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一種低溫鋰離子電池的制作方法

文檔序號:12129975閱讀:569來源:國知局
一種低溫鋰離子電池的制作方法與工藝

本發(fā)明涉及一種低溫鋰離子電池。



背景技術(shù):

目前,鋰離子電池由于其具有高電壓和高能量密度的特點(diǎn),且清潔高效對環(huán)境無污染,廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子,汽車,電動車,儲能等各個領(lǐng)域上,由于鋰離子電池電解液以高分子有機(jī)物作為溶劑,而每種溶劑都具有一定的溶點(diǎn)、沸點(diǎn)及閃點(diǎn),且地球上各地方溫度差異大,因此,鋰離子電池在使用仍存在一些不足,其使用的范圍受到限制,尤其在低溫場合比如特殊通訊、高寒地區(qū)生活、極地科考、航空航天領(lǐng)域,都對鋰離子電池的低溫放電具有較高的要求。但使用的環(huán)境溫度過低時,鋰離子電池的性能就會下降。

其主要原因?yàn)椋?.電解液在低溫環(huán)境下,粘度增大,甚至出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象,其電導(dǎo)率大大下降;2.正負(fù)極材料內(nèi)鋰離子的遷移速度變慢;3.電極/電解液界面上擴(kuò)散、電荷轉(zhuǎn)移速率減緩;4.隔膜的潤濕和/或透過性變差。以上因素嚴(yán)重制約其在低溫條件下使用。

通常,鋰離子電池在低溫下使用,需要滿足以下幾個基本要求:1.在一定低溫條件下,其具有較高的放電初始電壓,以滿足設(shè)備啟動,一般為大于3.0V;2.一定低溫條件下,其保持一定的容量,以保證設(shè)備的續(xù)航需求,其低溫放電容量一般為常溫容量的60%以上;3.在一定的溫度存儲條件下,具有良好的儲存性能,滿電態(tài)55℃下存儲12h,容量保持率85%,厚度膨脹小于3%,4.良好的壽命,室溫下,0.5C循環(huán)測試800周其容量保持80%。

因此,提高鋰離子電池在低溫條件下的充放電性能,可以用有效的擴(kuò)大鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種在低溫條件下使用效果好的鋰離子電池。

采用的技術(shù)方案如下:

一種低溫鋰離子電池,包括正極極片、負(fù)極極片、隔膜和低溫電解液以及外殼,所述正極極片包括有正極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑及導(dǎo)電劑;所述負(fù)極極片包括負(fù)極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑及導(dǎo)電劑;其特征在于:所述的正極活性物質(zhì)為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰中的一種或多種混合物,正極活性物質(zhì)占正極極片涂層總質(zhì)量的80%---97%,為保證正極極片涂層與電解液充分接觸,涂層的壓實(shí)密度為3.2-3.5,正極極片涂層單面面密度為50-210g/㎡;負(fù)極活性物質(zhì)為人造石墨,負(fù)極活性物質(zhì)占負(fù)極極片涂層總質(zhì)量的85%---95%,為保證負(fù)極極片涂層與電解液充分接觸,涂層的壓實(shí)密度為1.2-1.45,負(fù)極極片涂層單面面密度為40-110g/㎡;所述低溫電解液,由以下質(zhì)量百分比的組分組成:5-20%的六氟磷酸鋰,1-5%的四氟硼酸鋰,20-30%的碳酸乙烯酯,20-30%的碳酸甲乙酯,20-40%的乙酸甲酯,0.5-2%亞硫酸乙酯,0.5-2%的N,N-二甲基三氟乙酰胺。

如上所述一種低溫鋰離子電池,其特征在于所述電池結(jié)構(gòu)采用疊層結(jié)構(gòu),將正極極片、負(fù)極極片、隔膜依次疊層組裝成鋰離子電池。

如上所述一種低溫鋰離子電池,其特征在于所述的正極活性物質(zhì)的粒徑為2-12um;負(fù)極活性物質(zhì)的粒徑為8-20um。

如上所述一種低溫鋰離子電池,其特征在于所述低溫電解液,由以下質(zhì)量百分比的組分組成:5-15%的六氟磷酸鋰,1-5%的四氟硼酸鋰,15-30%的碳酸乙烯酯,15-30%的碳酸甲乙酯,30-40%的乙酸甲酯,0.5-1.8%亞硫酸乙酯,0.6-2%的N,N-二甲基三氟乙酰胺。

如上所述一種低溫鋰離子電池,其特征在于所述正極極片涂層單面面密度為70-190g/㎡;負(fù)極極片涂層單面面密度為60-100g/㎡。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):

