[发明专利]一种全电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种全电池及其制备方法。所述全电池包括正极、负极、隔膜和电解液；所述正极中的正极活性物质为镍锰酸锂材料，所述镍锰酸锂材料包括内核和位于内核表面的包覆层，所述内核包括尖晶石镍锰酸锂，所述包覆层包括富锂镍锰酸锂；所述负极中的负极活性物质包括石墨；所述电解液中包括聚碳酸酯和摩尔浓度为2～4mol/L的锂盐。本发明通过在尖晶石镍锰酸锂材料表面包覆富锂镍锰酸锂材料，同时搭配加入了聚碳酸酯(PC)的高浓度锂盐的电解液，PC分子与锂离子发生溶剂化作用，形成络合物，在高电压下，络合的溶剂分子抗氧化性增强，增强了电解液高电压下的稳定，最终大大提高了镍锰酸锂/石墨全电池的首效和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种全电池及其制备方法。

背景技术

近年来，高比能量、长寿命、低成本的正极材料及其电池被迫切需要。锂离子电池以其工作电压高、比能量大、循环寿命长、污染小等优势被电池企业选中。

目前普遍使用的正极材料分别是钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂以及高电压镍锰酸锂等。由于钴价格昂贵，且钴酸锂、镍钴锰酸锂用于动力电池的安全隐患较大。锰酸锂、镍锰酸锂以及磷酸铁锂是锂离子动力电池较为理想的正极材料。锰酸锂材料虽然成本低，安全性能好，但比容量相对偏低，由于Mn的溶解、Jahn-Teller畸变效应以及晶格的不稳定，导致循环寿命尤其是高温循环性能不理想。研究表明掺杂可有效改善其高温循环性能，尤其是Ni掺杂的LiNi_0.5Mn_1.5O₄，使得锰的价位高于3.5，能够有效抑制Mn溶解、JahnTeller畸变效应以及晶格的不稳定性，并且放电电压平台高达4.7V，成为一款理想的动力电池正极材料。高电压尖晶石LNMO正极材料，具有高的安全性能，优异的大倍率充放电性能，以及价格低廉和合成简单等优点，理论比容量146.7mAhg^-1，实际能量密度可以达到甚至超过220wh/kg，比LiFePO₄/石墨电池体系的能量密度高出约30％，比LiMn₂O₄/石墨电池体系更是高出约40％。然而，虽然LNMO正极材料已经发展很多年而且半电池(LNMO/Li)具有优异的电化学性能，但是基于LNMO的商业锂离子电池目前还没有完全普及和应用。制约其商业化大规模应用的主要原因是因为组装成全电池后随着循环的进行容量出现大幅度的衰减，几乎没有任何使用价值。目前，针对镍锰酸锂/石墨(LNMO/C)锂离子电池衰减机理研究较多，其中一种解释原因是基于镍锰酸锂/石墨体系电池已经超出现有的常规电解液分解电压，导致高电压下电解液的不断分解以及同时发生在电极和电解液界面的降解反应。同样，也有人指出LNMO/石墨容量衰减的主要原因可以解释为电池中的活性锂离子的不断损耗，这种锂离子的损失主要也是基于电解液和电极发生不稳定界面反应。

为了使这种高电压材料尽快普及应用，大家也提出了很多方法。

CN106159345A公开了一种高电压镍锰酸锂/石墨锂离子电池及其制作方法，提出在负极表面通过有机酸脂的修饰，改变SEI膜的组分，强化电解液和电极界面的稳定性，从而有效遏制容量的急剧衰减。而加入有机酸会增大电池的内阻，产生较大的极化降低电池的能量密度。

CN103682307A公开了一种镍锰酸锂/钛酸锂电池及其制备方法，使电池兼顾具有较高能量密度的同时具有良好的循环性能、安全性能、快速充电和低温充电能力。采用的技术方案为：正极浆料质量配比按LiNi_0.5Mn_1.5O₄:导电碳Super-p:导电碳KS-15:粘结剂PVDF＝95:1:1:3，溶剂为NMP；负极浆料质量配比按(Li₄Ti₅O₁₂):导电碳Super-p:导电碳KS-15:粘结剂PVDF＝91:3:2:4，溶剂为NMP。虽能缓解电解液的压力，提高首效、循环和倍率性能，但是其全电池电压大大降低，其电压窗口仅为2.0V-3.5V，大大降低了其能量密度，缩短续航里程；同时钛酸锂成本较高，普及应用有较大的困难。