[发明专利]一种含功能添加剂的锂离子电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造技术领域，特别是涉及一种含添加剂的锂离子电池及其制备方法。 

背景技术

近几年来，锂离子电池因具有能量密度高、输出电压高、自放电率低、使用寿命长、无记忆效应和环境友好等优异特点而获得了人们极大的关注，发展突飞猛进，市场份额不断扩大，逐步取代镍镉(Ni-Cd)和金属镍-氢化物(Ni-MH)电池，占据了主导地位。其广泛应用于笔记本电脑、手机、摄像机、仪器仪表、电动工具等移动电子终端设备。另外，锂离子电池应用在电动汽车(EV)、储能、军工等高技术产业的需求也不断扩大，不仅发展成为我国新能源材料领域的主流产业，也是世界各国技术竞赛的主题之一。 

随着现代移动电子设备、通讯设备和动力电池产业的迅速发展，对锂离子电池提出了更高、更全面的要求。现在对锂电池提出了200Wh/Kg以上的高能量密度要求，并且循环包括高温、常温、低温循环性能要好，以适应不同环境下的需要，还有最重要的安全性能。 

以碳基材料为负极的锂电池，在首次充电过程中会在电极和电解液的界面形成一层保护膜，称为SEI膜，SEI膜在锂离子电池中具有特别重要的意义，SEI膜的化学组成、结构、织构和稳定性等物理化学性质是决定锂离子电池碳负极/电解液相容性的关键，优化SEI膜性质，实现电解液与电极间良好的相容性和拓宽电解液的种类是锂离子电池的重要发展方向之一，解决这一问题的关键是选择和制备优良的成膜添加剂，使电极在首次充电过程中先于溶剂化锂离子插层建立起优良的SEI膜，允许锂离子自由进出电极而溶剂分子无法穿越，从而阻止溶剂分子对电极的破坏，提高电极的嵌脱锂容量和循环寿命。同时，人们也普遍认为在很多正极(如钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸钴锂、磷酸镍锂、富锂锰、镍锰二元材料)表面也会形成SEI膜。这层膜可以保护正极中的金属离子不被电解液溶解，防止电解液被充电态的正极所氧化而放热。SEI膜的性质对电池的性能起到了至关重要的作用，所以人们在制备锂电池的过程中会加入一些能改善SEI膜的功能添加剂。不同的添加剂所起作用不同，包括提高电池常温、高温或低温循环性能、提高电池安全性能。 

目前大多数厂家都是在电解液中加入功能添加剂，但是以这种方式加入，添加剂大部分残留在电解液中，只有很小一部分经过反应在电极表面成膜。这导致加入添加剂的量较大，一般需要质量比1％以上，加入的添加剂越多所导致的负面影响也越严重，如电解液离 子电导率降低、稳定性下降等。鉴于此，我们可以在电极匀浆过程中加入添加剂，添加剂在电极表面都参与反应而形成稳定良好的SEI膜，这大大地减少了添加剂的用量，且形成的SEI膜可均匀地包裹所有的电极-电解液界面。中国专利CN102044675A中描述了在正极匀浆中加入酰亚胺类化合物可提高电池高温性能、耐过充性能和安全性能，但未涉及SEI膜的形成。文献《Review of selected electrode-solution interactions which determine the performance of Li and Li ion batteries》(D.Aurbach，J.Power Sources，89，206，2000)提出，在电极中加入添加剂还存在一个缺点，就是随着电池充放电的进行，锂离子不停地穿入和穿出电极表面的SEI膜，SEI膜被破坏而需要修复，电极中的添加剂缺乏流动性无法完成修复过程，这导致电池的循环性能、安全性能下降，添加剂的作用降低。 

发明内容

为了使锂电池能形成良好的SEI膜，以及在电池使用过程中保护和修复SEI膜，我们提出了一种含添加剂的锂离子电池及其制备方法，采用本发明可以提高锂电池的多方面性能，包括电池的常温和高低温循环性能、安全性能，还可减少功能添加剂的用量，降低成本。 

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明提供一种含添加剂的锂离子电池，由电极和电解液组成，在电池电极匀浆过程中和在电解液中同时加入相同或不同的添加剂，制成电池。添加剂在电极表面都参与反应而形成稳定良好的SEI膜，大大地减少了添加剂的用量，且形成的SEI膜可均匀地包裹所有的电极-电解液界面，电解液中加入添加剂使得在电极中的SEI膜被破坏后由电解液中剩余的添加剂反应来修复。 

上述含有添加剂的电极，可以是锂电池的正极和负极，也可以是两者中的其中一个，SEI膜普遍认为主要用于保护负极碳基材料，同样，在正极也会形成SEI膜，极大的改善电池性能。 

本发明的一种含添加剂的锂离子电池的制备方法如下：