一种锂离子电池的制作方法

本技术属于锂离子电池，涉及一种锂离子电池。

背景技术：

1、传统的锂离子电池在储能系统应用中，往往存在两大核心技术痛点：一是电芯循环寿命衰减，其原因一方面是电极与电解液界面反应生成不稳定sei膜，另一方面是正极结构稳定性在多次循环中受到破坏；二是传统的液态电解液具有易燃特性，在针刺和挤压等滥用场景下易引发热失控。

2、一些相关技术公开了通过在电解液中添加成膜添加剂以稳定sei膜，例如，cn110148783a公开了一种改善石墨电极表面sei膜性能的电解液及其制备方法和应用，电解液包括有机溶剂、成膜添加剂和溶质盐，有机溶剂包括环状碳酸酯溶剂，成膜添加剂包括氟代碳酸酯，溶质盐在溶剂中的总摩尔浓度保持为3mol/l，溶质盐包括锂盐和离子液体的混合物，锂盐和离子液体的摩尔比为＝2∶1；锂盐为锂二(三氟甲基磺酰)亚胺盐，离子液体为n-甲基-n-丙烯基哌啶二(三氟甲基磺酰)亚胺。该电解液应用到石墨/锂半电池中能够在石墨电极表面形成更加致密、稳定的sei膜，改善电池的循环性能。又如，cn116979149a公开了一种用于电池的电解液添加剂、包括其的电解液和电池，所述电解液添加剂包含硫酸酯类化合物，所述硫酸酯类化合物的化学式为：；其中，r1选自卤原子，r2、r3和r4分别独立地选自氢原子、卤原子、c1~c6的烷基或c1~c6的氟代烷基中的一种或多种。采用本技术的电解液添加剂能够形成稳定sei膜且降低电池副反应。

3、但是，通过在电解液中添加成膜添加剂，成膜添加剂与电解液中的其他组分共存，有可能抑制其他组分的作用，导致电解液整体性能下降，而且，无法改变液态电解液易燃，易引发热失控的问题。

4、因而，提供一种锂离子电池，使其能够兼顾优异的循环寿命，同时降低电池热失控的风险，是目前亟待解决的技术问题。

5、申请内容

6、针对现有技术中存在的上述技术问题，本技术的目的在于提供一种锂离子电池。本技术通过正负极界面调控和电解液配方调整，从这几个维度可以在稳定正极材料结构、稳定sei的同时，提升电池的安全可控性，锂离子电池具有较长的使用寿命和安全性能。

7、为达上述目的，本技术采用以下技术方案：

8、本技术提供了一种锂离子电池，包括正极、负极和电解液，所述正极中包括正极材料，所述正极材料包括正极活性物质和设置在所述正极活性物质表面的原子沉积层，所述原子沉积层中包括al2o3和zro2；所述负极中包括负极集流体和设置在所述负极集流体表面的负极活性层，所述负极活性层中包括负极材料和复合成膜剂，所述复合成膜剂中包括氟代碳酸乙烯酯与硫酸乙烯酯；

9、所述电解液的氧指数≥28%。

10、本技术的锂离子电池中，电解液的氧指数≥28%，例如可以是28%、29%、30%、31%或32%等。但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

11、本技术创新性地提出一种正负极界面调控+阻燃电解液体系协同配合的设计，在稳定正极材料结构、稳定sei膜的同时降低电池热失控的风险。其技术原理如下：第一、通过在正极活性物质的表面设置原子沉积层并利用al2o3和zro2形成复合涂层，相比于al2o3和zro2以氧化物颗粒的方式与正极活性物质混料后烧结的方式，具有包覆层致密、均匀的特点，能够有抑制正极活性物质中的过渡金属离子溶出，减少与电解液的副反应，提升正极材料的结构稳定性。而且，al2o3和zro2以原子沉积的方式协同配合，相比于单一种类，具有更优异的耐腐蚀性和界面稳定性，能够更好的抑制过渡金属离子溶出，同时降低界面阻抗，提升正极材料的结构完整性。第二、通过在负极活性层中加入复合成膜剂，电池在首次充放电时，复合成膜剂优先在负极表面形成薄而致密的sei膜，该膜可降低界面阻抗并抑制锂枝晶生长。而且，相比于在电解液中添加成膜剂，还可以避免成膜剂与电解液中其他组分存在竞争关系而降低电解液的整体性能。第三、本技术的电解液的氧指数≥28%，能够降低电池热失控的风险，确保电池在滥用条件下的安全性。

