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锂离子电池及其制备方法和锂离子电池性能的预测方法

457 编辑：北方有色网来源：江苏中兴派能电池有限公司

2025-10-27 15:18:24

权利要求

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片和电解液，所述正极极片包括正极集流体和负载于所述正极集流体上的正极活性涂层，所述正极活性涂层中含有锰酸锂正极材料;所述负极极片包括负极集流体和负载于所述负极集流体上的负极活性涂层，所述负极活性涂层中含有石墨负极活性材料;所述电解液中含有锂盐类添加剂和硫系添加剂;

定义所述锰酸锂正极材料的氧缺陷度为a，a=I311/I400;其中，I311为所述锰酸锂正极材料的X射线衍射测试图谱中311晶面所对应的峰的强度，I400为所述锰酸锂正极材料的X射线衍射测试图谱中400晶面所对应的峰的强度;

在化成后的所述锂离子电池的所述电解液中，所述锂盐类添加剂的含量为b，所述硫系添加剂的含量为c;

所述石墨负极活性材料的粒径D50为d，单位为μm;

a、b、c、d同时满足：

885

5.20

1452

52.70

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，a的取值范围为0.76-1.18;

和/或，b的取值范围为0.020%-0.122%;

和/或，c的取值范围为0.485%-1.283%;

和/或，d的取值范围为8μm-13μm;

和/或，所述锂离子电池在45℃、0.5C/1C的条件下循环至70%SOH的循环次数大于等于500圈。

3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂盐类添加剂为双草酸硼酸锂;

和/或，所述硫系添加剂为1,3-丙烷磺酸内酯。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述电解液还包括：溶剂和电解质锂盐，所述电解质锂盐的浓度为0.5mol/L-1.5mol/L;

其中，所述溶剂选自碳酸酯溶剂和羧酸酯溶剂中的至少一种;

所述电解质锂盐选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂和三氟甲磺酸锂中的至少一种;

优选地，所述溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸甲酯和丙酸甲酯中的至少一种;所述溶剂含有环状酯与线性酯，且环状酯在溶剂中的质量占比为20%-40%。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极活性涂层中还含有第一导电剂和第一粘结剂，所述锰酸锂正极材料的质量分数为93%-97%，所述第一导电剂的质量分数为2%-4%，所述第一粘结剂的质量分数为1.0%-3.0%;

优选地，所述第一导电剂选自乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、石墨烯和Super P中的至少一种;

优选地，所述第一粘结剂选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯和聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极活性涂层中还含有第二导电剂、增稠剂和第二粘结剂，所述石墨负极活性材料的质量分数为93%-97%，所述第二导电剂的质量分数为1%-3%，所述增稠剂的质量分数为1.0-2.0%，所述第二粘结剂的质量分数为1.0-3.0%;

优选地，所述第二导电剂选自乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、石墨烯和Super P中的至少一种;

优选地，所述增稠剂选自羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇和聚乙二醇中的至少一种;

优选地，所述第二粘结剂选自丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯和聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。

7.一种权利要求1-6中任一项所述锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括：

制备锰酸锂正极材料：将锂源和锰源混合，得到前驱体;将所述前驱体在含氧气氛下进行煅烧，控制煅烧温度为800℃-1000℃，煅烧时间为2h-8h;

制备正极极片：在正极集流体上形成所述正极活性涂层，所述正极活性涂层中含有所述锰酸锂正极材料;

制备负极极片：利用粒径D50满足要求的石墨负极活性材料作为负极活性物质，在负极集流体上形成所述负极活性涂层;

制备电解液：根据所述电解液的组成进行配料并混合;

组装：将所述负极极片、所述正极极片和隔膜组装，之后注入所述电解液，进行化成。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在制备所述锰酸锂正极材料时，所述锂源选自碳酸锂和氢氧化锂中的至少一种;

和/或，所述锰源选自二氧化锰和四氧化三锰中的至少一种;

和/或，煅烧气氛为空气;

和/或，升温速率为4℃/min-6℃/min;

