一種含添加劑的鋰離子電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于裡離子電池，尤其設(shè)及含添加劑的裡離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 添加劑作為在化學(xué)電源中使用的少量非儲(chǔ)能材料，可W顯著地提升電池的某些性 能?？v觀化學(xué)電源的發(fā)展歷程，任何電源系統(tǒng)技術(shù)走向成熟多多少少都要使用添加劑。電 源添加劑具有針對(duì)性強(qiáng)、用量和副作用小等特點(diǎn)，能在不提高或基本不提高生產(chǎn)成本、不改 變?cè)胁牧象w系結(jié)構(gòu)、不變動(dòng)生產(chǎn)工藝的情況下，顯著改善電池的某些宏觀性能，包括電池 容量、正負(fù)極匹配性能、倍率充放電性能、高低溫性能、循環(huán)性能或安全性能等。隨著裡離子 電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，特別是將裡離子電池作為電動(dòng)汽車(chē)的主動(dòng)力源即將其作為動(dòng)力電池 W后，裡離子電池的一些關(guān)鍵技術(shù)亟待解決，添加劑在裡離子電池中的應(yīng)用已勢(shì)在必行，并 已經(jīng)在不同方面取得了進(jìn)展，相關(guān)研究也因而日益活躍。自從C〇2首次被用作裡離子電池 電解液的添加劑開(kāi)始，人們對(duì)添加劑的選擇、使用和優(yōu)化已經(jīng)做了大量的探索和嘗試，電解 液添加劑的選擇逐漸成為近年來(lái)裡離子電池研發(fā)中的一個(gè)熱點(diǎn)，添加劑的種類(lèi)和數(shù)量也因 而得到了迅速的發(fā)展。
[0003] 從添加劑的物質(zhì)種類(lèi)上看，裡離子電池電解液的添加劑包括有機(jī)添加劑和無(wú)機(jī)添 加劑。有機(jī)添加劑具有與裡離子電池電解液互溶性好、優(yōu)化效果佳和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，引起 了人們足夠的重視并得到了迅速的發(fā)展。相比之下，無(wú)機(jī)添加劑的選擇面臨著較大的局限 性。從室溫存在形式上看，添加劑分為氣體添加劑、液體添加劑和固體添加劑。氣體添加劑 的使用使電池內(nèi)壓升高，對(duì)電池的安全性不利，一般較少使用，而與電解液有較好互溶性的 液體或固體添加劑引起了人們更大的興趣和更多的關(guān)注。從添加劑的作用機(jī)制上看，添加 劑可W分為成膜添加劑、耐過(guò)充添加劑、導(dǎo)電添加劑、阻燃添加劑或多功能添加劑。從添加 劑的作用領(lǐng)域來(lái)講，當(dāng)前裡離子電池添加劑主要作用于電池陽(yáng)極，W改善陽(yáng)極和電解液的 界面反應(yīng)，促使固體電解質(zhì)表面膜（SEI膜）的形成和穩(wěn)定。
[0004] 事實(shí)上，電池的綜合性能除了和陽(yáng)極的界面狀況有關(guān)，還與陰極的界面狀況及陰 極物質(zhì)的存在狀況有關(guān)。研究也發(fā)現(xiàn)，裡離子電池陰極表面也可形成電解質(zhì)表面膜（CEI 膜)，且CEI膜的致密程度對(duì)電池的性能亦有較大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提高一種含添加劑的裡離子電池，W改善電池陰極界面及陰極 物質(zhì)存在狀況，從而提高裡離子電池電化學(xué)及安全等綜合性能。為此，本發(fā)明采用W下技術(shù) 方案： 一種含添加劑的裡離子電池，其特征在于它具有機(jī)添加劑，所述添加劑主要作用于裡 離子陰極或陰極過(guò)程；所述有機(jī)添加劑是N，N-幾基二咪挫（CDI)或N，N-幾基二咪挫的衍 生物，或者為N，N-幾基二咪挫（CDI)和N，N-幾基二咪挫的衍生物中的至少兩種。
