CN117638201A - 锂离子电池和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种锂离子电池和电子装置。具体而言，本申请提供一种锂离子电池，其包括：正极、负极和电解液；正极包括正极材料层；正极材料层包括：磷酸锰铁锂和烷基咪唑磷酸酯；电解液包括：双草酸二氟磷酸锂。本申请能够改善高温循环后的容量保持率和低温下充放电循环中的电压降。

Description

锂离子电池和电子装置
技术领域
本申请涉及储能领域，具体涉及一种锂离子电池和电子装置。
背景技术
随着动力电池在电动车方面的应用及推广，电池的能量密度受到越来越多的关注和挑战，相较于磷酸铁锂，磷酸锰锂具有更高的平台电压，因此是更理想的高能量密度动力电池正极材料。然而，磷酸锰锂的本征电导率较低，导致其电化学性能无法发挥出来。同时，充放电过程中锰存在较严重的姜-泰勒效应，并存在锰溶解的问题，导致较差的循环性能。现有技术主要通过对磷酸锰锂的锰位进行部分铁掺杂或替换，以得到磷酸锰铁锂(LiMnxFe1-xPO4)，来改善这些问题。但是现有技术中，为了满足能量密度的需求，磷酸锰铁锂往往需要较高比例的锰重量百分含量，高重量百分含量的锰会导致磷酸锰铁锂电导率的下降，因此常用降低一次颗粒尺寸、表面碳包覆、喷雾干燥制备二次球等方式改善电导率，然而，这些改善电导率的方式会降低磷酸锰铁锂的能量密度，同时，采用上述方式制备的材料在匀浆和涂布过程中易发生浆料凝胶、膜片开裂、掉粉等问题，限制了磷酸锰铁锂的进一步发展。
发明内容
本申请实施例通过调整在电化学装置中应用的正极组成和电解液中的成分以在某种程度上解决存在于现有技术的问题。
在本申请的一方面，本申请提供一种锂离子电池，其包括：正极、负极和电解液；正极包括正极材料层；正极材料层包括：磷酸锰铁锂和烷基咪唑磷酸酯；所述电解液包括：双草酸二氟磷酸锂。该设计不仅防止正极材料层表面开裂，而且能够充分改善高温循环后的容量保持率和低温下充放电循环中的电压降。
根据本申请的一些实施例，所述烷基咪唑磷酸酯包括：1-十二烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯、1-十四烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯、1-十六烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯、1-十八烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯、1-十二烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯、1-十四烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯、1-十六烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯或1-十八烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯中的至少一种。合适的碳链长度不仅有利于改善正极浆料表面张力，还可以改善正极材料层与正极集流体之间的粘结力，从而进一步提升电池性能。
根据本申请的一些实施例，所述锂离子电池满足关系式：0.2≤a/b≤5，其中，基于正极材料层的重量，所述烷基咪唑磷酸酯的重量百分含量为a%；基于电解液的重量，所述双草酸二氟磷酸锂的重量百分含量为b%。优选1≤a/b≤4，从而可以进一步改善高温循环后的容量保持率和低温下充放电循环中的电压降。
根据本申请的一些实施例，0.05≤a≤5，优选0.5≤a≤2，有助于进一步改善高温循环后的容量保持率和低温下充放电循环中的电压降。
根据本申请的一些实施例，0.05≤b≤5，优选0.5≤b≤2，有助于进一步改善高温循环后的容量保持率和低温下充放电循环中的电压降。
根据本申请的一些实施例，所述电解液还包括：芳香化合物。多种含氧官能团、含氮官能团以及含锂官能团，和芳香化合物独特的电子排布结构发生分子间相互作用，在含锂磷酸盐表面形成结构稳定的防护膜，不仅改善低温下充放电循环中的电压降，还提高了低温倍率性能。
根据本申请的一些实施例，所述芳香化合物包括：氟苯、环己基苯、联苯或2,2-联吡啶中的至少一种，优选芳香化合物中包括2,2-联吡啶，对抑制Mn3+的歧化反应有更优效果。
根据本申请的一些实施例，基于电解液的重量，所述芳香化合物的重量百分含量为c%，0.05≤c≤4 ，优选0.5≤c≤3，有助于进一步改善低温下倍率性能。
根据本申请的一些实施例，所述芳香化合物的重量百分含量为c%，且满足关系：1≤b+c≤3.5，优选1.2≤b+c≤3，可以进一步改善低温下倍率性能。