和/或，煅烧完成之后，经过冷却、粉碎和筛选。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，注入电解液之后，依次进行陈化、化成、老化和分容;

和/或，所述隔膜位于所述正极极片和所述负极极片之间，通过叠片或卷绕的方法制备电芯。

10.一种锂离子电池性能的预测方法，其特征在于，锂离子电池包括正极极片、负极极片和电解液，所述正极极片包括正极集流体和负载于所述正极集流体上的正极活性涂层，所述正极活性涂层中含有锰酸锂正极材料;所述负极极片包括负极集流体和负载于所述负极集流体上的负极活性涂层，所述负极活性涂层中含有石墨负极活性材料;所述电解液中含有锂盐类添加剂和硫系添加剂;

在化成后的所述锂离子电池的所述电解液中，所述锂盐类添加剂的含量为b，所述硫系添加剂的含量为c;

所述石墨负极活性材料的粒径D50为d，单位为μm;

当a、b、c、d同时满足：885

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及锂离子电池及其制备方法和锂离子电池性能的预测方法。

背景技术

[0002]锰酸锂(LiMn2O4)作为一种重要的锂离子电池正极材料，因其资源丰富、成本低廉、环境友好以及良好的热稳定性和安全性，被广泛应用于动力电池和消费类电子产品中。锰酸锂的三维隧道结构能够支持快速锂离子脱嵌，同时具备优异的结构稳定性。然而，在高温条件下，锰酸锂材料容易引发电解液分解，导致电池内部产气，从而引发电池鼓胀和内压升高，严重影响电池的循环寿命与安全性。这种现象主要源于锰元素在高电压或高温条件下对电解液的催化分解作用，尤其是Mn3+离子的溶解，会进一步加剧界面副反应。

[0003]研究表明，锰酸锂材料的氧缺陷度与其结构稳定性密切相关。氧空位会削弱锰酸锂的三维立方尖晶石结构，导致Mn3+/Mn4+离子更易从晶格中脱出;同时，氧缺陷的存在会促进Mn4+还原为Mn3+，这些低价态的锰离子更容易与电解液中的溶剂分子发生相互作用。此外，集中在材料表面或近表面区域的氧缺陷会破坏表面层的完整性，使其更易受到电解液的侵蚀;氧缺陷还可能加速电解液在高电压条件下的分解反应。因此，随着氧缺陷度的增加，锰的溶出加剧，产气更容易发生，最终导致电芯性能显著劣化。

[0004]因此，锰酸锂电池性能的优劣受到多种因素的影响，如何设计出低阻抗、长寿命的锰酸锂电池，是目前亟需解决的技术问题。

[0005]鉴于此，特提出本发明。

发明内容

[0006]本发明的目的在于提供锂离子电池及其制备方法和锂离子电池性能的预测方法，旨在提供低阻抗、长循环寿命的锰酸锂电池。

[0007]本发明是这样实现的：

[0008]第一方面，本发明提供一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片和电解液，正极极片包括正极集流体和负载于正极集流体上的正极活性涂层，正极活性涂层中含有锰酸锂正极材料;负极极片包括负极集流体和负载于负极集流体上的负极活性涂层，负极活性涂层中含有石墨负极活性材料;电解液中含有锂盐类添加剂和硫系添加剂;

[0009]定义锰酸锂正极材料的氧缺陷度为a，a=I311/I400;其中，I311为锰酸锂正极材料的X射线衍射测试图谱中311晶面所对应的峰的强度，I400为锰酸锂正极材料的X射线衍射测试图谱中400晶面所对应的峰的强度;

[0010]在化成后的锂离子电池的电解液中，锂盐类添加剂的含量为b，硫系添加剂的含量为c;

[0011]石墨负极活性材料的粒径D50为d，单位为μm;

[0012]a、b、c、d同时满足：

[0013]885

[0014]5.20

[0015]1452

[0016]52.70

[0017]在可选的实施方式中，a的取值范围为0.76 -1.18;

[0018]和/或，b的取值范围为0.020%-0.122%;

