【专利解密】宁德时代提出延长磷酸铁锂电池寿命新方法

【嘉勤点评】宁德时代的磷酸铁锂电池专利，通过在电解液中添加含有双键的环状碳酸酯以及环状二磺酸酯，解决了高压实密度电极片与电解液浸润性差的问题，使磷酸铁锂电池的低温性能、常温和高温循环性能都得到改善，有效延长电池的使用寿命。

知情人士透露国产特斯拉Model Y计划7月推出磷酸铁锂电池版（LFP）车型，该车型将搭载宁德时代的 LFP 电池。

磷酸铁锂由于循环寿命高、安全性好及价格低廉等特性，是目前动力电池最常用的正极材料之一。但是磷酸铁锂电池的缺点是其能量密度偏低。为提高能量密度，一方面是增加正负极材料的克容量，另一方面是增加正负极膜片的压实密度。但是压实密度提高后会导致锂离子的扩散困难，同时电极片与电解液的浸润性变差，使得磷酸铁锂电池的循环寿命减少。因此需要从电解液角度改善高压实密度电极片体系下磷酸铁锂电池的性能。

为此，宁德时代于2017年6月23日申请了一项名为“磷酸铁锂电池”的发明专利（申请号: 201710486002.X），申请人为宁德时代新能源科技股份有限公司。

图1 环状二磺酸酯示意图

图1为环状二磺酸酯示意图。本发明的磷酸铁锂电池包括：正极极片，包含正极集流体和位于正极集流体表面的正极膜片；负极极片，包含负极集流体和位于负极集流体表面的负极膜片；隔离膜，设置在正极极片和负极极片之间；以及电解液，包含有机溶剂、锂盐和电解液添加剂。正极膜片中的正极活性材料包括磷酸铁锂；负极膜片中的负极活性材料包括石墨。电解液添加剂包括含有双键的环状碳酸酯以及式I所示的环状二磺酸酯。在式I中，A、B各自独立地选自碳原子数为1～3的亚烷基。

含有双键的环状碳酸酯可以改善磷酸铁锂电池高温环境使用下的容量保持率，但是其不可避免带来的问题是成膜阻抗增加，影响磷酸铁锂电池低温环境下的使用；而式I所示的环状二磺酸酯可以降低成膜阻抗。将二者联合使用添加到电解液中可以使磷酸铁锂电池的低温性能、常温和高温循环性能都得到改善。

在电解液中，含有双键的环状碳酸酯可选自碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)中的一种或两种，其质量百分含量为0 .5％～4％。若含量少，成膜不稳定，磷酸铁锂电池高温循环性能变差；含量多，则会导致成膜过厚，磷酸铁锂电池循环过程中容易析锂而循环跳水。环状二磺酸酯可选自甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)、乙烷二磺酸亚乙酯、甲烷二磺酸亚丙酯中的一种或几种。其质量百分含量可为0 .2％～2％。若含量少，其对成膜阻抗的降低改善甚微；而含量多，易在电解液中结晶而沉积，同时由于其本身高温稳定性差，添加量多反而可能恶化磷酸铁锂电池性能。

简而言之，宁德时代的磷酸铁锂电池专利，通过在电解液中添加含有双键的环状碳酸酯以及环状二磺酸酯，解决了高压实密度电极片与电解液浸润性差的问题，使磷酸铁锂电池的低温性能、常温和高温循环性能都得到改善，有效延长的使用寿命。

宁德时代是全球领先的锂离子电池研发制造公司，专注于新能源汽车动力电池系统、储能系统的研发、生产和销售，未来宁德时代将继续致力于为全球新能源应用提供一流解决方案。

（holly）