CN101924243A - 锂离子电池 - Google Patents

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潘香英
汪颖
韩昌隆
付成华
许瑞
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池，其包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，以及电解液，正极片包括正极集流体和附着在正极集流体上含有正极活性物质的正极膜片，负极片包括负极集流体和附着在负极集流体上含有负极活性物质的负极膜片，电解液溶剂中含有甲基磷酸二甲酯，负极活性物质为硬碳。在本发明锂离子电池中，硬碳碳层无规排序的结构降低了甲基磷酸二甲酯的破坏，减弱了化成过程中硬碳与甲基磷酸二甲酯的还原反应，锂离子电池的首次充放电效率和容量不会因为甲基磷酸二甲酯的添加而大幅降低，锂离子电池的安全性能得到了改善。

Description

锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，尤其是一种具有良好安全性能和电化学性能的锂离子电池。
背景技术
随着信息技术的发展，具有高能量密度的锂离子电池越来越受到广泛青睐。但是，锂离子电池在使用时存在安全隐患：由于短路、过充、高温或其他不当使用，容易引起锂离子电池温度升高并引发起火、***事件。
为了改善锂离子电池的安全性能，可在电解液中加入阻燃溶剂甲基磷酸二甲酯。但是，当甲基磷酸二甲酯应用在负极为石墨的体系中时，会在化成时与石墨发生还原反应并导致石墨剥离，使得锂离子电池的首次充放电效率和容量损失很大，难以兼顾锂离子电池的安全性能和电化学性能。
有鉴于此，确有必要提供一种具有良好安全性能和电化学性能的锂离子电池。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种具有良好安全性能和电化学性能的锂离子电池。
为了实现上述目的，本发明提供了一种锂离子电池，其包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，以及电解液，其中，正极片包括正极集流体和附着在正极集流体上含有正极活性物质的正极膜片，负极片包括负极集流体和附着在负极集流体上含有负极活性物质的负极膜片，电解液溶剂中含有甲基磷酸二甲酯，负极活性物质为硬碳。
相对于现有技术，本发明锂离子电池具有以下有益技术效果：本发明锂离子电池将甲基磷酸二甲酯应用于负极为硬碳的体系中，因为硬碳碳层具有无规排序的结构，所以在化成时甲基磷酸二甲酯不会轻易破坏碳层并导致碳层剥离，锂离子电池的首次充放电效率和容量不受影响，锂离子电池具有良好的安全性能和电化学性能。
作为本发明锂离子电池的一种改进，所述电解液溶剂全部为甲基磷酸二甲酯。
作为本发明锂离子电池的一种改进，所述电解液溶剂为甲基磷酸二甲酯与环状酯或链状酯的混合物，甲基磷酸二甲酯的重量百分含量为5％～100％。
作为本发明锂离子电池的一种改进，所述环状酯或链状酯选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯或其组合。
作为本发明锂离子电池的一种改进，所述正极活性物质选自钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、锂镍钴锰或其组合。
作为本发明锂离子电池的一种改进，所述隔离膜为聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层隔离膜。
作为本发明锂离子电池的一种改进，所述电解液中的锂盐为六氟磷酸锂。
附图说明
下面结合说明书附图和具体实施方式，对本发明锂离子电池及其有益技术效果进行详细说明，其中：
图1为硬碳和石墨的结构对比示意图。
图2为比较例2锂离子电池的热箱实验曲线。
图3为本发明实施例锂离子电池的热箱实验曲线。
具体实施方式
比较例1
电解液的制备：电解液以浓度为1.2mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，以碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物为溶剂，EC、EMC、DMC的重量比为EC∶EMC∶DMC＝5∶2∶3。
负极片的制备：以石墨作为负极活性物质，其占负极膜片总重量的86％；以丁苯橡胶(SBR)作为粘结剂，其占正极膜片总重量的6％；以碳粉(Super-p)作为导电剂，其占负极膜片总重量的8％。将上述粉料在去离子水中混合搅拌均匀，制成负极浆料。将负极浆料均匀地涂布在厚度为22μm的负极集流体铜箔上，制成负极片。
正极片的制备：以克容量为148mAh/g的锂镍钴锰(LiNi(1/3)Co(1//3)Mn(1/3))作为正极活性物质，其占正极膜片总重量的94％；以聚偏二氟乙烯(PVDF)作为粘结剂，其占正极膜片总重量的2％；以导电碳Super-p与KS-6作为导电剂，其各占正极膜片总重量的2％。将上述粉料在N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)中混合搅拌均匀，制成正极浆料。将正极浆料均匀地涂布在厚度为22μm的正极集流体铝箔上，制成正极片。