[0019]和/或，c的取值范围为0.485%-1.283%;

[0020]和/或，d的取值范围为8μm-13μm;

[0021]和/或，锂离子电池在45℃、0.5C/1C的条件下循环至70%SOH的循环次数大于等于500圈。

[0022]在可选的实施方式中，锂盐类添加剂为双草酸硼酸锂;

[0023]和/或，硫系添加剂为1,3-丙烷磺酸内酯。

[0024]在可选的实施方式中，电解液还包括：溶剂和电解质锂盐，电解质锂盐的浓度为0.5mol/L-1.5mol/L;

[0025]其中，溶剂选自碳酸酯溶剂和羧酸酯溶剂中的至少一种;

[0026]电解质锂盐选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂和三氟甲磺酸锂中的至少一种;

[0027]优选地，溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸甲酯和丙酸甲酯中的至少一种;溶剂含有环状酯与线性酯，且环状酯在溶剂中的质量占比为20%-40%。

[0028]在可选的实施方式中，正极活性涂层中还含有第一导电剂和第一粘结剂，锰酸锂正极材料的质量分数为93%-97%，第一导电剂的质量分数为2%-4%，第一粘结剂的质量分数为1.0%-3.0%;

[0029]优选地，第一导电剂选自乙炔黑、科琴黑(Ketjen Black)、碳纳米管(CNT)、石墨烯和Super P中的至少一种;

[0030]优选地，第一粘结剂选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯(PU)和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中的至少一种。

[0031]在可选的实施方式中，负极活性涂层中还含有第二导电剂、增稠剂和第二粘结剂，石墨负极活性材料的质量分数为93%-97%，第二导电剂的质量分数为1%-3%，增稠剂的质量分数为1.0-2.0%，第二粘结剂的质量分数为1.0-3.0%;

[0032]优选地，第二导电剂选自乙炔黑、科琴黑(Ketjen Black)、碳纳米管(CNTs)、石墨烯和Super P中的至少一种;

[0033]优选地，增稠剂选自羧甲基纤维素钠(CMC)、聚丙烯酸钠(PANa)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、聚乙烯醇(PVA)和聚乙二醇(PEG)中的至少一种;

[0034]优选地，第二粘结剂选自丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯(PU)和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中的至少一种。

[0035]第二方面，本发明还提供一种锂离子电池的制备方法，包括：

[0036]制备锰酸锂正极材料：将锂源和锰源混合，得到前驱体;将前驱体在含氧气氛下进行煅烧，控制煅烧温度为800℃-1000℃，煅烧时间为2h-8h;

[0037]制备正极极片：在正极集流体上形成正极活性涂层，正极活性涂层中含有锰酸锂正极材料;

[0038]制备负极极片：利用粒径D50满足要求的石墨负极活性材料作为负极活性物质，在负极集流体上形成负极活性涂层;

[0039]制备电解液：根据电解液的组成进行配料并混合;

[0040]组装：将负极极片、正极极片和隔膜组装，之后注入电解液，进行化成。

[0041]在可选的实施方式中，在制备锰酸锂正极材料时，锂源选自碳酸锂和氢氧化锂中的至少一种;

[0042]和/或，锰源选自二氧化锰和四氧化三锰中的至少一种;

[0043]和/或，煅烧气氛为空气;

[0044]和/或，升温速率为4℃/min-6℃/min;

[0045]和/或，煅烧完成之后，经过冷却、粉碎和筛选。

[0046]在可选的实施方式中，注入电解液之后，依次进行陈化、化成、老化和分容;

[0047]和/或，隔膜位于正极极片和负极极片之间，通过叠片或卷绕的方法制备电芯。

[0048]第三方面，本发明提供一种锂离子电池性能的预测方法，锂离子电池包括正极极片、负极极片和电解液，正极极片包括正极集流体和负载于正极集流体上的正极活性涂层，正极活性涂层中含有锰酸锂正极材料;负极极片包括负极集流体和负载于负极集流体上的负极活性涂层，负极活性涂层中含有石墨负极活性材料;电解液中含有锂盐类添加剂和硫系添加剂;