在本申请的另一方面，本申请提供一种电子装置，其包括本申请任一所述的锂离子电池。
本申请通过使用特定的正极结构和电解液的组合，该设计不仅防止正极材料层表面开裂，而且能够充分改善高温循环后的容量保持率和低温下充放电循环中的电压降。
本申请实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。
具体实施方式
本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。除非另外明确指明，本申请使用的下述术语具有下文指出的含义。
本申请通过使用特定的正极组分和电解液的组合，该设计不仅防止正极材料层表面开裂，而且能够充分改善高温循环后的容量保持率和低温下充放电循环中的电压降。
在一个实施例中，本申请提供了一种锂离子电池，其包括如下所述的正极、负极和电解液。
I、正极
正极包括正极集流体和设置在所述正极集流体表面上的正极材料层。
正极材料层包含正极材料，所述正极材料层可以是一层或多层。多层正极材料中的每层可以包含相同或不同的正极材料。正极材料为任何能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子的物质。
本申请涉及一种锂离子电池和电子装置。具体而言，本申请提供一种锂离子电池，其包括：正极、负极和电解液；正极包括：正极集流体和位于正极集流体一侧或两侧的正极材料层；正极材料层包括：磷酸锰铁锂和烷基咪唑磷酸酯；电解液包括：双草酸二氟磷酸锂。该设计不仅防止正极材料层表面开裂，而且能够充分改善高温循环后的容量保持率和低温下充放电循环中的电压降。
在一些实施例中，正极材料层包括磷酸锰铁锂和烷基咪唑磷酸酯时，烷基咪唑磷酸酯的多种含氧、含氮和含磷官能团，在磷酸锰铁锂表面形成了稳定的界面防护，不仅提升正极材料层的内聚力，还改善了正极材料层与正极集流体之间的粘结力，有效改善了极片开裂，意外是，当上述正极用于含双草酸二氟磷酸锂的电解液体系中，多种官能团之间的相互作用，不仅进一步对极片的粘结力进行了提升，且可抑制Mn3+的歧化反应，从而抑制了充放电循环中的磷酸锰铁锂材料的晶体结构破坏和极片的膨胀开裂，特别是提升低温下离子电导，显著改善高温循环后的容量保持率和低温下充放电循环中的电压降。
在一些实施例中，所述烷基咪唑磷酸酯包括1-十二烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯、1-十四烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯、1-十六烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯、1-十八烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯、1-十二烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯、1-十四烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯、1-十六烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯或1-十八烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯中的至少一种。优选，所述烷基咪唑磷酸酯包括：1-十六烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯或1-十六烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯，合适的碳链长度不仅有利于改善正极浆料表面张力，还可以改善正极材料层与正极集流体之间的粘结力，从而进一步提升电池性能。
在一些实施例中，基于正极材料层的重量，所述烷基咪唑磷酸酯的重量百分含量为a%；基于电解液的重量，所述双草酸二氟磷酸锂的重量百分含量为b%，二者满足关系式：0.01≤a/b≤12。在一些实施例中，0.1≤a/b≤10。在一些实施例中，0.2≤a/b≤5。在一些实施例中，0.1≤a/b≤4。在一些实施例中，1≤a/b≤4。在一些实施例中，a/b为0.01、0.02、0.1、0.2、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9、10、11、12或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当烷基咪唑磷酸酯和双草酸二氟磷酸锂的重量配比满足上述比例，可以进一步改善高温循环后的容量保持率和低温下充放电循环中的电压降。
