和用途
CN109216659B (zh) 一种粘结剂，使用该粘结剂的电极极片及二次电池
CN111725575A (zh) 高镍锂电池和汽车
JP7520242B2 (ja) バインダー化合物及びその製造方法
CN112940156A (zh) 一种预锂化聚合物及其制备方法和应用
WO2024083148A1 (zh) 一种电池
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
CN110698586B (zh) 一种锂电池正极添加剂及其制备方法
CN111342048B (zh) 一种粘结剂及其制备方法和应用
CN116259845A (zh) 电解液和电池
CN114316119B (zh) 一种粘结剂及包括该粘结剂的电池
CN114142039B (zh) 一种粘结剂及包括该粘结剂的锂离子电池
CN116284536A (zh) 共聚物和用于锂电池的粘结剂
CN115441057A (zh) 一种电解液及包括该电解液的电池
CN112825369B (zh) 一种高温性能优异的高电压锂离子电池
CN114361423A (zh) 一种纳米晶铁硅合金基正极材料及其制备方法
CN113346086A (zh) 粘结剂及其制备方法与应用、负极片和锂离子电池
EP3706218A1 (en) Electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
CN116344826B (zh) 复合导电剂、包含其的负极组合物、负极极片、电池和用电装置
WO2024113081A1 (zh) 粘结剂、极片、二次电池和用电装置
EP4318679A1 (en) Binder and preparation method therefor, secondary battery, battery module, battery pack and electric device
CN117050232B (zh) 固态聚合物电解质、锂离子电池及包含其的终端
CN115513464B (zh) 一种水性粘结剂、制备方法及包含水性粘结剂的锂电池
CN118589034A (zh) 一种聚合物电解质及其制备方法和应用
CN118476064A (zh) 用于正极极片的水性粘接剂以及由其制备的正极极片

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