CN102637899A

CN102637899A - 锂离子电池

Info

Publication number: CN102637899A
Application number: CN2012101343207A
Authority: CN
Inventors: 张海林; 闫建忠; 郝烨
Original assignee: Shanghai Champion Science & Technology Ltd
Current assignee: Shanghai Champion Science & Technology Ltd
Priority date: 2012-04-29
Filing date: 2012-04-29
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池，具体说是一种适合低温环境下使用的锂离子电池，包括正极极片，负极极片，隔膜，浸润在正极极片、负极极片及隔膜中的电解液；正极极片由正极活性物质、粘结剂及导电剂组成；负极极片由负极活性物质，粘结剂及导电剂组成的，其特征在于：所述正极活性物质涂层及负极活性物质涂层的孔隙率分别为30%～50%和15%～30%；所述电解液由以下物质组成，六氟磷酸锂，碳酸乙烯酯，碳酸甲乙酯，碳酸二甲酯，亚硫酸丙烯酯，碳酸亚乙烯酯，联苯，环已基苯。本发明同现有技术相比，保持了电解液的稳定性、提高了低温电导率，提升了电池在低温环境下的电压平台和放电容量。

Description

锂离子电池

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池，具体说是一种适合低温环境下使用的锂离子电池。

背景技术

随着社会的发展，锂离子电池的应用范围越来越广，其中在低温环境出现频率较高的场合诸如特殊通讯、极地考察、航空航天领域中，都对电池的低温放电有着较高的要求。锂离子电池在低温下需要满足两个基本的使用要求：（1）电池在一定温度下可以保证足够高的输出电压，以满足设备的正常启动，对于室温为3.6～3.7V放电电压平台的锂离子电池，低温初始电压不能低于3V；（2）电池在-20℃低温条件下的放电容量需保持在一定范围以上，通常需在室温放电容量的70%以上。

锂离子电池在0℃以下的低温环境中放电性能下降主要有三个原因：（1）锂离子在电解液中传导率的下降；（2）锂离子在电极中传输能力的下降；（3）锂离子在电极与电解液的界面之间传输能力的下降。以上因素导致电池放电效率下降，从而在低温环境中初始电压和放电容量均明显降低。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，针对现有技术的缺点，提供了一种能够在超低温下工作的锂离子电池。

为了实现上述目的，本发明设计了一种锂离子电池，包括正极极片，与正极极片配合的负极极片，以及包覆在正极极片和负极极片外表面的隔膜，还包括浸润在正极极片、负极极片及隔膜中的电解液；正极极片包括由正极活性物质、粘结剂及导电剂组成的正极活性物质涂层；负极极片包括由负极活性物质，粘结剂及导电剂组成的负极活性物质涂层，其特征在于：

所述正极活性物质涂层的孔隙率为30%～50%；

所述负极活性物质涂层的孔隙率为15%～30%；

所述电解液按以下物质的重量百分比组成，六氟磷酸锂10%～20%，碳酸乙烯酯15%～25%，碳酸甲乙酯15%～25%，碳酸二甲酯35%～45%，亚硫酸丙烯酯0.5%～2%，碳酸亚乙烯酯0.5%～2%，联苯0.1%～1%，环已基苯0.5%～2%。

所述正极活性物质涂层的面密度为35～55mg/cm²。

所述负极活性物质涂层的面密度为15～30mg/cm²。

所述正极活性物质选自锂钴氧化物、锂锰氧化物、镍钴锂氧化物、镍钴锰锂氧化物中的一种或多钟混合物，正极活性物质并占正极活性物质涂层固定含量的85%～95%。

所述负极活性物质选自天然石墨、人造石墨或中间相碳微球中的一种或多钟混合物，负极活性物质占负极活性物质涂层固定含量的86%～96%。

所述正极极片与负极极片中的粘结剂为聚偏氟乙烯。

所述所述正极极片与负极极片中的导电剂为纳米级片状石墨。

所述正极极片中，正极活性物质、粘结剂及导电剂的质量百分比为85%～95%:2%～5%:3%～10%。

所述负极极片中，负极活性物质、粘结剂及导电剂的质量百分比为86%～96%：2%～5%：2%～9%。

本发明同现有技术相比，通过优化调整电解液溶剂的组分和比例，在降低电解液熔点的同时，保持了电解液的稳定性和提高其低温电导率，并通过调整正负电极极片的孔隙率和涂工量，使得低温下锂离子在电极内部、电极与电解液的界面之间和电解液中的传输能力得到改善，从而提升了电池在低温环境下的电压平台和放电容量。在-20℃下1C放电测试，电池的容量保持在室温容量的95%以上，放电初始电压在3.3V以上。