[0049]定义锰酸锂正极材料的氧缺陷度为a，a=I311/I400;其中，I311为锰酸锂正极材料的X射线衍射测试图谱中311晶面所对应的峰的强度，I400为锰酸锂正极材料的X射线衍射测试图谱中400晶面所对应的峰的强度;

[0050]在化成后的锂离子电池的电解液中，锂盐类添加剂的含量为b，硫系添加剂的含量为c;

[0051]石墨负极活性材料的粒径D50为d，单位为μm;

[0052]当a、b、c、d同时满足：885

[0053]本发明具有以下有益效果：本发明通过调控锰酸锂正极材料的氧缺陷度，并结合电解液配方的优化，合理控制各添加剂的质量占比，实现对正极活性材料的精准保护，同时结合负极材料的选择，实现对负极材料表面的有效钝化，建立锰酸锂体系电解液与正负极材料的搭配准则，设计出了低阻抗、长循环寿命的锰酸锂电池产品。

附图说明

[0054]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

[0055]图1为实施例1制备得到锰酸锂正极材料的XRD图。

具体实施方式

[0056]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

[0057]本发明实施例提供一种锂离子电池及其制备方法，锂离子电池包括正极极片、负极极片和电解液，本发明通过对正极极片中锰酸锂正极材料的氧缺陷度进行调控，配合电解液中添加剂的优化、负极材料的选择，建立锰酸锂体系电解液与正负极材料的搭配准则，设计出了低阻抗、长循环寿命的锰酸锂电池产品，可广泛应用于电动工具、储能系统、低速电动车、摩托车以及便携式电子设备等领域。

[0058]定义：锰酸锂正极材料的氧缺陷度为a(a=I311/I400);化成后的锂离子电池的电解液中，锂盐类添加剂的含量为b，硫系添加剂的含量为c;石墨负极活性材料的粒径D50为d，单位为μm;a、b、c、d同时满足：

[0059]式1：885

[0060]式2：5.20

[0061]式3：1452

[0062]式4：52.70

[0063]需要说明的是，a、b、c、d四种参数虽为与循环寿命直接相关的参数，但只有经过合理体系搭配，才能得到满足需求的低阻抗、长循环寿命电芯(电芯45℃0.5C/1C循环至70%SOH循环次数≥500圈)。发明人发现a、b、c、d同时满足以上表达式，可以得到满足需求的低阻抗、长循环寿命的锰酸锂电池。

[0064]具体地，a/b表示了氧缺陷度与锂盐类添加剂含量之间的匹配关系，反映了该添加剂针对正极界面的保护和钝化能力，a/b的取值可以为886、900、950、1000、1050、1100、1150、1200、1250、1296等。

[0065]具体地，c/b表示了硫系添加剂与锂盐类添加剂之间的比例关系，体现了两种添加剂的协同与拮抗作用，c/b的取值可以为5.20、5.50、6.00、6.50、7.00、7.50、8.00、8.30等。

[0066]具体地，d/c表示了石墨负极粒径与硫系添加剂含量之间的匹配关系，反映了该添加剂针对负极界面的保护和钝化能力，d/c的取值可以为1452、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2100、2200、2267等。

[0067]具体地，a*(c/b)*d表示了氧缺陷度、电解液添加剂配比与负极粒径三者之间的综合耦合效应，用于表征整个电化学体系在长期循环中的稳定性与阻抗控制能力，a*(c/b)*d的取值可以为52.70、55.00、60.00、65.00、70.00、75.00、80.00、83.40等。

[0068]下面分别针对正极极片、负极极片和电解液等部分进行说明。

[0069]【正极极片】

[0070]正极极片包括正极集流体和负载于正极集流体上的正极活性涂层，正极活性涂层中含有锰酸锂正极材料。定义：锰酸锂正极材料的氧缺陷度为a，a=I311/I400;其中，I311为锰酸锂正极材料的X射线衍射测试图谱中311晶面所对应的峰的强度，I400为锰酸锂正极材料的X射线衍射测试图谱中400晶面所对应的峰的强度。正极材料氧缺陷度代表材料的结构稳定性，其中a的值越偏离于1，说明该材料的结构稳定性差，会加剧副反应的发生，所以需要调控实验参数，合成出合适氧缺陷的正极材料。