本案通過優(yōu)化電解液組分和比例,使電解液在較低溫度條件下,保持較高的電導(dǎo)率,對正負(fù)極極片中活性物質(zhì)的物理特性進(jìn)行優(yōu)化篩選,適用適合低溫下放電的材料粒徑,提高活性材料的比表面積,使電解液可以與之充分接觸,提高低溫下電解液與活性物質(zhì)界面之間的傳遞通道,保持良好的離子傳導(dǎo)能力。在-40度下,0.5C放電其容量保持85%其室溫下放電容量,放電初始電壓大于3.3V。所得的鋰離子電池具有良好的低溫放電特性,大大拓寬了鋰離子電池的使用范圍和空間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的20度與-40度放電曲線圖。

圖2為本發(fā)明的循環(huán)測試曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本次以聚合物鋰離子電池P854565-2300mAh進(jìn)行說明描述,該電池包括正極極片、負(fù)極極片、隔膜、低溫電解液、鋁塑膜外殼。所述正極極片包括有正極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑及導(dǎo)電劑;所述負(fù)極極片包括負(fù)極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑及導(dǎo)電劑。

在正極極片中,正極活性物質(zhì)為鈷酸鋰,其粒徑為2-12um,優(yōu)選為5-8um。在極片涂層中占質(zhì)量比85-95%,導(dǎo)電劑占質(zhì)量比3-6%,粘結(jié)劑占其總質(zhì)量比的2-3%,正極極片涂層單面面密度為50-210g/㎡,優(yōu)選為70-190g/㎡。此實(shí)例最優(yōu)選:鈷酸鋰93.5%,導(dǎo)電劑4.2%,粘結(jié)劑2.3%。其涂層單面面密度為195g/㎡,制成該型號的極片涂層的壓實(shí)密度為3.4,最終極片的厚度為130um。當(dāng)然,正極活性物質(zhì)也可以是鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰中的一種或多種混合物。

在負(fù)極極片中,負(fù)極活性物質(zhì)為人造石墨,其粒徑為8-20um,優(yōu)選為10-12um。在極片涂層中占質(zhì)量比85-95%,導(dǎo)電劑占質(zhì)量比3-6%,粘結(jié)劑占其總質(zhì)量比的2-3%,負(fù)極極片涂層單面面密度為40-110g/㎡,優(yōu)選為60-100g/㎡。此實(shí)例優(yōu)選:人造石墨94%,導(dǎo)電劑2.2%,粘結(jié)劑3.8%,其涂層單面面密度為95g/㎡,制成該型號的極片極片涂層的壓實(shí)密度為1.35,最終極片的厚度為145um。

而低溫電解液,按照以下物質(zhì)的質(zhì)量百分比配制而成:12.5%的六氟磷酸鋰,1%的四氟硼酸鋰,30%的碳酸乙烯酯(EC),25%的碳酸甲乙酯(EMC),30%的乙酸甲酯(MA),1.0%亞硫酸乙酯(ES),0.5%的N,N-二甲基三氟乙酰胺(DTA),在手套箱中,控制濕度和氧氣含量在0.1ppm一下,將各組分混合均勻,得到鋰離子電池的低溫電解液。

當(dāng)然,低溫電解液,還可以按照以下物質(zhì)的質(zhì)量百分比配制而成:5%的六氟磷酸鋰,2%的四氟硼酸鋰,25%的碳酸乙烯酯(EC),30%的碳酸甲乙酯(EMC),35%的乙酸甲酯(MA),2.0%亞硫酸乙酯(ES),1.0%的N,N-二甲基三氟乙酰胺(DTA),在手套箱中,控制濕度和氧氣含量在0.1ppm一下,將各組分混合均勻,得到鋰離子電池的低溫電解液。

低溫電解液,還可以按照以下物質(zhì)的質(zhì)量百分比配制而成:9.5%的六氟磷酸鋰,5%的四氟硼酸鋰,28%的碳酸乙烯酯(EC),27%的碳酸甲乙酯(EMC),28%的乙酸甲酯(MA),0.5%亞硫酸乙酯(ES),2.0%的N,N-二甲基三氟乙酰胺(DTA),在手套箱中,控制濕度和氧氣含量在0.1ppm一下,將各組分混合均勻,得到鋰離子電池的低溫電解液。

將上述所得的極片組裝成鋰離子電池半成品,然后將低溫電解液注入鋰離子電池半成品,經(jīng)過化成,抽氣分容等工序制作成鋰離子電池。

將電池在20℃和-40℃下進(jìn)行0.5C充放電容量測試,其結(jié)果見圖1。

將上述所得的低溫鋰離子電池,以0.5C測試容量后,將其充滿電,置于55℃的高溫箱中,擱置24h后測量其厚度及內(nèi)阻,并0.5C放電測試容量,其結(jié)果見下表:

將所得的低溫鋰離子電池,在環(huán)境25℃下,以0.5C進(jìn)行充放電循環(huán)測試,其300周后容量保持為95.5%,見附圖2。

由上表數(shù)據(jù)說明,所得的低溫鋰離子電池,具有良好的低溫放電特性,滿足各地區(qū)不同環(huán)境的使用要求。

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