在一些实施例中，基于正极材料层的重量，所述烷基咪唑磷酸酯的重量百分含量为a%，其中0.05≤a≤5。在一些实施例中，0.1≤a≤5。在一些实施例中，0.2≤a≤4。在一些实施例中，0.5≤a≤2。在一些实施例中，a为0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当正极材料层中烷基咪唑磷酸酯的重量百分含量在上述范围内时，有助于进一步改善高温循环后的容量保持率和低温下充放电循环中的电压降。
在一些实施例中，基于电解液的重量，所述双草酸二氟磷酸锂的重量百分含量为b%，其中0.05≤b≤5。在一些实施例中，0.02≤b≤4。在一些实施例中，0.03≤b≤4。在一些实施例中，0.05≤b≤4。在一些实施例中，0.1≤b≤5。在一些实施例中，0.5≤b≤2。在一些实施例中，a为0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当电解液中双草酸二氟磷酸锂的重量百分含量在上述范围内时，有助于进一步改善高温循环后的容量保持率和低温下充放电循环中的电压降。
在一些实施例中，所述磷酸锰铁锂的形状包括，但不限于，块状、多面体状、球状、椭圆球状、板状、针状和柱状等。在一些实施例中，所述橄榄石结构的磷酸锰铁锂包括一次颗粒、二次颗粒或其组合。在一些实施例中，一次颗粒可以凝集而形成二次颗粒。
在一些实施例中，正极材料层还包括正极导电材料。正极导电材料的种类没有限制，可以使用任何已知的导电材料。正极导电材料的实例可包括，但不限于，乙炔黑等炭黑；针状焦等无定形碳等碳材料；碳纳米管；石墨烯等。上述正极导电材料可单独使用或任意组合使用。
在一些实施例中，正极材料层还包括正极粘结剂。正极材料层的制造中使用的正极粘合剂的种类没有特别限制，在涂布法的情况下，只要是在电极制造时使用的液体介质中可溶解或分散的材料即可。正极粘合剂的实例可包括，但不限于，以下中的一种或多种：聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、芳香族聚酰胺、纤维素、硝酸纤维素等树脂系高分子；丁苯橡胶（SBR）、丁腈橡胶（NBR）、氟橡胶、异戊二烯橡胶、聚丁橡胶、乙烯-丙烯橡胶等橡胶状高分子；苯乙烯·丁二烯·苯乙烯嵌段共聚物或其氢化物、乙烯·丙烯·二烯三元共聚物（EPDM）、苯乙烯·乙烯·丁二烯·乙烯共聚物、苯乙烯·异戊二烯·苯乙烯嵌段共聚物或其氢化物等热塑性弹性体状高分子；间规-1,2-聚丁二烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯·乙酸乙烯酯共聚物、丙烯·α-烯烃共聚物等软质树脂状高分子；聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯、氟化聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯·乙烯共聚物等氟系高分子；具有碱金属离子（特别是锂离子）的离子传导性的高分子组合物等。上述正极粘合剂可单独使用或任意组合使用。
在一些实施例中，锂离子电池制造过程中用于形成正极浆料的溶剂的种类没有限制，只要是能够溶解或分散正极材料、导电材料、正极粘合剂和根据需要可以使用也可以不使用的增稠剂的溶剂即可。用于形成正极浆料的溶剂的实例可包括水系溶剂和有机系溶剂中的任一种。水系介质的实例可包括，但不限于，水和醇与水的混合介质等。有机系介质的实例可包括，但不限于，己烷等脂肪族烃类；苯、甲苯、二甲苯、甲基萘等芳香族烃类；喹啉、吡啶等杂环化合物；丙酮、甲基乙基酮、环己酮等酮类；乙酸甲酯、丙烯酸甲酯等酯类；二亚乙基三胺、N,N-二甲氨基丙胺等胺类；二乙醚、环氧丙烷、四氢呋喃(THF)等醚类；N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等酰胺类；六甲基磷酰胺、二甲基亚砜等非质子性极性溶剂等。
在一些实施例中，正极材料层还包括增稠剂。增稠剂通常是为了调节浆料的粘度而使用的。在使用水系介质的情况下，可使用增稠剂和丁苯橡胶（SBR）乳液进行浆料化。增稠剂的种类没有特别限制，其实例可包括，但不限于，羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟甲基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇、氧化淀粉、磷酸化淀粉、酪蛋白和它们的盐等。上述增稠剂可单独使用或任意组合使用。
在一些实施例中，正极集流体的种类没有特别限制，其可为任何已知适于用作正极集流体的材质。正极集流体的实例可包括，但不限于，铝、不锈钢、镍镀层、钛、钽等金属材料；碳布、碳纸等碳材料。在一些实施例中，正极集流体为金属材料。在一些实施例中，正极集流体为铝。