12、本技术提出的电极界面改性及电解液配方优化的协同方案无需增加额外的设备，工艺兼容性强，可直接使用现有的锂离子电池生产线，不会增加产业化成本。

13、在一些实施方式中，所述al2o3和zro2的摩尔比为(1~5):(1~5)，其中，al2o3的选择范围为“1~5”，例如可以是1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5等，zro2的选择范围为“1~5”，例如可以是1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5等。但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

14、在一些实施方式中，所述原子沉积层的厚度为5nm~10nm，例如可以是5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm等。但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。在此范围内，可以在稳定正极活性物质结构稳定性的前提下，尽可能降低对阻抗的增加。

15、在一些实施方式中，所述正极活性物质的化学式为lianixcoyazmbo2，其中，a为mn或al，m为al、mg、zr、ti、w、nb、y和ga中的至少一种，0.8

16、在一些实施方式中，所述氟代碳酸乙烯酯（fec）与硫酸乙烯酯（dtd）的质量比为(1~3):(1~3)，其中，氟代碳酸乙烯酯的选择范围为“1~3”，例如可以是1、1.5、2、2.5或3等；硫酸乙烯酯的选择范围为“1~3”，例如可以是1、1.5、2、2.5或3等。但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。复合成膜剂中的氟代碳酸乙烯酯与硫酸乙烯酯的质量比存在上述优选范围，若氟代碳酸乙烯酯过少而硫酸乙烯酯过多，会导致sei膜阻抗增加，恶化倍率性能和循环性能；若氟代碳酸乙烯酯过多而硫酸乙烯酯过少，会导致sei膜过于疏松，无法有效抑制锂枝晶生长，循环性能下降。

17、在一些实施方式中，所述复合成膜剂在所述负极活性层中的质量占比为0.5wt%~1wt%，例如可以是0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%或1wt%等。但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。若复合成膜剂的含量过少，会导致sei膜覆盖不完整，界面副反应增加，循环性能下降；若复合成膜剂的含量过多，会导致界面膜过厚，增加锂离子传输阻抗，降低容量发挥和循环性能。

18、在一些实施方式中，所述电解液中包括有机溶剂、锂盐和阻燃剂。

19、在一些实施方式中，所述有机溶剂包括碳酸二甲酯（dmc）和碳酸甲乙酯（emc），所述碳酸二甲酯在所述有机溶剂中的体积占比为40%~60%（例如可以是40%、42%、45%、47%、50%、53%、56%、58%或60%等），所述碳酸甲乙酯在所述有机溶剂中的体积占比为40%~60%（例如可以是40%、42%、45%、47%、50%、53%、56%、58%或60%等）。但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。若碳酸二甲酯的体积占比过大，会降低电解液闪点，影响安全性；若碳酸甲乙酯的体积占比过大，会增大电解液粘度，降低离子电导率。

20、在一些实施方式中，所述锂盐包括双三氟磺酰亚胺锂。

21、在一些实施方式中，所述锂盐在所述电解液中的质量占比为0.2wt%~0.5wt%，例如可以是0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%或0.5wt%等。但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

22、在一些实施方式中，所述阻燃剂包括磷酸三乙酯。

23、在一些实施方式中，所述阻燃剂在所述电解液中的质量占比为5wt%~10wt%，例如可以是5wt%、5.5wt%、6wt%、6.5wt%、7wt%、7.5wt%、8wt%、8.5wt%、9wt%、9.5wt%或10wt%等。

24、本技术的电解液中，通过限定有机溶剂、锂盐和阻燃剂的种类以及含量，可以使得电解液具有较高的离子电导率、与正负极良好的兼容性、适宜的黏度与界面润湿性，以及良好的阻燃。

25、与已有技术相比，本技术具有如下有益效果：

26、（1）本技术创新性地提出一种正负极界面调控+阻燃电解液体系协同配合的设计，在稳定正极材料结构、稳定sei膜的同时降低电池热失控的风险，提高了电池的循环性能和安全性，1c/1c循环500次容量保持率≥92.1%，优选≥93.9%，针刺测试中，电池无起火、爆炸现象。

27、（2）本技术提出的电极界面改性及电解液配方优化的协同方案无需增加额外的设备，工艺兼容性强，可直接使用现有的锂离子电池生产线，不会增加产业化成本。

技术实现思路