附图说明

图1为本发明的锂离子电池的结构示意图。

图2为本发明锂离子电池在20℃和-20℃的放电曲线。

参见图1，1为正极极片；2为负极极片；3为隔膜；4为正极导电柄；5为负极导电柄；6为上绝缘板；7为下绝缘板；8为补强板；9为绝缘片；10为终极版；11为密封圈；12为安全板；13为PTC；14为正极盖；15为PIN。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，但不构成对本发明的限定。

如图1所示，本发明的锂离子电池为18650锂离子电池包括正极极片1，负极极片2，隔膜3，正极导电柄4，负极导电柄5，上绝缘板6，下绝缘板7，补强板8，绝缘片9，终极版10，密封圈11，安全板12，PTC 13，正极盖14以及PIN 15。还包括浸润在正极极片1、负极极片2及隔膜3中的电解液。

在正极极片1中包括由正极活性物质、粘结剂及导电剂组成的正极活性物质涂层。本发明锂离子电池的正极极片厚度为130～170μm。正极活性物质选用锰酸锂或者钴酸锂，粘结剂选用聚偏氟乙烯，导电剂选用纳米级片状石墨。

在正极极片中，正极活性物质、粘结剂及导电剂的质量百分比为85%～95%:2%～5%:3%～10%，按照此比例制成正极极片。采用如上比例可以降低锂离子在正极中的传到路径，减小极化现象，从而保证电池在低温下大电流放电时具有较高的初始放电电压和放电容量。

在负极极片2中包括由负极活性物质、粘结剂及导电剂组成的负极活性物质涂层。本发明锂离子电池的负极极片厚度为130～180μm。负极活性物质选用人造石墨，粘结剂选用聚偏氟乙烯，导电剂选用纳米级片状石墨。

在负极极片中，负极活性物质、粘结剂及导电剂的质量百分比为86%～96%:2%～5%:2%～9%，按照比例制成的负极极片。采用如上比例可以降低锂离子在负极中的传到路径，减小极化现象，从而保证电池在低温下大电流放电时具有较高的初始放电电压和放电容量。

在电解液中，按以下物质的重量百分比配制组成：六氟磷酸锂10～20%，碳酸乙烯酯15～25%，碳酸甲乙酯15～25%，碳酸二甲酯35～45%，亚硫酸丙烯酯0.5～2%，碳酸亚乙烯酯0.5～2%，联苯0.1～1%，环已基苯0.5～2%。采用上述电解液，可改善低温情况下锂离子在电解液中的传输能力，从而使得18650锂离子电池在低温放电时保持较高的初始电压和放电容量。

如图2所示，本发明的锂离子电池，产品性能稳定，安全性能好，体积比能量高，常温环境下可满足大倍率放电，-20℃环境下1C放电，初始电压大于3.3V，放电容量为20℃时放电容量的95%以上。

Claims

1.一种锂离子电池，包括正极极片，与正极极片配合的负极极片，以及包覆在正极极片和负极极片外表面的隔膜，还包括浸润在正极极片、负极极片及隔膜中的电解液；正极极片包括由正极活性物质、粘结剂及导电剂组成的正极活性物质涂层；负极极片包括由负极活性物质，粘结剂及导电剂组成的负极活性物质涂层，其特征在于：

所述正极活性物质涂层的孔隙率为30%～50%；

所述负极活性物质涂层的孔隙率为15%～30%；

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极活性物质涂层的面密度为35～55mg/cm²。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述负极活性物质涂层的面密度为15～30mg/cm²。

4.根据权利要求1或2所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极活性物质选自锂钴氧化物、锂锰氧化物、镍钴锂氧化物、镍钴锰锂氧化物中的一种或多钟混合物，正极活性物质并占正极活性物质涂层固定含量的85%～95%。

5.根据权利要求1或3所述的锂离子电池，其特征在于：所述负极活性物质选自天然石墨、人造石墨或中间相碳微球中的一种或多钟混合物，负极活性物质占负极活性物质涂层固定含量的86%～96%。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极极片与负极极片中的粘结剂为聚偏氟乙烯。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述所述正极极片与负极极片中的导电剂为纳米级片状石墨。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极极片中，正极活性物质、粘结剂及导电剂的质量百分比为85%～95%:2%～5%:3%～10%。

9.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述负极极片中，负极活性物质、粘结剂及导电剂的质量百分比为86%～96%:2%～5%:2%～9%。