在一些实施例中，为了降低正极集流体和正极材料层的电子接触电阻，正极集流体的表面可包括导电助剂或导电涂层。导电助剂的实例可包括，但不限于，碳和金、铂、银等贵金属类。导电涂层的实例可包括含有无机氧化物、导电剂、粘结剂的混合物层。
正极可以通过在集流体上形成含有正极材料和粘结剂的正极材料层来制作。使用正极材料的正极的制造可以通过常规方法来进行，即，将正极材料和粘结剂、以及根据需要的导电材料和增稠剂等进行干式混合，制成片状，将所得到的片状物压接至正极集流体上；或者将这些材料溶解或分散于液体介质中而制成浆料，将该浆料涂布到正极集流体上并进行干燥，从而在集流体上形成正极材料层，由此可以得到正极。
II、电解液
本申请的锂离子电池中的使用的电解液包括电解质和溶解该电解质的溶剂。在一些实施例中，本申请的电解液包括双草酸二氟磷酸锂。
在一些实施例中，所述电解液还包括芳香化合物。
一些实施例中，当含有橄榄石结构的磷酸锰铁锂的正极用于含双草酸二氟磷酸锂和芳香化合物的电解液体系中，多种含氧官能团、含氮官能团以及含锂官能团，和芳香化合物独特的电子排布结构发生分子间相互作用，在含锂磷酸盐表面形成结构稳定的防护膜，不仅改善低温下充放电循环中的电压降，还出乎意料的提高了低温倍率性能。
在一些实施例中，所述芳香化合物包括氟苯(FB)、环己基苯(CHB)、联苯(BP)或2,2-联吡啶中(2,2-py)的至少一种。优选芳香化合物包括2,2-联吡啶，对抑制Mn3+的歧化反应有更优效果。
在一些实施例中，基于电解液重量，所述芳香化合物的重量百分含量为c%，其中0.05≤c≤5。在一些实施例中，0.1≤c≤4。在一些实施例中，0.3≤c≤3。在一些实施例中，0.5≤c≤3。在一些实施例中，c为0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1、1.5、2、2.5、3、4、5或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当芳香化合物化合物的重量百分含量在上述范围内时，有助于进一步改善低温下倍率性能。
在一些实施例中，基于电解液重量，所述芳香化合物的重量百分含量为c%，且满足关系：0.55≤b+c≤6.5。当锂离子电池满足上述关系时，能够获得进一步改善的低温倍率性能。在一些实施例中，0.2≤b+c≤5。在一些实施例中，0.5≤b+c≤4。在一些实施例中，1≤b+c≤3.5。在一些实施例中，1.2≤b+c≤3。在一些实施例中，b+c为0.05、0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、6.5或在由上述任意两个数值所组成的范围内。当b+c在上述范围内时，可以进一步改善低温下倍率性能。
在一些实施例中，所述电解液进一步包含现有技术中已知的任何可作为电解液的溶剂的非水溶剂。
在一些实施例中，所述非水溶剂包括，但不限于，以下中的一种或多种：环状碳酸酯、链状碳酸酯、环状羧酸酯、链状羧酸酯、环状醚、链状醚、含磷有机溶剂和含硫有机溶剂。
在一些实施例中，本申请的电解液中使用的溶剂包括环状碳酸酯、链状碳酸酯、环状羧酸酯、链状羧酸酯及其组合。在一些实施例中，本申请的电解液中使用的溶剂包含选自由下列物质组成的群组的有机溶剂：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸正丙酯、乙酸乙酯及其组合。在一些实施例中，本申请的电解液中使用的溶剂包含：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯及其组合。
在一些实施例中，电解质没有特别限制，可以任意地使用作为电解质公知的物质。电解质的重量没有特别限制，只要不损害本申请的效果即可。
III、负极
负极包括负极集流体和位于所述负极集流体一侧或两侧表面上的材料层，负极材料层包含负极材料。在一些实施例中，负极材料层的可充电容量大于正极材料层的放电容量，以防止在充电期间锂金属无意地析出在负极上。
一些实施例中，作为保持负极材料的负极集流体，可以任意使用公知的负极集流体。负极集流体的实例包括，但不限于，铜、镍、不锈钢、镀镍钢等金属材料。在一些实施例中，负极集流体为铜。
负极材料没有特别限制，只要能够可逆地吸藏、放出锂离子即可。负极材料的实例可包括，但不限于，天然石墨、人造石墨等碳材料；硅(Si)、锡(Sn)等金属；或Si、Sn等金属元素的氧化物等。负极材料可以单独使用或组合使用。