[0006] 進(jìn)一步地，所述主要作用于裡離子陰極或陰極過(guò)程是將所述添加劑溶解在裡離子 電池電解液溶劑中，再混溶于裡離子電池電解液中，或和裡離子電池電解液分別添加到裡 離子電池中。
[0007] 進(jìn)一步地，所述主要作用于裡離子陰極或陰極過(guò)程是將所述添加劑溶解在裡離子 電池陰極制備過(guò)程中的溶劑里，然后隨陰極物質(zhì)均勻分布在電池陰極中。
[0008] 進(jìn)一步地，所述主要作用于裡離子陰極或陰極過(guò)程是將N，N-幾基二咪挫（CDI)或 N，N-幾基二咪挫的衍生物含在裡離子電池的陰極中或電解液中。
[0009] 進(jìn)一步地，所述裡離子電池電解液溶劑可W溶解所述添加劑，選自碳酸二甲醋 (DMC)、碳酸二乙醋（DEC)、碳酸甲乙醋（EMC)、碳酸丙締醋（PC)、碳酸乙締醋（EC)、丫-下 內(nèi)醋（GBL)、四氨巧喃（THF)、乙酸甲醋（M)、甲酸甲醋（MF)、乙酸丙醋（MP)、二甲基亞諷 (DMSO)、環(huán)下諷（Sul化lane)中的一種或幾種。
[0010] 進(jìn)一步地，所述裡離子電池陰極制備過(guò)程中的溶劑可W溶解所述添加劑，選自 N-甲基化咯燒酬（NMP)、N-乙締基化咯燒酬（肥P)、N，N-二甲基甲酯胺（DMF)、N，N-二甲基 乙酷胺（DMAc)、二甲基亞諷（DMS0)、丙酬中的一種或幾種。
[0011] 進(jìn)一步地，所述的N，N-幾基二咪挫或N，N-幾基二咪挫的衍生物，其純度不低于 98%，水分含量不高于20化pm，優(yōu)選的其純度不低于99%，水分含量不高于50ppm。
[0012] 進(jìn)一步地，所述的添加劑，其添加量為所加注裡離子電池或電池陰極物質(zhì)的 0. 01%-5%，優(yōu)選的其添加量為所加注裡離子電池電解液或電池陰極物質(zhì)的0. 5%-3%。
[0013] 本發(fā)明中，所有百分比均為質(zhì)量百分比。
[0014]N，N-幾基二咪挫的結(jié)構(gòu)為：
N，N-幾基二咪挫（CDI)或N，N-幾基二咪挫的衍生物主要作用于電池陰極或陰極過(guò)程， 除了可W與電解液互溶使用W外，還可W溶于陰極過(guò)程溶劑使用，W改善電池陰極界面及 陰極物質(zhì)存在狀況，從而提高裡離子電池電化學(xué)及安全等綜合性能。
[0015]N，N-幾基二咪挫的衍生物可W是但不局限于其季錠化形成的N，N-幾基二咪挫季 錠鹽（CDI季錠鹽)。
[0016] 在采用本發(fā)明的添加劑中，可W只添加一種，也可W添加數(shù)種，運(yùn)同樣能夠產(chǎn)生本 發(fā)明的技術(shù)效果。本發(fā)明的添加劑也可和N，N-幾基二咪挫（CDI)或N，N-幾基二咪挫的衍 生物之外的其它添加劑混合使用，運(yùn)同樣能夠產(chǎn)生本發(fā)明的技術(shù)效果。
[0017] 由于采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可W顯著提升裡離子電池的倍率、低溫、循環(huán)、高溫 荷電保持等電性能，亦可提高裡離子電池耐過(guò)充電、針刺等安全性能。
