[发明专利]兼顾电化学性能和安全性能的高比能锂离子电池设计方法

说明书

本发明公开了一种兼顾电化学性能和安全性能的高比能锂离子电池设计方法，包括如下步骤：选材：选取在高电压下具有氧化还原活性的材料作为待评价材料；制备：制备以所述待评价材料为正极的锂离子扣式电池；评价：对所述扣式电池进行验证，评价所述待评价材料的氧化能力及电化学性能；取材：多种所述待评价材料中优选得到兼顾电化学性能和安全性能的正极材料。本发明的方法，通过利用正极材料高电压的氧化还原活性和产气行为，进行电池正极筛选，从而达到在一定范围内控制过充温升，提高锂电池过充安全性能；同时可以快速评价正极材料过充安全性能，提高研发效率，节约开发成本。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及锂电池的设计。

背景技术

随着镍含量越来越高的正极材料大量应用于锂离子电池，锂电池的能量密度虽然得到了快速提高，但随之而来的热失控等安全问题也愈加突出。正极材料特别是高镍正极材料在高电势高脱锂态下结构不稳定，容易释放出氧气并产生热量。高脱锂态下正极材料易与有机电解液发生剧烈副反应放出大量的热，导致电池温度迅速上升。温度上升又将进一步促进正极材料分解，加剧放热副反应，最终引起热失控。特别是在电滥用条件下，如过充，电芯极易发生爆炸起火等安全事故。

在实际生产中锂离子正极材料来源广泛，材料众多其性能也参差不齐。对材料安全性能评估，需要做成全电池后才能进行，无论是在时效、人力、物力还是资源等各方面都给电池开发工作带来挑战。而提高研发效率，降低财务成本、时间成本和人力成本对于企业具有重要意义。

目前电池防过充大多还停留在引入防过充添加剂的层面上，如专利CN201410275652.6在电解液中加入 2,3,4-三氟联苯，其在正极形成一层致密的电绝缘膜，阻止电池活性材料和电解质进一步氧化，改善锂电池对过充的承受能力。

发明内容

本发明主要目的是：克服现有技术中锂离子电池开发效率低，难与兼顾的电化学性能和安全性能的问题。

为此，本发明提出了一种兼顾电化学性能和安全性能的高比能锂离子电池设计方法，包括如下步骤：

选材：选取在高电压下具有氧化还原活性的材料作为待评价材料；

制备：制备以所述待评价材料为正极的锂离子扣式电池；

评价：对所述扣式电池进行验证，评价所述待评价材料的氧化能力及电化学性能；

取材：多种所述待评价材料中优选得到兼顾电化学性能和安全性能的正极材料；

制造全电池：采用所述优选得到兼顾电化学性能和安全性能的正极材料，制造锂离子全电池；

验证：采用所述锂离子全电池，进行电化学性能与安全性能验证。

上述的兼顾电化学性能和安全性能的高比能锂离子电池设计方法，其中的可选实施方式中，所述评价步骤包括：

1）将所述锂离子扣式电池在室温或高温45-80℃中过充到6V或以上；

2）收集电压V -时间t曲线，得出微分曲线dV/dt；

3）对比所述待测样品和已知样品的电压增长速率，判断正极材料过充温升和产气量。

本发明的方法，通过评价正极材料在高电压下的氧化还原活性和产气行为，进行电池正极筛选，从而达到在一定范围内控制过充温升，提高锂电池过充安全性能；无须对正极材料采用防过充添加剂，既可以降低电池研发成本，又能保证电池安全的性能。

其中的可选方式中，利用待评价材料作为正极材料制备锂离子扣式电池，可以快速评价正极材料过充安全性能，快速选材，提高研发效率，节约开发成本。

附图说明

图1为本发明实施例中两种材料的循环寿命曲线；