[发明专利]提高LiCoO2正极材料工作电压和循环稳定性的电解液改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及提高LiCoO₂正极材料工作电压和循环稳定性的电解液改性方法，该方法能提高LiCoO₂正极材料工作电压并改善其循环稳定性的锂离子电池用电解液改性方法，属于化工电极材料制造工艺技术领域。

背景技术

当今电子消费市场需要锂离子电池拥有更高的比能量来满足其需求和发展，例如便携式电子设备、工业应用和电动工具等。尤其是电动车的应用，需要锂离子电池的能量密度高于150Wh Kg^-1，由此激发了人们探索研发可提供更高能量密度的电池正极材料。更多5V高电压正极材料正在研发中，如Li_1.17Mn_0.58Ni_0.25O₂、LiNi_0.5Mn_1.5O₄、LiCr_0.25Ni_0.25Mn_1.5O₄等，但其离大规模商业化应用还有一定差距。相对而言，改善现有商业化正极材料性能，提高其工作电压进而提高电池容量和能量是一个简单可行的方法。锂钴氧因其易于生产、倍率性能和循环性能优异等特点，一直被作为商用锂离子电池最常用正极材料之一。为保证Li_xCoO₂电极的可逆性，其充电截止电压一般为4.2V，对应于x=0.5时锂离子的脱嵌容量。当x<0.5时，即充电电压高于4.2V时，Li_xCoO₂的结构稳定性变差，发生相变。并且，大量溶剂会在高度氧化的电极材料表面发生氧化，造成SEI膜厚度增加、阻抗增大、抑制Li⁺穿越SEI膜的速率从而导致电极容量严重衰减。因此，虽然LiCoO₂的理论容量为272mAh g^-1，但其实际可用容量为～140mAh g^-1。

要进一步提高LiCoO₂材料的比容量，提高电池能量密度，最简便的方法是提高LiCoO₂电极的充电截止电压。为了避免高电压下溶剂的氧化反应和材料结构发生相变，通常采用的方法是用氧化物对LiCoO₂材料进行包覆，如Al₂O₃，AlF₃，ZrO₂等。另外一种提高此电极工作电压的有效手段是电解液改性。相对于包覆，电解液改性方法更为简便及易于商业化。考虑到生产成本，最经济的方法是使用添加剂来改性电解液。合适的添加剂可以改善电极表面SEI膜的性能，抑制高工作电压下电解液在电极表面的反应，从而能够限制SEI膜阻抗的逐渐增大，提高电极反应动力学。实现改善LiCoO₂电池的循环性能和能量密度的目的。

发明内容

本发明是为了低成本便捷提高LiCoO₂材料的工作电压和循环稳定性，从而实现提高LiCoO₂电池能量密度的目标，提供提高LiCoO₂正极材料工作电压和循环稳定性的电解液改性方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的提高LiCoO₂正极材料工作电压和循环稳定性的电解液改性方法，具体实验步骤如下：

1)在氩气气氛手套箱中，配置LiPF₆/三元电解液；

2)在步骤1)得到的电解液中加入Li₂CO₃；

Li₂CO₃在电解液中难溶，呈悬浮状，配置好的电解液在手套箱中静置备用；

3)将LiCoO₂、Super.P与聚偏氟乙烯溶液按一定比例混合成的混合物均匀涂于铝箔上以制备复合电极，电极片经过干燥与裁片后，用分析天平准确称重待用；

4)在氩气手套箱内组装CR2025扣式电池，其中以金属锂片为对电极，Celgard2300为隔膜，步骤3)得到的电极片为正电极；将步骤2)中的电解液摇匀使Li₂CO₃颗粒在电解液中均匀分布，滴管吸取电解液加入纽扣电池中；电池组装完毕后，静置陈化，得到LiCoO₂纽扣电池；