【具體實(shí)施方式】 陽(yáng)〇1引實(shí)施例1 將純度為99%的N，N-幾基二咪挫（CDI)溶解于DEC中制成濃度為10%的N，N-幾基二 咪挫（CDI)溶液，然后按0. 5%的添加量將N，N-幾基二咪挫（CDI)溶液加注到裡離子電池基 準(zhǔn)電解液中配成N，N-幾基二咪挫（CDI)電解液。
[0019]將陰極片、隔膜、陽(yáng)極片疊片成軟包電池，其中陰極活性物質(zhì)為儀鉆儘酸裡，陽(yáng)極 活性物質(zhì)為人造石墨，基準(zhǔn)電解液是將LiPFe(I.Omol/L)溶解于重量比為I:I:I的EC、DEC和EMC的混合溶劑中。電池尺寸為8. 0mmX65mmX135mm，設(shè)計(jì)容量l/3C=7000mAh。按正常 工藝向軟包電池加注N，N-幾基二咪挫（CDI)電解液。
[0020] 實(shí)施例2 將純度為98%的N，N-幾基二咪挫（CDI)溶解于陰極過(guò)程溶劑N-甲基化咯燒酬（NMP) 中，添加量為陰極物質(zhì)的3%，然后將陰極粘合劑聚偏氣乙締（PVDF)溶解于其中制成陰極膠 體，而后將導(dǎo)電劑、陰極活性物質(zhì)儀鉆儘酸裡分散于陰極膠體中，經(jīng)涂布、干燥制成陰極片， N，N-幾基二咪挫（CDI)均勻分布于陰極中。
[OOW 將帶N，N-幾基二咪挫（CDI)的陰極片、隔膜、陽(yáng)極片疊片成軟包裡離子電池，陽(yáng)極 片、電池制作過(guò)程均同實(shí)施例1，電池加注實(shí)施例1的基準(zhǔn)電解液。 陽(yáng)0巧實(shí)施例3 實(shí)施過(guò)程完全同實(shí)施例1，不同之處是將N，N-幾基二咪挫（CDI)換成其衍生物N，N-幾 基二咪挫季錠鹽（CDI季錠鹽)，純度為98%，且CDI季錠鹽的添加量為3%。 陽(yáng)02引 實(shí)施例4 實(shí)施過(guò)程完全同實(shí)施例2,不同之處是將N，N-幾基二咪挫（CDI)換成其衍生物N，N-幾 基二咪挫季錠鹽（CDI季錠鹽)，純度為98%，且CDI季錠鹽的添加量為陰極物質(zhì)量的0. 5%。 [0024]比較例1 裡離子電池制備方法同實(shí)施例1，不同之處是電池任何過(guò)程均不添加N，N-幾基二咪挫 (CDI)添加劑。 陽(yáng)0巧]比較例2 裡離子電池制備方法同實(shí)施例1，不同之處是電池任何過(guò)程均不添加N，N-幾基二咪挫 (CDI)添加劑，且加注的電解液為商品化電解液，商品化電解液由實(shí)施例1的基準(zhǔn)電解液及 碳酸亞乙締醋（VC)、氣化碳酸乙締醋（陽(yáng)C)、硫酸亞乙締醋（PS)等添加劑組成。
[00%] W下為上述實(shí)施例和比較例的性能對(duì)照表。
[0027] 電池電性能和安全性能測(cè)試 每測(cè)試項(xiàng)目電池?cái)?shù)量不少于兩只，測(cè)試方法依照QC/T743-2006《電動(dòng)汽車(chē)用裡離子電 池》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，電性能及安全測(cè)試結(jié)果如表1示，顯示數(shù)據(jù)為算術(shù)平均值。
[002引表1電性能及安全性能測(cè)試結(jié)果
