[发明专利]一种锂离子电池

说明书

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种锂离子电池，包括正极、负极和电解液，正极包括正极活性材料和导电剂；正极活性材料为含锰正极材料；电解液包括下述结构式1所示的化合物：正极活性材料、导电剂和结构式1所示的化合物满足如下关系：其中，Dr和Tr分别为正极活性材料与导电剂的平均粒径及比表面积的比值；w为结构式1所示的化合物相对于电解液的质量百分比，单位为％。本发明在调控正极活性材料与导电剂的比表面积及粒径比的情况下，在电解液中加入结构式1所示的化合物，三者之间通过界面协同效应强化正极材料的结构，同时弱化正极材料与电解液间的界面阻抗，减少锰的溶出，使锂电池具有良好的高温存储性能和高温循环性能。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为第四次工业革命主要产物，标志着全球进入了以新能源为主题的新时代。锂离子电池以工作电压高、工作范围宽、比能量大、无污染、使用寿命长等优点，在全球二次电池市场占据主导地位，特别是近几年在电动汽车等领域得到了广泛应用。在锂离子电池技术中，正极材料是锂离子电压和容量的决定性因素，决定着锂电池容量的天花板。

现有技术中，一些新型的材料尖晶石锰酸锂、高镍无钴、富锂基锰材料等因其可承受电压窗口宽、容量大等优点广泛用作锂离子电池材料的正极。但同时这些材料在用作电池材料正极时，同样存在一些特有的共性问题：导电性差、锰离子易溶出、正极材料结构易坍塌等。具体原因如下：从微观结构上讲，上述材料的晶体结构都有着丰富的锂离子传输通道，同时锰离子都分别在晶体结构点上，对晶体的结构稳定性起着至关重要的作用；电化学性能方面，有着较宽的电压窗口，一定条件下倍率性能好；在高温循环过程中，正极活性材料对电解液有一定的催化作用，引起电解液的催化氧化，进而导致晶格氧缺失，引发锰离子的溶出，造成正极材料的结构坍塌，影响电池性能；正极活性材料中的Mn³⁺易于与电解液中的HF发生歧化反应，生成Mn²⁺和Mn⁴⁺，二价锰溶解，破坏正极材料结构；充电过程中，Mn²⁺迁移到负极，沉积造成短路；正极材料中锰的平均价态低于+3.5时，正极材料的晶体结构会发生转变，由稳定结构转变至不稳定结构，使电极的极化作用增强，引起容量衰减、导电性能差等缺点。

目前许多研究人员通过往正极材料中添加导电剂来强化正极材料的导电性能，导电性能得到了一定的改善，例如，在尖晶石镍锰酸锂表面进行碳包覆用于强化正极的导电性能，或者在磷酸铁锂正极材料表面构造纳米化LiFePO₄晶粒，用于减小锂离子在晶粒中的扩散距离从而强化锂离子的扩散。但是，在解决正极导电性问题的同时，又引发出了一系列问题：导电剂的加入使得正极稳定性变差，锰离子更易溶出，并且进一步弱化了锂离子的扩散速率，同时正极材料与电解液之间的兼容性变得更差，进而使得电池的高温条件下循环性能和存储性能劣化。因此，如何开发一种既能解决正极导电性问题，又能解决所引发的一系列问题的锂离子电池，是本领域亟待解决的一项技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种锂离子电池，在调控正极活性材料与导电剂的比表面积及粒径比的情况下，通过在电解液中加入结构式1所示的化合物，能在保证提升导电性能的基础上强化正极材料的稳定性，并能显著的改善正极材料与电解质的兼容性问题。

一种锂离子电池，包括正极、负极和电解液，所述正极包括正极活性材料和导电剂；

所述正极活性材料为含锰正极材料；

所述电解液包括下述结构式1所示的化合物：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆各自独立地选自氢原子、氟原子或含1～5个碳原子的基团中的一种；

所述正极活性材料、导电剂和所述结构式1所示的化合物满足如下关系：