本發(fā)明屬于鋰離子電池領域，尤其涉及一種耐高溫長壽命三元鋰離子電池。

背景技術：

1、鋰離子電池具有高能量密度、高功率密度、長循環(huán)壽命、低自放電率及無記憶效應等優(yōu)勢，是二次電池技術中能量密度最高、綜合性能最好的電池，經(jīng)過30余年的發(fā)展，鋰離子電池目前已經(jīng)占據(jù)了消費類電池、儲能電池、動力電池等領域的主要市場。隨著應用場景的不斷拓展，對鋰離子電池的性能也提出了更高的要求。

2、例如在軍事和航空航天領域，高溫環(huán)境是常見的工作條件；在石油工業(yè)領域，要求電池最高工作溫度已達到200℃；在深空探測時，探測器運行時會面臨高溫環(huán)境，如月球的陽照面達到120℃，金星陽照面溫度最高達485℃等；在醫(yī)療領域，醫(yī)療器械滅菌溫度在135℃及以上，在電動汽車領域，新能源汽車在發(fā)動時或者烈日下行駛和放置時車內(nèi)溫度可達到70℃～80℃，這樣的高溫環(huán)境對電池的性能和使用壽命都是嚴峻的考驗。因此，開發(fā)能夠在高溫下運行的鋰離子電池，并具有長循環(huán)性能至關重要。

3、目前國內(nèi)常用的鋰離子電池使用最高溫度在70℃左右，并且為了保證正極材料在高溫下的長期穩(wěn)定性，一般選取lifepo4、lto等熱穩(wěn)定性良好的材料組裝電池，但lifepo4、lto材料的理論克容量較低導致電池的能量密度不高，一般在140wh/kg以下。針對高能量密度需求，三元材料具有可逆容量高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，是理想的正極材料。隨著鎳含量的增加，電池能量密度在逐漸提高，但材料熱穩(wěn)定性在逐漸降低，因此需要進行三元正極材料改性以提高材料熱穩(wěn)定性，提升電池高溫性能。

4、當前商業(yè)化應用最廣泛的電解液體系為lipf6搭配碳酸酯溶液，但電解液中的lipf6會在75℃時分解，產(chǎn)物pf5是一種強lewis酸，它傾向于與高dns的有機溶劑反應。此外，pf5也會與sei膜發(fā)生反應，產(chǎn)生的hf、rcof、pof3等物質(zhì)會增加界面阻抗，腐蝕集流體，使電池性能迅速衰減；同時高溫下碳酸酯體系的穩(wěn)定性較差，高溫下易燃燒等。因此需要開發(fā)新型耐高溫電解液，通過難燃溶劑、耐高溫鋰鹽以及添加劑等提高鋰離子電池高溫性能。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決背景技術中提到的技術問題，本發(fā)明提供了一種耐高溫長壽命三元鋰離子電池。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種耐高溫長壽命三元鋰離子電池，包括鋰離子電池正極體系、鋰離子電池負極體系和電解液，其鋰離子電池正極體系采用表面包覆固態(tài)電解質(zhì)的單晶中鎳ncm材料；電解液為耐高溫電解液，按照質(zhì)量百分比，包括5％-20％的多鋰鹽體系、60％-85％的腈類溶劑與碳酸酯溶劑的混合溶劑、0.5％-20％的成膜添加劑。

3、所述單晶中鎳ncm材料為ncm523、ncm622以及ncm712中的一種。

4、所述固態(tài)電解質(zhì)為氧化物固態(tài)電解質(zhì)、硫化物固態(tài)電解質(zhì)以及聚合物固態(tài)電解質(zhì)中的一種。

5、所述多鋰鹽體系中的鋰鹽為三氟甲基磺酰亞胺(litfsi)、雙氟磺酰亞胺鋰(lifsi)、二氟草酸硼酸鋰(lidfob)、二草酸硼酸鋰(libob)、四氟硼酸鋰(libf4)中的兩種或多種。

6、所述碳酸酯溶劑為碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)中的一種或多種；腈類溶劑為已二腈、戊二腈、乙二醇雙(丙腈)醚、3-甲氧基丙腈中的一種或多種。

7、所述成膜添加劑為碳酸亞乙烯酯(vc)、氟代碳酸乙烯酯(fec)、1,3-丙烷磺酸(ps)、1，3-丙烯砜(pes)、硫酸乙烯酯(dtd)、二氟磷酸鋰(lipo2f2)、丙烯基-1,3-磺酸內(nèi)酯(pst)中的一種或多種。

8、所述鋰離子電池正極體系包括以下組分：90％-95％的表面包覆固態(tài)電解質(zhì)的單晶中鎳ncm材料，2％-6％的導電劑，1.5％-5％的聚偏氟乙烯；所述鋰離子電池負極體系包括以下組分：90％-95％的石墨材料，2％-6％的導電劑，1％-4％的羧甲基纖維素鈉，1％-4％的丁苯橡膠。