一些实施例中，负极材料层还可包括负极粘合剂。负极粘合剂可提高负极材料颗粒彼此间的结合和负极材料与集流体的结合。负极粘合剂的种类没有特别限制，只要是对于电解液或电极制造时使用的溶剂稳定的材料即可。在一些实施例中，负极粘合剂包括树脂粘合剂。树脂粘合剂的实例包括，但不限于，氟树脂、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺树脂、丙烯酸系树脂、聚烯烃树脂等。当使用水系溶剂制备负极合剂浆料时，负极粘合剂包括，但不限于，羧甲基纤维素(CMC)或其盐、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)或其盐、聚乙烯醇等。
一些实施例中，负极可以通过以下方法制备：在负极集流体上涂布包含负极材料、树脂粘合剂等的负极合剂浆料，干燥后，进行压延而在负极集流体的两面形成负极材料层，由此可以得到负极。
IV、隔离膜
为了防止短路，在正极与负极之间通常设置有隔离膜。这种情况下，本申请的电解液通常渗入该隔离膜而使用。
一些实施例中，对隔离膜的材料及形状没有特别限制，只要不显著损害本申请的效果即可。所述隔离膜可为由对本申请的电解液稳定的材料所形成的树脂、玻璃纤维、无机物等。在一些实施例中，所述隔离膜包括保液性优异的多孔性片或无纺布状形态的物质等。树脂或玻璃纤维隔离膜的材料的实例可包括，但不限于，聚烯烃、芳香族聚酰胺、聚四氟乙烯、聚醚砜等。在一些实施例中，所述聚烯烃为聚乙烯或聚丙烯。在一些实施例中，所述聚烯烃为聚丙烯。上述隔离膜的材料可以单独使用或任意组合使用。
一些实施例中，所述隔离膜还可为上述材料层积而成的材料，其实例包括，但不限于，按照聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯的顺序层积而成的三层隔离膜等。
一些实施例中，隔离膜包括无机物，无机物的材料的实例可包括，但不限于，氧化铝、二氧化硅等氧化物、氮化铝、氮化硅等氮化物、硫酸盐（例如，硫酸钡、硫酸钙等）。无机物的形式可包括，但不限于，颗粒状或纤维状。
一些实施例中，所述隔离膜的形态可为薄膜形态，其实例包括，但不限于，无纺布、织布、微多孔性膜等。在薄膜形态中，所述隔离膜的孔径为0.01 μm至1 μm，厚度为5 μm至50μm。除了上述独立的薄膜状隔离膜以外，还可以使用下述隔离膜：通过使用树脂类的粘合剂在正极和/或负极的表面形成含有上述无机物颗粒的复合多孔层而形成的隔离膜，例如，将氟树脂作为粘合剂使90%粒径小于1 μm的氧化铝颗粒在正极的两面形成多孔层而形成的隔离膜。
一些实施例中，所述隔离膜的厚度是任意的。在一些实施例中，所述隔离膜的厚度为大于1 μm、大于5 μm或大于8 μm。在一些实施例中，所述隔离膜的厚度为小于50 μm、小于40 μm或小于30 μm。当所述隔离膜的厚度在上述范围内时，则可以确保绝缘性和机械强度，并可以确保锂离子电池的倍率特性和能量密度。
本申请另提供了一种电子装置，其包括根据本申请所述的任一锂离子电池。
本申请的锂离子电池的用途没有特别限定，其可用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，本申请的锂离子电池可用于，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。
下面结合具体的实施例说明锂离子电池的制备，本领域的技术人员将理解，本申请中描述的制备方法仅是实例，其他任何合适的制备方法均在本申请的范围内。
一、锂离子电池的制备
1、负极的制备
将人造石墨、丁苯橡胶和羟丙基羧甲基纤维素钠按照96.5%:2.5%:1%的质量比例与去离子水混合，搅拌均匀，得到浆料。将浆料涂布在9μm厚的铜箔上。干燥，冷压，再经过裁片、焊接极耳，得到负极。
2、正极的制备
将磷酸锰铁锂、Super-P（导电炭黑）和聚偏氟乙烯按照96：2：2的质量比例与N-甲基吡咯烷酮（NMP）混合，再加入烷基咪唑磷酸酯，搅拌均匀，得到正极浆料。将该正极浆料涂布在12 μm厚的铝箔上，干燥，冷压，再经过裁片、焊接极耳，得到正极。
磷酸锰铁锂的制备过程：称取575.48g草酸亚铁、689.7g碳酸锰、380.54g碳酸锂、1150.28g磷酸二氢铵、228.74g葡萄糖加入球磨罐中进行干法球磨混料，转速300rpm/min，球磨时间1h；然后加入1200g水和20g聚乙二醇(分子量2000)进行高能湿法球磨；球磨转速为600rpm/min，分别收集中位直径为2.5μm和0.5μm的浆料；然后将两批浆料按质量比15：1混合进行搅拌，搅拌2h。将搅拌完成的浆料放入鼓风干燥箱进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为24h；干燥完成后收集物料，然后再次转入球磨罐进行球磨粉碎，球磨转速为300rpm/min，球磨时间为1h，最后得到前驱体粉末材料。将前驱体粉末材料装入刚玉匣钵，然后进行压实，再转入管式炉内进行烧结，炉管内空气用纯度99.999％的高纯氮气排空，排空后氧含量控制50ppm以下，进行烧结。升温至700℃保温12个小时进行煅烧，升温速率5℃/min；煅烧完成后降至常温。收集烧结完成的材料，进行过筛、最后经过气流粉碎得到高压实的磷酸锰铁锂正极材料化学式为LiFe0.4Mn0.6PO4。