[0071]具体地，使用X射线衍射仪(XRD)对锰酸锂正极材料进行测试，在XRD图谱中以I311/I400作为锰酸锂正极材料的氧缺陷度，I311/I400比值越接近1，氧缺陷度越低。

[0072]在一些实施例中，a的取值范围为0.76 -1.18，如可以为0.76、0.80、0.90、1.00、1.10、1.18等。a的取值在上述范围内为宜，该范围内的锰酸锂正极材料的结构稳定性更好，能够更好地配合b、c、d获得低阻抗、长循环寿命的锰酸锂电池。

[0073]在一些实施例中，正极活性涂层中还含有第一导电剂和第一粘结剂，锰酸锂正极材料的质量分数为93%-97%，第一导电剂的质量分数为2%-4%，第一粘结剂的质量分数为1.0%-3.0%。锰酸锂正极材料、第一导电剂和第一粘结剂的质量分数在上述范围内为宜，锰酸锂正极材料的质量分数可以为93%、94%、95%、96%、97%等;第一导电剂的质量分数可以为2%、3%、4%等;第一粘结剂的质量分数可以为1%、2%、3%等。

[0074]进一步地，第一导电剂选自乙炔黑、科琴黑(Ketjen Black)、碳纳米管(CNT)、石墨烯和Super P中的至少一种，第一导电剂可以为以上任意一种或几种。第一粘结剂选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯(PU)和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中的至少一种，第一粘结剂可以为以上任意一种或几种。

[0075]正极极片的制备过程包括：先制备锰酸锂正极材料，之后正极集流体上形成正极活性涂层，且正极活性涂层中含有锰酸锂正极材料。其中，制备锰酸锂正极材料的过程包括：将锂源和锰源混合，得到前驱体;将前驱体在含氧气氛下进行高温煅烧，控制煅烧温度为800℃-1000℃，煅烧时间为2h-8h。通过化学计量比加料的锂源和锰源(摩尔比Li:Mn=1:2)进行煅烧，通过固相反应生成LiMn2O4晶体。具体地，煅烧温度可以为800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃等;煅烧时间可以为2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h等。

[0076]在一些实施例中，在制备锰酸锂正极材料时，锂源选自碳酸锂和氢氧化锂中的至少一种，锂源可以为以上任意一种或几种;锰源选自二氧化锰和四氧化三锰中的至少一种，锰源可以为以上任意一种或几种。

[0077]在一些实施例中，煅烧的过程中，所使用煅烧气氛的可以为空气，但不限于此。升温速率为4℃/min-6℃/min，如可以为4℃/min、5℃/min、6℃/min等。在煅烧完成之后，经过冷却、粉碎和筛选，得到粒径均匀、结构稳定的锰酸锂正极材料。

[0078]在制备正极极片时，先将锰酸锂正极材料、第一导电剂和第一粘接剂按照特定的质量比混合均匀得到正极浆料，将所得正极浆料涂敷于正极铝箔集流体上，控制双面面密度为450-500g/m2，室温晾干后转移至烘箱进行干燥处理，干燥完成后得到正极片半成品，最后经冷压、分切工艺得到待装配的正极极片。

[0079]【负极极片】

[0080]负极极片包括负极集流体和负载于负极集流体上的负极活性涂层，负极活性涂层中含有石墨负极活性材料，石墨负极活性材料的粒径D50为d，单位为μm。负极的颗粒粒径往往侧面反映出负极材料的表面缺陷和反应活性，当颗粒粒径小，说明反应活性大，所得电池的阻抗会降低，但同时材料的缺陷会增多，从而加剧副反应的发生。因此，对于负极材料粒径的选择，需要重点考虑，且搭配其他控制因素进行综合调控。d的取值范围为8μm-13μm，如可以为8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm等。

