锂离子二次电池的制作方法
本申请涉及电池领域，更具体地，涉及锂离子二次电池。
背景技术：
1、在目前的新能源领域，锂离子电池在电动汽车和规模储能领域迅速发展，占领了大量的市场份额。随着锂离子电池的广泛应用，消费者也对锂离子电池的能量密度有了更高的需求。
2、现阶段，为了追求电动汽车更长的续航里程，锂离子电池也被要求具有更高的能量密度。使用具有更高比容量的正极活性材料是提升电池能量密度的有效手段。对于镍钴锰三元正极活性材料来说，提高材料中的镍含量能够大幅提升材料的克容量，进而提升电池的能量密度。因此，高镍三元已经成为高能量密度锂离子电池正极活性材料的发展主流。
3、尽管高镍三元正极活性材料具有广阔的开发前景，但是其广泛应用仍受到一定的限制：使用高镍三元正极活性材料的锂离子电池具有极差的循环寿命，并且其功率性能会随着循环迅速恶化，无法满足电动汽车的使用需求。
4、这主要是因为：随着三元材料中镍含量的提高，材料颗粒表面的催化活性会大幅增强，进而在锂离子电池循环过程中催化电解液的持续分解，造成电池中活性锂的大量损失，使电池容量发生衰减，电池循环性能大幅恶化。同时，电解液的氧化分解会造成三元材料结构的不稳定，进而恶化正极界面，加速三元材料镍离子的溶出。镍离子溶出进入电解液后，会随着电解液穿梭至负极表面并沉积，严重破坏负极表面的sei膜（固体电解质界面膜），使新鲜的负极材料颗粒表面暴露，引起电解液的还原分解，使sei膜反复增长。这种情况下，负极表面sei膜会持续增厚，电池阻抗持续增长，电池的功率性能随之恶化。
5、因此，高镍三元正极锂离子电池较差的电化学性能和电极/电解液界面的稳定性具有极强的相关性。要想实现具有长循环的高镍三元正极锂离子电池，需要开发具有本征高稳定性的电解液体系，同时需要构建稳定的电极/电解液界面来抑制镍金属离子的溶出。
6、因此，急需提供一种具有长寿命的锂离子电池及其非水电解液。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本申请提供了一种锂离子二次电池，该锂离子二次电池包括：正极极片、负极极片、隔膜和电解液，其中，电解液为非水电解液，其包括非极性稀释剂，并且基于电解液的总质量，该非极性稀释剂的质量百分比为21%~60%，以及其中正极极片包括正极活性材料层，正极活性材料层与隔膜的基膜之间具有latp界面层，latp界面层包括latp固态电解质，latp固态电解质的结构通式为：li1+xaxb2-x(po4)3，其中，a为al、y、ga、cr、in、fe、se或la中的一种或多种，b为ti、ge、ta、zr、sn、fe、v或hf中的一种或多种，并且0＜x＜2，可选地，a为al或la，b为ti、zr或hf，并且0.1＜x＜0.5。在本申请中，通过在锂离子二次电池的非水电解液中引入非极性稀释剂，能够解决电解液氧化不稳定的问题，从而抑制循环过程中电解液在正极表面的持续分解；而正极极片和电解液之间的latp界面层，能够有效保护正极极片/电解液界面，提升诸如高镍三元正极活性材料的正极活性材料的结构稳定性，抑制镍金属离子的溶出，改善其穿梭效应对于负极表面sei膜的恶化和功率性能的恶化。当上述非水电解液和latp界面层同时使用时，能够表现出优异的协同效应，大幅改善诸如高镍三元的锂离子二次电池的循环性能。
2、在本申请中，非极性稀释剂选自三氟甲苯、二氟苯、三氟苯、甲苯、乙苯、十氟戊烷、全氟己酮、全氟丁基乙醚和全氟丁基甲醚中的一种或多种，并且基于电解液的总质量，非极性稀释剂的质量百分比为21%~60%，该非极性稀释剂不具备和锂离子的配位能力，并且无法溶解锂盐。同时，非极性稀释剂自身具有良好的电化学稳定性，难以发生电化学氧化或还原分解反应。使用非极性稀释剂取代电解液中的一部分碳酸酯溶剂后，电解液的溶剂化结构会发生显著的改变，主要体现在：首先，能够与锂离子配位的溶剂分子数量减少，因而阴离子会进入锂离子的溶剂化壳层并与之配位，这种阴离子参与的溶剂化结构具有较宽的电化学窗口，电化学稳定性更好；其次，电解液中自由的碳酸酯溶剂分子也会大大减少，其活度显著降低，更难发生电化学分解反应。此外，基于电解液的总质量，非极性稀释剂的质量百分比为21%~60%，即，其质量含量应占电解液总质量的21%~60%，若含量过低，无法起到调节电解液溶剂化结构的作用，电解液的电化学稳定性无法得到改善；若含量过高，则导致没有足够的碳酸酯溶剂溶解锂盐，电解液的电导率大幅降低，无法发挥电池应有的电性能。