3、电解液的制备
在干燥氩气环境下，将EC（碳酸乙烯酯）、PC（聚碳酸酯）、DEC（碳酸二乙酯）和PP（聚丙烯）按照重量比2:1:1:2混合，加入LiPF6，形成基础电解液，其中LiPF6的质量含量为12.5%。在基础电解液中加入双草酸二氟磷酸锂和其他添加剂得到不同实施例和对比例的电解液。
4、隔离膜的制备
以7微米厚的聚乙烯多孔聚合物薄膜作为隔离膜。
5、锂离子电池的制备
将得到的正极、隔离膜和负极按顺序卷绕，置于外包装箔中，留下注液口。从注液口灌注电解液，封装，再经过化成、容量等工序制得锂离子电池。
二、测试方法
1.锂离子电池的高温循环后容量保持率的测试方法
在65℃下，将锂离子电池以1 C恒流充电至4.3V，然后恒压4.3V充电至电流为0.05C，再以1 C恒流放电至2.0 V，此为首次循环。按照上述条件对锂离子电池进行800次循环。“1C”是在1小时内将电池容量完全放完的电流值。
通过下式计算锂离子电池的循环后容量保持率：循环后容量保持率=(800次循环后的放电容量/首次循环的放电容量)×100%。
2、锂离子电池低温下的电压降的测试方法
在25℃下，将锂离子电池以1C恒流充电至4.3V，然后恒压充电至电流为0.05 C，再用1 C恒流放电至2.0V，静置5分钟，然后测试电压作为存储前电压。在-20℃下存储24小时后，复测电压作为存储后电压。锂离子电池的电压降按照下式进行计算：电压降=存储前电压－存储后电压。
3、锂离子电池倍率性能测试
在-20℃下，以0.2C放电到2.0V，静置5min，以0.5C充电到4.3V，恒压充电到0.05C后静置5分钟，调整放电倍率，分别以0.2C和5.0C进行放电测试得到放电容量1和放电容量2。低温倍率=（放电容量2 / 放电容量1）×100%。
三、测试结果
表1展示了正极材料层中烷基咪唑磷酸酯和电解液中双草酸二氟磷酸锂对含有磷酸锰铁锂的锂离子电池的高温循环后的容量保持率和低温下的电压降的影响，基于正极材料层的重量，烷基咪唑磷酸酯的重量为a%，基于电解液的重量，双草酸二氟磷酸锂(LiDFOP)的重量为b%，表1中使用烷基咪唑磷酸酯如下：
1-十二烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯（M-12）、1-十四烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯（M-14）、1-十六烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯（M-16）、1-十八烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯（M-18）、1-十二烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯（E-12）、1-十四烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯（E-14）、1-十六烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯（E-16）或1-十八烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯（E-18）。
表1中实施例和对比例制备过程的参数区别仅在于表1所示的参数，其余制备过程的参数相同。
表1
注：括号内为重量百分含量。
当正极材料层包括烷基咪唑磷酸酯和电解液包括双草酸二氟磷酸锂时，由于烷基咪唑磷酸酯和双草酸二氟磷酸锂中包含大量的含氧、氮和磷官能团，不仅在充放电循环中明显抑制Mn3+的歧化反应，稳定正极晶体结构，而且烷基咪唑磷酸酯中官能团和粘结剂、材料之间产生丰富的分子间作用力对极片的粘结力进一步提升，从而显著改善高温循环后的容量保持率和低温下充放电循环中的电压降。
结果表明，当烷基咪唑磷酸酯的重量百分含量为0.1%至5%时，可进一步提升电池性能。当双草酸二氟磷酸锂的重量百分含量为0.1%至5%时，也可进一步提升电池性能。尤其烷基咪唑磷酸酯和双草酸二氟磷酸锂化合物的重量同时满足0.1≤a≤5、0.1≤b≤5且0.2≤a/b≤5时，获得进一步改善的效果，对于低温下充放电循环中的电压降的改善尤其明显。
表2展示了电解液添加剂芳香化合物对锂离子电池的高温循环后的容量保持率、低温下的电压降和倍率性能的影响。除表2中所列参数以外，实施例2-1至2-24与实施例1-3的设置相同。实施例2-25至2-31分别与实施例1-17至1-23的设置相同。