隔离膜的制备：隔离膜采用聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)三层隔膜，厚度为20μm。
锂离子电池的制备：将上述正极片、隔离膜和负极片依次叠加，通过叠片或卷绕工艺制得容量约930mAh的电芯，将电芯装入电池包装壳中并注入前述电解液，经化成等工序制得比较例1锂离子电池。
比较例2
电解液的制备：电解液以浓度为1.2mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，以碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物为溶剂，EC、EMC、DMC的重量比为EC∶EMC∶DMC＝5∶2∶3。
负极片的制备：以硬碳作为负极活性物质，其占负极膜片总重量的86％；以丁苯橡胶(SBR)作为粘结剂，其占正极膜片总重量的6％；以碳粉(Super-p)作为导电剂，其占负极膜片总重量的8％。将上述粉料在去离子水中混合搅拌均匀，制成负极浆料。将负极浆料均匀地涂布在厚度为22μm的负极集流体铜箔上，制成负极片。
正极片的制备：以克容量为148mAh/g的锂镍钴锰(LiNi(1/3)Co(1//3)Mn(1/3))作为正极活性物质，其占正极膜片总重量的94％；以聚偏二氟乙烯(PVDF)作为粘结剂，其占正极膜片总重量的2％；以导电碳Super-p与KS-6作为导电剂，其各占正极膜片总重量的2％。将上述粉料在N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)中混合搅拌均匀，制成正极浆料。将正极浆料均匀地涂布在厚度为22μm的正极集流体铝箔上，制成正极片。
隔离膜的制备：隔离膜采用聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)三层隔膜，厚度为20μm。
锂离子电池的制备：将上述正极片、隔离膜和负极片依次叠加，通过叠片或卷绕工艺制得容量约930mAh的电芯，将电芯装入电池包装壳中并注入前述电解液，经化成等工序制得比较例2锂离子电池。
比较例3
电解液的制备：电解液以浓度为1.2mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，以碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物为溶剂，EC、EMC、DMC的重量比为EC∶EMC∶DMC＝5∶2∶3。此外，电解液中还加入了重量百分含量为10％的甲基膦酸二甲酯(DMMP)。
负极片的制备：以石墨作为负极活性物质，其占负极膜片总重量的86％；以丁苯橡胶(SBR)作为粘结剂，其占正极膜片总重量的6％；以碳粉(Super-p)作为导电剂，其占负极膜片总重量的8％。将上述粉料在去离子水中混合搅拌均匀，制成负极浆料，将负极浆料均匀涂布在厚度为22μm的铜箔上，制成负极片。
正极片的制备：以克容量为148mAh/g的锂镍钴锰(LiNi(1/3)Co(1//3)Mn(1/3))作为正极活性物质，其占正极膜片总重量的94％；以聚偏二氟乙烯(PVDF)作为粘结剂，其占正极膜片总重量的2％；以导电碳Super-p与KS-6作为导电剂，其各占正极膜片总重量的2％。将上述粉料在N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)中混合搅拌均匀，制成正极浆料。将正极浆料均匀地涂布在厚度为22μm的铝箔上，制成正极片。
隔离膜的制备：隔离膜采用聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)三层隔膜，厚度为20μm。
锂离子电池的制备：将上述正极片、隔离膜和负极片依次叠加，通过叠片或卷绕工艺制得容量约930mAh的电芯，将电芯装入电池包装壳中并注入前述电解液，经化成等工序制得比较例3锂离子电池。
实施例
电解液的制备：电解液以浓度为1.2mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，以碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物为溶剂，EC、EMC、DMC的重量比为EC∶EMC∶DMC＝5∶2∶3。此外，电解液中还加入了重量百分含量为10％的甲基膦酸二甲酯(DMMP)。
负极片的制备：以硬碳作为负极活性物质，其占负极膜片总重量的86％；以丁苯橡胶(SBR)作为粘结剂，其占正极膜片总重量的6％；以碳粉(Super-p)作为导电剂，其占负极膜片总重量的8％。将上述粉料在去离子水中混合搅拌均匀，制成负极浆料。将负极浆料均匀涂布在厚度为22μm的铜箔上，制成负极片。
