[发明专利]一种锂离子二次电池

说明书

本发明提供一种锂离子二次电池，包括正极、负极、隔膜及非水电解液，所述负极活性材料包括锂钒氧化合物；所述非水电解液包括羧酸酯。本发明提供的锂钒氧化合物活性材料及与所述锂钒氧化合物活性材料兼容的且性能优良的羧酸酯电解液，能达到明显改善锂钒氧二次电池性能的目的。

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池。

背景技术

非水电解液二次电池普遍用于笔记本电脑、手机、可穿戴设备等，目前已开始被大量用于电动汽车。截止目前，在锂离子二次电池领域，炭材料仍是负极材料的主流，其中石墨最为常见，理论比容量约为370mAh/g，电位约为0～0.2V(vs.Li/Li⁺)。当石墨进行大倍率充电时，其嵌锂电位与金属锂电位十分接近，由于浓差极化，金属锂极易在极片表面析出，从而影响电池的安全性能和循环性能。基于合金机制的负极材料如单质硅、单质锡等，理论比容量是石墨材料的2～3倍，甚至接近10倍，电位约0～0.45V(vs.Li/Li⁺)，析锂的风险在一定程度上有所降低，但是充放电过程中伴随着巨大的体积变化，造成材料结构破坏及粉化，导致材料与导电剂及材料与集流体的脱离，电子传导被阻断，最终致使材料的容量急剧下降，电池的电化学性能恶化。Li₄Ti₅O₁₂是另一商业化的材料，与石墨一样，储锂也是基于脱嵌机制，电位约为1.55V(vs.Li/Li⁺)，锂离子扩散系数为2×10^-8cm²/S，比普通碳基材料高一个数量级。Li₄Ti₅O₁₂充放电平台稳定，大倍率充放电的情况下，锂离子不易在材料表面析出，并且是零应变材料，晶体非常稳定(尽管也发生细微的变化，但与前述石墨不同，能够避免在充放电过程中由于电极材料的来回伸缩而产生的结构破坏)，从而具有优越的循环性能。然而，Li₄Ti₅O₁₂的理论比容量仅为约175mAh/g，且全电池输出电压低，能量密度不能满足动力汽车(乘用车)需求。

在负极材料研究中，基于钒元素的两种材料引起人们的重视。中国专利(CN101154725 B)公开了LiVO₂材料及其制备方法，周豪慎等人(Adv.Energy Mater.2013,3,428-432)首先报道了新一代负极材料Li₃VO₄。Li₃VO₄允许多个锂离子可逆脱嵌，电位区间宽，为0.2～1.5V，一般选取0.5～1.2V，放电比容量可达250mAh/g以上。Li₃VO₄电位高于碳材料低于Li₄Ti₅O₁₂，且克容量与石墨相当，是非常有应用前景的锂离子电池负极材料。但Li₃VO₄本征电导率低，为了改善其电导性能，颗粒尺寸纳米化以及引入碳材料是常用手段。如中国专利(CN104201363 A)公开了一种碳包覆Li₃VO₄材料以及制备方法，以柠檬酸为碳源化合物，材料粒径为90～120nm。又如中国专利(CN104852054 A)公开了一种平均尺寸约为100nm的氮掺杂碳包覆的Li₃VO₄材料。中国专利(CN105036193 A)公开了一种改性Li₃VO_4-δ材料，粒度为0.5～2μm，颗粒内部为实心结晶态，外面包裹一层厚度为3～10nm无定形层。