9、正極材料的涂布面密度為28-32mg/cm2，負極材料的涂布面密度為14-17mg/cm2。

10、本發(fā)明具有的優(yōu)點和技術效果：在正極材料方面，選擇三元材料可以明顯提升電池能量密度。此外單晶三元材料與多晶三元材料相比具有更好的結構穩(wěn)定性，有利于提升循環(huán)穩(wěn)定性。通過對單晶三元材料進行表面包覆蓋改性，有效提高正極材料的熱分解溫度，進一步提升鋰離子電池的高溫循環(huán)性能。在高溫電解液方面，通過高熱穩(wěn)定性的多鋰鹽體系構建、難燃有機溶劑體系構建以及成膜添加劑的復配，有效提高了鋰離子電池的高溫循環(huán)性能。制備的耐高溫長壽命三元鋰離子電池，具備批產(chǎn)能力，性能一致性良好。

技術特征：

1.一種耐高溫長壽命三元鋰離子電池，包括鋰離子電池正極體系、鋰離子電池負極體系和電解液，其特征在于，鋰離子電池正極體系采用表面包覆固態(tài)電解質(zhì)的單晶中鎳ncm材料；電解液為耐高溫電解液，按照質(zhì)量百分比，包括5％-20％的多鋰鹽體系、60％-85％的腈類溶劑與碳酸酯溶劑的混合溶劑、0.5％-20％的成膜添加劑。

2.根據(jù)權利要求1所述耐高溫長壽命三元鋰離子電池，其特征在于，所述單晶中鎳ncm材料為ncm523、ncm622以及ncm712中的一種。

3.根據(jù)權利要求1所述耐高溫長壽命三元鋰離子電池，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)為氧化物固態(tài)電解質(zhì)、硫化物固態(tài)電解質(zhì)以及聚合物固態(tài)電解質(zhì)中的一種。

4.根據(jù)權利要求1所述耐高溫長壽命三元鋰離子電池，其特征在于，所述多鋰鹽體系中的鋰鹽為三氟甲基磺酰亞胺(litfsi)、雙氟磺酰亞胺鋰(lifsi)、二氟草酸硼酸鋰(lidfob)、二草酸硼酸鋰(libob)、四氟硼酸鋰(libf4)中的兩種或多種。

5.根據(jù)權利要求1所述耐高溫長壽命三元鋰離子電池，其特征在于，所述碳酸酯溶劑為碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)中的一種或多種；腈類溶劑為已二腈、戊二腈、乙二醇雙(丙腈)醚、3-甲氧基丙腈中的一種或多種。

6.根據(jù)權利要求1所述耐高溫長壽命三元鋰離子電池，其特征在于，所述成膜添加劑為碳酸亞乙烯酯(vc)、氟代碳酸乙烯酯(fec)、1,3-丙烷磺酸(ps)、1，3-丙烯砜(pes)、硫酸乙烯酯(dtd)、二氟磷酸鋰(lipo2f2)、丙烯基-1,3-磺酸內(nèi)酯(pst)中的一種或多種。

7.根據(jù)權利要求1所述耐高溫長壽命三元鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池正極體系包括以下組分：90％-95％的表面包覆固態(tài)電解質(zhì)的單晶中鎳ncm材料，2％-6％的導電劑，1.5％-5％的聚偏氟乙烯；所述鋰離子電池負極體系包括以下組分：90％-95％的石墨材料，2％-6％的導電劑，1％-4％的羧甲基纖維素鈉，1％-4％的丁苯橡膠。

8.根據(jù)權利要求1所述耐高溫長壽命三元鋰離子電池，其特征在于，正極材料的涂布面密度為28-32mg/cm2，負極材料的涂布面密度為14-17mg/cm2。

技術總結
本發(fā)明公開了一種耐高溫長壽命三元鋰離子電池，屬于鋰離子電池領域，包括鋰離子電池正極體系、鋰離子電池負極體系和電解液，其特征在于，鋰離子電池正極體系采用表面包覆固態(tài)電解質(zhì)的單晶中鎳NCM材料；電解液為耐高溫電解液，按照質(zhì)量百分比，包括5％?20％的多鋰鹽體系、60％?85％的腈類溶劑與碳酸酯溶劑的混合溶劑、0.5％?20％的成膜添加劑。通過對單晶三元材料進行表面包覆蓋改性，有效提高正極材料的熱分解溫度，進一步提升鋰離子電池的高溫循環(huán)性能。在高溫電解液方面，通過高熱穩(wěn)定性的多鋰鹽體系構建、難燃有機溶劑體系構建以及成膜添加劑的復配，有效提高了鋰離子電池的高溫循環(huán)性能。制備的耐高溫長壽命三元鋰離子電池，具備批產(chǎn)能力，性能一致性良好。

技術研發(fā)人員：韓慶怡,趙珊珊,杜建國,劉飛,羅廣求
受保護的技術使用者：天津空間電源科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9