[0081]在一些实施例中，负极活性涂层中还含有第二导电剂、增稠剂和第二粘结剂，石墨负极活性材料的质量分数为93%-97%，如可以为93%、94%、95%、96%、97%等;第二导电剂的质量分数为1%-3%，如可以为1%、2%、3%等;增稠剂的质量分数为1.0-2.0%，如可以为1.0%、1.5%、2.0%等;第二粘结剂的质量分数为1.0-3.0%，如可以为1.0%、2%、3%等。

[0082]进一步地，第二导电剂选自乙炔黑、科琴黑(Ketjen Black)、碳纳米管(CNTs)、石墨烯和Super P中的至少一种，第二导电剂可以为以上任意一种或几种。增稠剂选自羧甲基纤维素钠(CMC)、聚丙烯酸钠(PANa)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、聚乙烯醇(PVA)和聚乙二醇(PEG)中的至少一种，增稠剂可以为以上任意一种或几种。第二粘结剂选自丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯(PU)和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中的至少一种，第二粘结剂可以为以上任意一种或几种。

[0083]制备负极极片时，利用粒径D50满足要求的石墨负极活性材料作为负极活性物质，在负极集流体上形成负极活性涂层。具体地，将石墨负极活性材料、第二导电剂、增稠剂和第二粘结剂按照特定的质量比配料，依次加入真空搅拌机中混合均匀，随后加入适量去离子水，继续搅拌至浆料呈均一状态。将制得的浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的两面上，控制双面面密度为190-200g/m2(如196.5g/m2)，室温晾干后转移至烘箱进行干燥处理，干燥完成后得到负极片半成品，最后经冷压、分切工艺得到待装配的负极极片。

[0084]【电解液】

[0085]电解液中含有锂盐类添加剂和硫系添加剂，在化成后的锂离子电池的电解液中，锂盐类添加剂的含量为b，硫系添加剂的含量为c。锂盐类添加剂和硫系添加剂都是在锰酸锂电池中能够有效钝化正极和负极界面的添加剂。经验证，锂盐类添加剂(如LiBOB)和硫系添加剂(如PS)需要同时加入，且两种添加剂存在协同拮抗的作用，锂盐类添加剂(如LiBOB)可有效钝化正负极界面，但阻抗较大。硫系添加剂(如PS)可有效钝化正负极界面和抑制产气，而阻抗较低。因此，锂盐类添加剂和硫系添加剂这两种添加剂需按配比搭配使用。

[0086]需要说明的是，基于以上锰酸锂体系的正负极材料选择现状，需要合理搭配电解液添加剂的量，才能达到所需的低阻抗、长循环寿命。发明人在整理实验数据时发现：针对不同选择的正极或负极材料，调控这两种类型添加剂的加入量，可以有效钝化正负极界面，使得所得电芯既满足了低阻抗，又满足了长寿命。

[0087]在一些实施例中，锂盐类添加剂可以为双草酸硼酸锂(LiBOB)，但不限于此。硫系添加剂可以为1,3-丙烷磺酸内酯(PS)，但不限于此。制备时，锂盐类添加剂的质量分数为0.3%～1.0%，硫系添加剂的质量分数为0.5%～1.5%。在化成之后，锂盐类添加剂的含量b的取值范围为0.020%-0.122%，如可以为0.020%、0.050%、0.080%、0.100%、0.122%等。硫系添加剂的含量c的取值范围为0.485%-1.283%，如可以为0.485%、0.500%、0.800%、1.000%、1.200%、1.283%等。

[0088]在一些实施例中，添加剂还可以包括其他类型，比如不饱和双键或三键类成膜添加剂、含芳香环类添加剂等。

[0089]进一步地，电解液还包括溶剂和电解质锂盐，电解质锂盐的浓度为0.5mol/L-1.5mol/L，如可以为0.5mol/L、0.8mol/L、1.0mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L等。