3、在一些实施例中，latp界面层的厚度为0.3μm~6μm，即，该latp界面层的厚度应在0.3μm~6μm之间，若厚度过薄，则无法起到改变正极极片界面锂离子传导模式的作用，镍金属离子的溶出难以有效抑制；若厚度过厚，则会导致锂离子的传输路径过长，电池的阻抗大幅提升，无法发挥电池应有的性能。应该注意，该latp界面层由于还原稳定性较差，因此必须位于正极极片的界面处，不可以与负极极片直接接触，因此，latp界面层可以设置（诸如涂覆）在正极活性材料层上或设置于隔膜面对正极极片的一侧（进一步地，可以设置在隔膜的该侧的基膜上）。进一步地，如果上述latp界面层设置（诸如涂覆）在隔膜面对正极极片的一侧（进一步地，设置在隔膜的该侧的基膜上），则可以具有进一步提升隔膜热稳定性，并改善隔膜传导锂离子能力的作用。
4、在一些实施例中，latp界面层的厚度与单面的活性材料层的厚度的比值范围为0.006~0.12。若latp界面层和正极极片的单面的活性材料层厚度的比值过大，会导致电解液被latp界面层吸附，无法浸润正极片极片，引起性能衰减；若比值过小，则无法起到改变正极极片界面锂离子传导模式的作用，镍金属离子的溶出难以有效抑制。
5、在一些实施例中，上述latp界面层还包括粘结剂和溶剂，其中，latp固态电解质、粘结剂和溶剂的质量比为1:(0.02～0.05):(1.0～8.0)。在进一步实施例中，该latp界面层由包括上述质量比的latp固态电解质、粘结剂和溶剂的latp浆料涂覆在正极极片或隔膜的面对正极极片的一侧的基膜上制备得到。在一些实施例中，粘结剂选自聚乙烯醇、聚氨酯、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚乳酸、海藻酸钠和聚偏氟乙烯中的一种或多种，并且溶剂选自去离子水、n-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和碳酸丙烯酯中的一种或多种。
6、综上，本申请提供的锂离子二次电池具有较好的循环性能。
技术特征：
1.一种锂离子二次电池，其特征在于，包括：正极极片、负极极片、隔膜和电解液，
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述非极性稀释剂选自三氟甲苯、二氟苯、三氟苯、甲苯、乙苯、十氟戊烷、全氟己酮、全氟丁基乙醚和全氟丁基甲醚中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述latp界面层设置于所述隔膜面对所述正极极片的一侧。
4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述latp界面层设置在所述正极活性材料层上。
5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述latp界面层的厚度与单面的所述活性材料层的厚度的比值范围为0.006~0.12。
6.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述latp界面层的厚度为0.3μm~6μm。
7.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，a为al或la，b为ti、zr或hf，并且0.1＜x＜0.5。
8.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述latp界面层还包括粘结剂和溶剂，其中，所述latp固态电解质、所述粘结剂和所述溶剂的质量比为1:(0.02～0.05):(1.0～8.0)。
9.根据权利要求8所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚氨酯、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚乳酸、海藻酸钠和聚偏氟乙烯中的一种或多种。
10.根据权利要求8所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述溶剂选自去离子水、n-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和碳酸丙烯酯中的一种或多种。
技术总结
本申请的实施例提供了一种锂离子二次电池，包括：正极极片、负极极片、隔膜和电解液，其中，电解液包括非极性稀释剂，并且基于电解液的总质量，非极性稀释剂的质量百分比为21%~60%，以及其中，正极极片包括正极活性材料层，正极活性材料层与隔膜的基膜之间具有LATP界面层，LATP界面层包括LATP固态电解质，LATP固态电解质的结构通式为：Li1+xAxB2‑x(PO4)3，其中，A为Al、Y、Ga、Cr、In、Fe、Se或La中的一种或多种，B为Ti、Ge、Ta、Zr、Sn、Fe、V或Hf中的一种或多种，并且0＜x＜2。本申请提供的锂离子二次电池具有较好的循环性能。
技术研发人员：余乐,刘兴伟
受保护的技术使用者：远景动力技术（鄂尔多斯市）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23