一种补锂电解液、补锂正极极片及锂离子电池

本发明涉及锂电池领域，尤其是涉及一种补锂电解液、补锂正极极片及锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池(libs)由于具备高能量密度、高工作电压和无记忆效应等特点成为广泛应用的电化学储能系统之一。然而，在锂离子电池首次充电过程中，有机电解液会在石墨等负极表面还原分解，形成固体电解质相界面(sei)膜，从而永久地消耗大量来自正极的锂，进而造成首次循环的库仑效率(ice)偏低，降低了锂离子电池的容量和能量密度。

2、为了解决这个问题，人们研究了“补锂”技术。“补锂”是指在锂离子电池工作之前向电池内部增加锂源来补充锂离子，通过补锂对电极材料进行补锂，抵消形成sei膜造成的不可逆锂损耗，以提高电池的总容量和能量密度。目前的补锂技术主要包括负极补锂和正极补锂，以及在正极、负极或电解液中加入添加剂的补锂方式。

3、中国专利cn116130809a公开了一种锂离子电池正极补锂的方法与应用，该方法通过将正极活性物质、粘接剂、导电剂与正极补锂剂混合制备得到补锂正极极片，但是该方法中的正极补锂剂主要使用锂盐，其中亚硝酸盐作为电解液添加剂促进正极补锂剂分解以达到补充负极化成时锂损耗的目的，与本发明中直接将亚硝酸盐作为补锂添加剂不同，本发明中电解液中的锂盐及正极活性材料不会被亚硝酸盐催化进行进一步分解，同时本发明的正极中活性物质的占比是一个常见占比，其负极活性物质容量：正极活性物质容量＝1.2:1，属于正常范畴，不需额外添加过量锂盐。

4、中国专利cn113258139a公开了一种补锂电解液，包含用于补锂的第一溶剂(四氢呋喃、联苯醚、四氢噻吩和甲基四氢呋喃中的一种或几种)、防共嵌的第二溶剂(丙二醇甲醚、甘醇二甲醚和二乙二醇单甲醚中的一种或几种)、为sei膜形成提供锂元素的锂源(醋酸锂、三氟醋酸锂和正丁基锂)、提供锂离子穿梭所需液体环境的第三溶剂(碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯中的一种或几种)、锂盐(六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂)、添加剂(碳酸亚乙烯酯和/或氟代碳酸乙烯酯)。这种电解液虽然可以提高锂离子电池的首次库伦效率和循环寿命，但所使用的有机盐价格较高，较难用于工业生产。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷将亚硝酸盐直接用作补锂添加剂，提供一种可提高电池循环寿命及容量并且可应用于工业生产的补锂电解液、补锂正极极片及锂离子电池。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种补锂电解液，该补锂电解液按照质量分数包括以下组分：

4、补锂添加剂                              0.5％至2.5％；

5、成膜保护添加剂                          27％至31％；

6、锂盐                                    19％至20％；

7、余量为溶剂，

8、所述补锂添加剂为亚硝酸盐。

9、进一步地，所述的亚硝酸盐包括亚硝酸钾、亚硝酸钠、亚硝酸锂中的一种或多种。

10、进一步地，所述的锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或多种。

11、进一步地，所述的成膜保护添加剂包括碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种。

12、进一步地，所述的溶剂包括碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯中的一种或多种。

13、一种补锂正极极片，该补锂正极极片按照质量分数包括以下组分：

14、

15、

16、所述补锂添加剂为亚硝酸盐。

17、进一步地，所述的导电剂包括炭黑、导电石墨或碳纤维。

18、进一步地，所述的粘接剂包括聚偏氟乙烯(pvdf)、聚丙烯酸或聚酰亚胺。

19、一种锂离子电池，该锂离子电池包括如上所述的补锂电解液和/或如上所述的补锂正极极片。

20、进一步地，所述锂离子电池负极材料为石墨。

21、与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

22、(1)将亚硝酸盐直接用做补锂添加剂、提升电池容量和循环寿命、可应用于工业生产：补锂添加剂为亚硝酸盐，其在充电过程中的氧化能够使电池中的锂离子嵌入负极，补充了在锂离子电池中由于形成固态电解质界面膜而损失的锂离子，可提高电池循环寿命及容量；此外，亚硝酸根分解后产生的硝酸根进入电解液后，能够改善后续生成的固态电解质界面膜的结构，有利于提高电池的循环寿命和稳定性；另外，本发明的亚硝酸盐补锂添加剂能够大规模生产且价格便宜，因此可应用于工业生产。

23、(2)提升电池可靠性：本发明使用的补锂电解液和补锂正极极片因使用亚硝酸盐，可以避免正负极补锂时使用金属锂而带来的安全隐患，同时能够在不影响正负极性能的情况下完成补锂。

24、(3)补锂方法简单易行：本发明采用补锂电极液进行补锂的方法能够防止正极极片因添加剂的分解而产生的孔洞，补锂方法简单，与工业生产中的电池组装工艺相兼容，可大规模应用在锂离子电池的装配过程中。

技术特征：

1.一种补锂电解液，其特征在于，所述补锂电解液按照质量分数包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的补锂电解液，其特征在于，所述的亚硝酸盐包括亚硝酸钾、亚硝酸钠、亚硝酸锂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的补锂电解液，其特征在于，所述的锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的补锂电解液，其特征在于，所述的成膜保护添加剂包括碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的补锂电解液，其特征在于，所述的溶剂包括碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯中的一种或多种。

6.一种补锂正极极片，其特征在于，所述补锂正极极片按照质量分数包括以下组分：

7.根据权利要求6所述的补锂正极极片，其特征在于，所述的导电剂包括炭黑、导电石墨或碳纤维。

8.根据权利要求6所述的补锂正极极片，其特征在于，所述的粘接剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯酸或聚酰亚胺。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的补锂电解液和/或如权利要求6至8任一项所述的补锂正极极片。

10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池负极材料为石墨。

技术总结
本发明涉及锂离子电池领域，本发明提供一种补锂电解液、补锂电极极片及锂离子电池，均包括补锂添加剂；本发明的补锂添加剂亚硝酸盐在充电过程中的氧化能够使电池中的锂离子嵌入负极，补充了在锂离子电池中由于形成固态电解质界面膜而损失的锂离子，可提高电池循环寿命及容量；此外，亚硝酸根分解后产生的硝酸根进入电解液后，能够改善后续生成的固态电解质界面膜的结构，有利于提高电池的循环寿命和稳定性；另外，本发明的亚硝酸盐能够大规模生产且价格便宜，因此可应用于工业生产。与现有技术相比，本发明具有可提高电池循环寿命及容量并且可应用于工业生产等优点。

技术研发人员：杨方舟,王超,万旺
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15