[0090]在一些实施例中，溶剂选自碳酸酯溶剂和羧酸酯溶剂中的至少一种，可以为碳酸酯溶剂和羧酸酯溶剂中的任意一种或多种。优选地，溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸甲酯和丙酸甲酯中的至少一种，且溶剂含有环状酯(如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯)与线性酯，且环状酯在溶剂中的质量占比为20%-40%(如可以为20%、30%、40%等)，线性酯在溶剂中的质量占比为60%-80%(如60%、70%、80%等)。更优选为EC、EMC、和DEC形成的混合溶剂，且EC、EMC、和DEC的质量比为3：4：3。

[0091]在一些实施例中，电解质锂盐选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂和三氟甲磺酸锂中的至少一种，电解质锂盐可以为以上任意一种或几种。电解液配置时，根据电解液的组成进行配料并混合即可。

[0092]【电池装配】

[0093]将负极极片、正极极片和隔膜(PP/PE等)组装，注入电解液，经陈化(25℃，48h)、化成、老化(25℃，48h)、分容得到电芯。

[0094]电芯的组装方式不限，可以为现有的锂电池电芯的组装方式，隔膜位于正极极片和负极极片之间，可以通过叠片或卷绕法制备电芯。

[0095]本发明实施例所提供的锂离子电池在45℃、0.5C/1C的条件下循环至70%SOH的循环次数大于等于500圈，具有优异的循环性能。0.5C/1C是指0.5C充电，1C放电。

[0096]本发明实施例还提供一种锂离子电池性能的预测方法，用于预测锰酸锂电池的是否具备低阻抗、长循环寿命，通过定义锰酸锂正极材料的氧缺陷度为a(a=I311/I400)、锂盐类添加剂的含量为b、硫系添加剂的含量为c、石墨负极活性材料的粒径D50为d，a、b、c、d同时满足特定的条件，可以筛选出低阻抗、长循环寿命的锂离子电池。

[0097]具体地，锂离子电池包括正极极片、负极极片和电解液，正极极片包括正极集流体和负载于正极集流体上的正极活性涂层，正极活性涂层中含有锰酸锂正极材料;负极极片包括负极集流体和负载于负极集流体上的负极活性涂层，负极活性涂层中含有石墨负极活性材料;电解液中含有锂盐类添加剂和硫系添加剂。定义锰酸锂正极材料的氧缺陷度为a，a=I311/I400;其中，I311为锰酸锂正极材料的X射线衍射测试图谱中311晶面所对应的峰的强度，I400为锰酸锂正极材料的X射线衍射测试图谱中400晶面所对应的峰的强度;在化成后的锂离子电池的电解液中，锂盐类添加剂的含量为b，硫系添加剂的含量为c;石墨负极活性材料的粒径D50为d，单位为μm。当a、b、c、d同时满足：885

[0098]需要说明的是，当a、b、c、d同时满足以上四个表达式时，可以判定锂离子电池具备优异的循环性能，同时具备低阻抗的优点。若不满足其中任意一者则均不能同时具备低阻抗、长循环寿命的特性。

[0099]以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

[0100]以下实施例中，a、b、c、d参数的测定方法如下：

[0101](1)氧缺陷度测试方法：氧缺陷度的测试的方法使用X射线衍射仪(XRD)进行。以I311/I400作锰酸锂正极材料的氧缺陷度，其中，I311为锰酸锂正极材料311晶面所对应的峰的强度，I400为锰酸锂正极材料400晶面所对应的峰的强度。

[0102](2)负极颗粒粒径测试方法：采用马尔文3000激光粒度仪进行。

[0103](3)电解液组分测试方法：电解液组分可高效液相色谱(HPLC)与气相色谱-质谱联用(GC-MS)的方法进行精确分析。针对新鲜电解液，可直接送测;针对化成后的电解液，需先将电池进行空电处理，恒流放电至2.7V，电流0.5C，随后在手套箱中使用注射器抽取游离电解液2-5mL，转移到离心管收集保存后送样测试。

