[发明专利]锂二次电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂二次电池及其制备方法，该电池包括非水电解液、正极和负极，正极包括第一集流体和设置于第一集流体上的正极材料，正极材料的密度不低于3.5g/cm³，负极包括第二集流体和设置于第二集流体上的负极材料，负极材料的密度不低于1.5g/cm³。非水电解液包括氟代碳酸乙烯酯、氟代醚和三腈化合物；其中，三种成分在非水电解液中的质量百分数依次为3～15％、0.5～8％和0.2～4％。该电池具有高电极密度，且通过采用特定比例的氟代碳酸乙烯酯、氟代醚和三腈化合物作为电解液特征成分，在三种特征成分的配合下，使在较高电极密度的情况下，该锂二次电池具有优异的高温特性和高温存储后的低温输入特性。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种锂二次电池及其制备方法。

背景技术

近年来，手机、平板电脑、笔记本电脑等便携式电子设备的普及促进了高能量密度二次电池的开发。在众多二次电池中，以锂离子的嵌入和脱出实现能量转换的锂离子二次电池具有比铅酸电池和镍氢电池更高的能量密度，自面世以来发展尤为迅速，其应用领域涵盖了数码产品、电动工具、电动汽车、通信基站和电网储能等。

锂二次电池的技术在不断革新，其逐渐追求高能量密度和高性能的平衡。如无人机电池要求具备优异的循环性能、功率特性、高温保存特性、低温快充能力等等，开发难度较大。在许多应用领域，人们都期望电池占有更小的体积，以实现终端设备的便携性或功能多样化。通过提高电极的密度(也称作压实密度)，可以提升电池的体积能量密度，但很容易导致电池的输出及输入特性变差。在低温条件，这个问题尤为明显。判断输入特性的一个简易方法是观察负极界面状况，电池满电态拆解后如负极界面有白色或灰色附着物(正常情况下界面为均匀的金黄色)，则称之为“析锂”。负极析锂将导致电池性能加速劣化。

此外，当采用LiCoO₂或LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂作为正极活性物质时，为了获得更高的电池容量，有时会将充电截止电压设置为4.4V甚至更高，在这种高电压环境下，正极材料的氧化性增加，电解液容易在正极侧发生氧化分解；同时，过渡金属离子会发生溶出，在负极侧发生还原并沉积，阻碍锂离子的迁移。因此，高电压下对电池正极表面的保护尤为重要。而在实际应用中，为了使电池具有较好的高温特性，电解液中一般会加入较高剂量的磺内酯(如1,3-丙烷磺内酯、1,3-(1-丙烯)磺内酯等)。但是，欧盟REACH法规于2015年将1,3-丙烷磺内酯列入高度关注物质(SVHC)清单，使此类物质的应用开始受到限制。

因此，针对具有较高电极密度的锂离子电池，要兼顾高温特性和低温充放电能力，难度很大。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂二次电池及其制备方法，以改善上述问题。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种锂二次电池，其包括非水电解液、正极和负极，正极包括第一集流体和设置于第一集流体上的正极材料，正极材料的密度不低于3.5g/cm³，负极包括第二集流体和设置于第二集流体上的负极材料，负极材料的密度不低于1.5g/cm³。非水电解液包括氟代碳酸乙烯酯、氟代醚和三腈化合物；其中，氟代碳酸乙烯酯在非水电解液中的质量百分数为3～15％，氟代醚在非水电解液中的质量百分数为0.5～8％，三腈化合物在非水电解液中的质量百分数为0.2～4％。

第二方面，本发明还提供了上述锂二次电池的制备方法，将正极、负极、非水电解液和隔膜制造成电池。

本发明具有以下有益效果：针对具有高电极密度的锂二次电池，通过采用特定比例的氟代碳酸乙烯酯、氟代醚和三腈化合物作为电解液的特征成分，在三种特征成分的配合下，使得在具有较高电极密度的情况下，该锂二次电池具有优异的高温特性和高温存储后的低温输入特性。