表2
结果表明，当橄榄石结构的磷酸锰铁锂正极材料和烷基咪唑磷酸酯用于含双草酸二氟磷酸锂和芳香化合物的电解液体系中，多种含氧官能团、含氮官能团以及含锂官能团，和芳香化合物独特的电子排布结构发生分子间相互作用，在磷酸锰铁锂和烷基咪唑磷酸酯的混合物表面形成结构稳定的防护膜，不仅改善低温下充放电循环中的电压降，还出乎意料的提高了低温倍率性能。
当芳香化合物的重量百分含量为0.1%至4%时，可进一步提升电池性能。当双草酸二氟磷酸锂的重量百分含量为0.1%至5%时，也可进一步提升电池性能。尤其烷基咪唑磷酸酯和双草酸二氟磷酸锂化合物的重量百分含量同时满足0.1≤c≤4、0.1≤b≤5且1≤b+c≤3.5时，获得进一步改善的效果，对于低温下倍率性能的改善尤其明显。
整个说明书中对“实施例”、“部分实施例”、“一个实施例”、“另一举例”、“举例”、“具体举例”或“部分举例”的引用，其所代表的意思是在本申请中的至少一个实施例或举例包含了该实施例或举例中所描述的特定特征、结构、材料或特性。因此，在整个说明书中的各处所出现的描述，例如：“在一些实施例中”、“在实施例中”、“在一个实施例中”、“在另一个举例中”，“在一个举例中”、“在特定举例中”或“举例”，其不必然是引用本申请中的相同的实施例或示例。此外，本申请中的特定特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例或举例中结合。
尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。

Claims (15)

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括：
正极、负极和电解液；
所述正极包括正极材料层；所述正极材料层包括：磷酸锰铁锂和烷基咪唑磷酸酯；
所述电解液包括：双草酸二氟磷酸锂。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述烷基咪唑磷酸酯包括：1-十二烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯、1-十四烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯、1-十六烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯、1-十八烷基-3-甲基-咪唑磷酸二甲酯、1-十二烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯、1-十四烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯、1-十六烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯或1-十八烷基-3-甲基-咪唑磷酸二乙酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，基于所述正极材料层的重量，所述烷基咪唑磷酸酯的重量百分含量为a%；基于电解液的重量，所述双草酸二氟磷酸锂的重量百分含量为b%，0.2≤a/b≤5。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，基于所述正极材料层的重量，所述烷基咪唑磷酸酯的重量百分含量为a%；基于电解液的重量，所述双草酸二氟磷酸锂的重量百分含量为b%，1≤a/b≤4。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的锂离子电池，其特征在于， 基于所述正极材料层的重量，所述烷基咪唑磷酸酯的重量百分含量为a%，0.05≤a≤5。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的锂离子电池，其特征在于， 基于所述正极材料层的重量，所述烷基咪唑磷酸酯的重量百分含量为a%，0.5≤a≤2。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的锂离子电池，其特征在于，基于电解液的重量，所述双草酸二氟磷酸锂的重量百分含量为b%，0.05≤b≤5。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的锂离子电池，其特征在于，基于电解液的重量，所述双草酸二氟磷酸锂的重量百分含量为b%，0.5≤b≤2。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述电解液还包括：芳香化合物。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述芳香化合物包括：氟苯、环己基苯、联苯或2,2-联吡啶中的至少一种。