[0104]实施例1

[0105]本实施例提供一种锂离子电池及其制备方法，步骤如下：

[0106](1)正极活性材料制备

[0107]将锂源(碳酸锂Li2CO3)和锰源(二氧化锰MnO2)按照化学计量比(摩尔比Li:Mn=1:2)混合均匀，形成前驱体。随后，将前驱体在高温下煅烧，煅烧温度为900℃，气氛为空气，煅烧时间6小时，升温速率为5℃/min，通过固相反应生成LiMn2O4晶体。煅烧完成后，产物经过冷却、粉碎和筛选，得到粒径均匀、结构稳定的锰酸锂正极材料。

[0108]制备得到锰酸锂正极材料的XRD图如图1所示，I311/I400=0.98。

[0109]其中I311为311晶面的特征峰强度(即特征峰最高点的纵坐标取值)，具体数值为4456.70a.u.，I400为400晶面的特征峰强度(即特征峰最高点的纵坐标取值)，具体数值为4524.62a.u.，两者相除，即得氧缺陷度0.98。

[0110](2)正极片制备

[0111]将所得锰酸锂正极材作为正极活性物质，按正极活性物质、导电剂(Super P)和粘结剂PVDF质量比为95.2%：3.0%：1.8%混合，三者混合均匀得到正极浆料，将所得正极浆料涂敷于正极铝箔集流体上，控制双面面密度为480g/m2，室温晾干后转移至烘箱进行干燥处理，干燥完成后得到正极片半成品，最后经冷压、分切工艺得到待装配的正极极片。

[0112](3)负极片制备

[0113]选择D50为10.877μm的石墨一次颗粒作为负极活性物质，其将负极材料石墨、导电剂乙炔黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比为负极活性材料：导电剂：增稠剂：粘结剂=95.1%：2%：1.3%：1.6%，依次加入真空搅拌机中混合均匀，随后加入适量去离子水，继续搅拌至浆料呈均一状态。将制得的浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔的两面上，控制双面面密度为196.5g/m2，室温晾干后转移至烘箱进行干燥处理，干燥完成后得到负极片半成品，最后经冷压、分切工艺得到待装配的负极极片。

[0114](4)电解液制备

[0115]将有机溶剂、电解质锂盐LiPF6、双草酸硼酸锂(LiBOB)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)混合，LiPF6含量为1.0mol/L，双草酸硼酸锂(LiBOB)质量百分含量为0.8%，1,3-丙烷磺酸内酯(PS)质量百分含量为1.0%，有机溶剂为EC、EMC和DEC形成的混合溶剂，且EC、EMC和DEC质量比为3：4：3。

[0116](5)电池装配

[0117]将负极极片、正极极片和隔膜(PP/PE等)进行组装，将电解液注入电芯内，经陈化(25℃，48h)、化成、老化(25℃，48h)、分容得到电芯。电芯的组装方式不限，可以为现有的锂电池电芯的组装方式，隔膜位于正极极片和负极极片之间，可以通过叠片或卷绕法制备电芯。

[0118]循环性能测试方法：45℃下以0.5C恒流恒压充电，0.5C恒流放电充放三圈定容;再升温至45℃搁置30分钟，以0.5C恒流恒压充电至4.2V，截止电流0.05C，搁置30分钟，以1.0C恒流放电至2.7V，循环1000圈停止测试。

[0119]实施例2-10及对比例1-14与实施例1的差别仅在于，正极材料的制备工艺不同，具体为煅烧温度煅烧时间、煅烧气氛、煅烧温度的不同;和/或，负极材料的选择不同;和/或，添加剂含量的不同。具体实验参数如表1所示，实验结果如表2所示。

[0120]表1和表2中，a表示正极材料的氧缺陷度a(a=I311/I400);b表示电解液中第一添加剂锂盐类添加剂含量;c表示电解液中第二添加剂硫系添加剂含量;d表示负极颗粒粒径D50大小，单位为μm。

[0121]表1锂离子电池设计参数

[0122]