[发明专利]一种高能量密度的锂离子二次电池

说明书

技术领域：

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高能量密度的锂离子二次电池。

背景技术：

采用铝塑复合薄膜作为外包装的锂离子电池具有高能量密度、优异的安全性能、大容量单体和环保等特性；并且由于其薄、轻和任意形状的优点，可以量身订造以实现小型化、轻质化、空间最大利用化，所以对其作为移动电话、笔记本电脑、无线耳机、蓝牙设备、MPx和手表等便携式设备的电源的需求日益增长。另外，该锂离子电池还可以作为Scooter，xEV等的电源而倍受瞩目。

正极材料是制约锂离子电池性价比的关键性要素之一。目前商业上广泛使用的正极材料主要为LiCoO₂，但该正极材料实际比容量较低，仅为140mAh/g左右，且资源缺乏，价格昂贵，对环境不友好，限制了其长期的发展应用。同LiCoO₂相比，高镍(Ni≥0.7mol)Ni-Co-Mn/Al三元材料具有如下优点：实际比容量高，高镍(Ni≥0.7mol)Ni-Co-Mn/Al三元材料具有与LiCoO₂相似的层状结构，而实际比容量却可以高达170～210mAh/g，明显高于LiCoO₂；同时，镍资源相对丰富、价格低廉、且对环境无污染，因此，近年来高镍(Ni≥0.7mol)Ni-Co-Mn/Al三元材料倍受关注。当然，该材料其自身也存在一定的缺陷：具有较强的吸水性，浆料制备过程中容易发生凝胶，难以配制；尤为值得关注的是：结构中Li⁺和Ni²⁺容易发生混排，导致活性氧脱出的同时使得高价镍离子容易溶入电解液，催化电解液的分解，使由高镍(Ni≥0.7mol)Ni-Co-Mn/Al三元材料制成的锂离子二次电池在高温存储时产生大量的气体，恶化电池性能，尤其对于采用铝塑复合薄膜或者铁塑复合膜作为外包装的锂离子电池，外壳比较柔软，气体的产生将导致电池的急剧膨胀变形，带来严重的安全隐患，从而限制其使用。

此外，与LiCoO₂活性材料相比较时，高镍(Ni≥0.7mol)Ni-Co-Mn/Al三元材料具有放电电压平台较低的缺点，严重限制了其在智能手机(Smart phone)等方面的应用。当将锂离子二次电池充电至截止电压大于等于4.25V时，能够获得更高的容量和电压平台，从而在显著提高锂离子电池的能量密度的同时，扩大了高镍(Ni≥0.7mol)Ni-Co-Mn/Al三元材料的应用范围。然而，当充电截止电压大于等于4.25V时，将加速高镍(Ni≥0.7mol)Ni-Co-Mn/Al三元材料与电解液之间的副反应，使得电解液的分解的同时，金属离子从正极溶出并在负极表面沉积，从而急剧恶化锂离子二次电池的高温存储性能、循环性能以及安全性能，限制了高镍(Ni≥0.7mol)Ni-Co-Mn/Al三元材料在高电压(≥4.25V)下的应用。

有鉴于此，确有必要提供一种正极活性物质包含有高镍(Ni≥0.7mol)Ni-Co-Mn/Al三元材料，且能够在充电截止电压大于等于4.25V的条件下应用的高能量密度的锂离子二次电池，同时该锂离子电池具有良好的高温存储性能、循环性能以及安全性能。

发明内容：

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种正极活性物质包含有高镍(Ni≥0.7mol)Ni-Co-Mn/Al三元材料，且能够在充电截止电压大于等于4.25V的条件下应用的高能量密度的锂离子二次电池，同时该锂离子电池具有良好的高温存储性能、循环性能以及安全性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高能量密度的锂离子二次电池，包括正极、负极、间隔于正极和负极之间的隔膜、电解液以及包装袋，所述正极包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性物质，所述负极包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性物质，所述电解液包括锂盐和有机溶剂，所述正极活性物质包括表面包覆有Me_aO_b(Me为Al或Ti)的LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂其中0.7≤x≤1.0，0≤y≤0.3，M为Al或Mn；所述电解液含有氟代碳酸乙烯酯(FEC)及链状饱和烃基的腈类化合物添加剂，所述氟代碳酸乙烯酯(FEC)占电解液总量的0.1wt％～10wt％，所述链状饱和烃基的腈类化合物占电解液总量的0.1wt％～5wt％；所述锂离子二次电池的充电截止电压大于等于4.25V。