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含添加劑的鋰離子電池，其特征在于它具有機(jī)添加劑，所述添加劑主要作用于 鋰離子陰極或陰極過(guò)程；所述有機(jī)添加劑是N，N-羰基二咪唑（⑶I)或N，N-羰基二咪唑的 衍生物，或者為N，N-羰基二咪唑（⑶I)和N，N-羰基二咪唑的衍生物中的至少兩種。2. 如權(quán)利要求1所述的一種含添加劑的鋰離子電池，其特征在于所述主要作用于鋰離 子陰極或陰極過(guò)程是將所述的添加劑溶解在鋰離子電池電解液溶劑中，再混溶于鋰離子電 池電解液中，或和鋰離子電池電解液分別添加到鋰離子電池中。3. 如權(quán)利要求1所述的一種含添加劑的鋰離子電池，其特征在于所述主要作用于鋰離 子陰極或陰極過(guò)程是將所述的添加劑溶解在鋰離子電池陰極制備過(guò)程中的溶劑里，然后隨 陰極物質(zhì)均勻分布在電池陰極中。4. 如權(quán)利要求1所述的一種含添加劑的鋰離子電池，其特征在于所述主要作用于鋰離 子陰極或陰極過(guò)程是將所述的添加劑含在鋰離子電池的陰極中或電解液中。5. 如權(quán)利要求2所述的一種含添加劑的鋰離子電池，其特征在于所述鋰離子電池 電解液溶劑可以溶解所述添加劑，選自碳酸二甲酯（DMC)、碳酸二乙酯（DEC)、碳酸甲乙酯 (EMC)、碳酸丙烯酯（PC)、碳酸乙烯酯（EC)、γ-丁內(nèi)酯（GBL)、四氫呋喃（THF)、乙酸甲酯 (ΜΑ)、甲酸甲酯（MF)、乙酸丙酯（ΜΡ)、二甲基亞砜（DMSO)、環(huán)丁砜（Sulfolane)中的一種或 幾種。6. 如權(quán)利要求3所述的一種含添加劑的鋰離子電池，其特征在于所述鋰離子電池陰極 制備過(guò)程中的溶劑可以溶解所述添加劑，選自N-甲基吡咯烷酮（NMP)、N-乙烯基吡咯烷酮 (陬？）、乂1二甲基甲酰胺（01^)、11二甲基乙酰胺（0嫩(：）、二甲基亞砜（0130)、丙酮中的 一種或幾種。7. 如權(quán)利要求1所述的一種含添加劑的鋰離子電池，其特征在于所述的N，N-羰基二咪 唑或N，N-羰基二咪唑的衍生物，其純度不低于98%，水分含量不高于200ppm，優(yōu)選的其純度 不低于99%，水分含量不高于50ppm。8. 如權(quán)利要求1所述的一種含添加劑的鋰離子電池，其特征在于所述添加劑，其添加 量為所加注鋰離子電池或電池陰極物質(zhì)的〇. 〇1%_5%，優(yōu)選的其添加量為所加注鋰離子電池 電解液或電池陰極物質(zhì)的〇. 5%-3%。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種含添加劑的鋰離子電池，其特征在于它具有機(jī)添加劑，所述添加劑主要作用于鋰離子陰極或陰極過(guò)程；所述有機(jī)添加劑是N,N-羰基二咪唑（CDI）或N,N-羰基二咪唑的衍生物，或者為N,N-羰基二咪唑（CDI）和N,N-羰基二咪唑的衍生物中的至少兩種。添加量為電池所加注電解液或陰極物質(zhì)的0.01%-5%，其使用方法是將N,N-羰基二咪唑或N,N-羰基二咪唑的衍生物溶解在鋰離子電池電解液溶劑中，再混溶于鋰離子電池電解液中或和鋰離子電池電解液分別添加，或?qū),N-羰基二咪唑或N,N-羰基二咪唑的衍生物溶解在鋰離子電池陰極過(guò)程的溶劑里，然后隨陰極物質(zhì)均勻分布在電池陰極中。本發(fā)明添加劑能顯著提升鋰離子電池電性能和安全性能。
【IPC分類(lèi)】H01M10/0567, H01M10/0525
【公開(kāi)號(hào)】CN105428703
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511015425
【發(fā)明人】劉月學(xué), 江依義, 王盈來(lái), 周雷軍, 郭鋒, 李小平
【申請(qǐng)人】浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司, 杭州南都動(dòng)力科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年12月30日