正极片的制备：以克容量为148mAh/g的锂镍钴锰(LiNi(1/3)Co(1//3)Mn(1/3))作为正极活性物质，其占正极膜片总重量的94％；以聚偏二氟乙烯(PVDF)作为粘结剂，其占正极膜片总重量的2％；以导电碳Super-p与KS-6作为导电剂，其各占正极膜片总重量的2％。将上述粉料在N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)中混合搅拌均匀，制成正极浆料。将正极浆料均匀地涂布在厚度为22μm的铝箔上，制成正极片。
隔离膜的制备：隔离膜采用聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)三层隔膜，厚度为20μm。
锂离子电池的制备：将上述正极片、隔离膜和负极片依次叠加，通过叠片或卷绕工艺制得容量约930mAh的电芯，将电芯装入电池包装壳中并注入前述电解液，经化成等工序制得本发明锂离子电池。
请参阅表1所示，与现有锂离子电池相比，本发明锂离子电池的首次充放电效率和容量几乎不受影响。
  组别   首次充电容量/mAh   首次放电容量/mAh   首次效率
  比较例1   1175   930   79％
  比较例2   1417   939   66％
  比较例3   1050   960   91％
  实施例   1535   977   64％
请参阅图2和图3所示，为了检验甲基磷酸二甲酯(DMMP)对锂离子电池安全性能的影响，将比较例2锂离子电池和本发明锂离子电池满充到4.2V后进行160℃热箱实验，即常温下加热到160℃，保持一个小时，看电池是否起火、***。从图2和图3中可以看出，虽然比较例2锂离子电池和本发明实施例锂离子电池的电压都降至零，但是本发明实施例锂离子电池并没有发生起火，而比较例2锂离子电池已经发生起火，最高温度近400℃。
结合上面的描述可以看出：相对于现有技术，本发明锂离子电池将甲基磷酸二甲酯(DMMP)应用于负极为硬碳的体系中，因为硬碳碳层具有无规排序的结构(如图1所示)，所以在充电化成时甲基磷酸二甲酯(DMMP)不会轻易破坏碳层并导致碳层剥离，锂离子电池同时具有良好的安全性能和电化学性能。
需要说明的是，虽然在本说明书中仅以锂镍钴锰为例对正极活性物质进行说明，但是，根据本发明的其他实施例，正极活性物质也可以是钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂，或上述物质的组合。虽然在本说明书中仅以碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯为例对电解液溶剂进行说明，但是，根据本发明的其他实施例，电解液溶剂中也可以含有碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯或上述物质的组合。此外，本说明书中仅以电解液中含有重量百分含量为10％的甲基磷酸二甲酯为例对本发明进行说明，但是，根据本发明的其他实施例，甲基磷酸二甲酯的重量百分含量也可以为5％～100％。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属技术领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种锂离子电池，其包括：正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，以及电解液，其中，正极片包括正极集流体和附着在正极集流体上含有正极活性物质的正极膜片，负极片包括负极集流体和附着在负极集流体上含有负极活性物质的负极膜片，其特征在于：所述电解液溶剂中含有甲基磷酸二甲酯，所述负极活性物质为硬碳。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述电解液溶剂全部为甲基磷酸二甲酯。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述电解液溶剂为甲基磷酸二甲酯与环状酯或链状酯的混合物，其中，甲基磷酸二甲酯的重量百分含量为5％～100％。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于：所述环状酯或链状酯选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯或其组合。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极活性物质选自钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、锂镍钴锰或其组合。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述隔离膜为聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层隔离膜。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述电解液中的锂盐为六氟磷酸锂。
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