11.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，基于所述电解液的重量，所述芳香化合物的重量百分含量为c%，0.05≤c≤4。
12.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，基于所述电解液的重量，所述芳香化合物的重量百分含量为c%，0.5≤c≤3。
13.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，基于所述电解液的重量，所述双草酸二氟磷酸锂的重量百分含量为b%；基于所述电解液的重量，所述芳香化合物的重量百分含量为c%，且满足关系：1≤b+c≤3.5。
14.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，基于所述电解液的重量，所述双草酸二氟磷酸锂的重量百分含量为b%；基于所述电解液的重量，所述芳香化合物的重量百分含量为c%，且满足关系：1.2≤b+c≤3。
15.一种电子装置，其特征在于，包括：根据权利要求1至14中任一项所述的锂离子电池。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109273764A (zh) * 2018-09-14 2019-01-25 东莞市杉杉电池材料有限公司 一种锂离子电池电解液及含有该电解液的锂离子电池
CN110085913A (zh) * 2019-05-23 2019-08-02 河南电池研究院有限公司 一种适用于高镍正极材料和硅碳负极材料的锂离子电池电解液及其制备方法
CN115719833A (zh) * 2022-11-30 2023-02-28 广州天赐高新材料股份有限公司 一种锂离子电池电解液及锂离子电池
KR20230035681A (ko) * 2021-11-18 2023-03-14 닝더 엠프렉스 테크놀로지 리미티드 전기화학 디바이스 및 전자 디바이스
WO2023087937A1 (zh) * 2021-11-18 2023-05-25 宁德新能源科技有限公司 一种电化学装置及电子装置
CN116314817A (zh) * 2023-03-30 2023-06-23 天目湖先进储能技术研究院有限公司 一种正极极片及其电化学装置
CN116387605A (zh) * 2023-03-31 2023-07-04 宁德新能源科技有限公司 一种电化学装置和电子装置
CN117013082A (zh) * 2023-08-16 2023-11-07 广州天赐高新材料股份有限公司 一种耐高压电解液及锂离子电池
CN117117324A (zh) * 2023-09-28 2023-11-24 深圳新宙邦科技股份有限公司 一种锂离子电池

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109273764A (zh) * 2018-09-14 2019-01-25 东莞市杉杉电池材料有限公司 一种锂离子电池电解液及含有该电解液的锂离子电池
CN110085913A (zh) * 2019-05-23 2019-08-02 河南电池研究院有限公司 一种适用于高镍正极材料和硅碳负极材料的锂离子电池电解液及其制备方法
KR20230035681A (ko) * 2021-11-18 2023-03-14 닝더 엠프렉스 테크놀로지 리미티드 전기화학 디바이스 및 전자 디바이스
WO2023087937A1 (zh) * 2021-11-18 2023-05-25 宁德新能源科技有限公司 一种电化学装置及电子装置
CN115719833A (zh) * 2022-11-30 2023-02-28 广州天赐高新材料股份有限公司 一种锂离子电池电解液及锂离子电池
CN116314817A (zh) * 2023-03-30 2023-06-23 天目湖先进储能技术研究院有限公司 一种正极极片及其电化学装置
CN116387605A (zh) * 2023-03-31 2023-07-04 宁德新能源科技有限公司 一种电化学装置和电子装置
CN117013082A (zh) * 2023-08-16 2023-11-07 广州天赐高新材料股份有限公司 一种耐高压电解液及锂离子电池
CN117117324A (zh) * 2023-09-28 2023-11-24 深圳新宙邦科技股份有限公司 一种锂离子电池

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