CN104810516A - 一种改善低温充放电性能的锂离子电池 - Google Patents

一种改善低温充放电性能的锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善低温充放电性能的锂离子电池，电池的正极材料由以下质量百分比的组分组成：45~47%的镍钴锰三元材料，45~47%锰酸锂，3~5%聚偏氟乙烯，0.5~1%导电碳黑，1~3%气相生长碳纤维，0.5~1.5%碳纳米管；负极材料由以下质量百分比的组分组成：63~66%人造改性石墨，28~30%软碳，0.5~1%导电炭黑，0.5~1%气相生长碳纤维，0.5~1%碳纳米管，1~2%羧甲基纤维素，2~3%丁苯橡胶；隔膜为陶瓷隔膜；电解液包括电解质和溶剂，电解质为六氟磷酸锂，电解液中六氟磷酸锂的浓度为1~1.2mol/L；溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、γ-丁内脂、乙酸甲酯与碳酸丙烯酯按质量体积比（1~2）：（1~2）：（0.1~0.3）：（0.3~0.5）：（0.1~0.3）混合而成。本发明的电池在低温状态下，能降低电池内阻，改善电池充放电的能力。

Description

一种改善低温充放电性能的锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，尤其是涉及一种改善低温充放电性能的锂离子电池。
 
背景技术
目前锂离子电池以其轻便、高能量密度、自放电小、寿命长、高放电功率和环保等优势已被广泛应用。锂离子电池包括正极、负极、隔膜及电解液四大材料部分，该四大材料部分直接影响着锂离子电池的性能，然而目前的锂离子电池由于受到上述四大材料部分自身性能的限制，在低温循环方面表现略有不足，低温下特别是在-20℃~-30℃的条件下，电池的内阻明显增大，电源电压可能直接不能放出电量或者放电电量有很大的衰减，甚至在低温状态下不能充电。因此改善锂离子电池的低温性能已成为广大锂离子电池科研者以及锂离子电池生产企业急需解决的一个难题。
例如，授权公告号CN101197457B，授权公告日2010.10.06的中国专利公开了一种适用于低温环境的锂离子电池，该锂离子电池包括电池外壳，紧贴电池外壳的隔热保温层，电芯设置在电池外壳内，还有由温控开关、控制电路组成的控制组件，发热组件、导热组件组成供热组件。其不足之处在于，当电池处于低温状态时，必须通过牺牲锂离子电池的部分电量使供热组件运行进行供热，这样便会大大降低电池的电容量，在持续低温的情况下，电池的电量很快会被耗尽。
 
发明内容
本发明是为了解决现有技术的锂离子电池所存在的上述问题，提供了一种在低温状态下，能降低电池内阻，改善电池充放电的能力的改善低温充放电性能的锂离子电池。
 
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种改善低温充放电性能的锂离子电池，包括由正极片、隔膜、负极片依次叠加而成的电芯及电解液，所述正极片包括正集流体及涂敷在正集流体上的正极材料，所述负极片包括负集流体及涂敷在负集流体上的负极材料，所述正极材料由以下质量百分比的组分组成：45~47%的镍钴锰三元材料，45~47%锰酸锂，3~5%聚偏氟乙烯，0.5~1%导电碳黑，1~3%气相生长碳纤维，0.5~1.5%碳纳米管；所述负极材料由以下质量百分比的组分组成：63~66%人造改性石墨，28~30%软碳，0.5~1%导电炭黑，0.5~1%气相生长碳纤维，0.5~1%碳纳米管，1~2%羧甲基纤维素，2~3%丁苯橡胶；所述隔膜为陶瓷隔膜；所述电解液包括电解质和溶剂，所述电解质为六氟磷酸锂，电解液中六氟磷酸锂的浓度为1~1.2mol/L；所述溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、γ-丁内脂、乙酸甲酯与碳酸丙烯酯按质量体积比（1~2）：（1~2）：（0.1~0.3）：（0.3~0.5）：（0.1~0.3）混合而成。本发明的正极材料中采用镍钴锰三元材料和锰酸锂组成的复合正极活性物质体系，同时采用导电碳黑、气相生长碳纤维及碳纳米管组成的正极复合导电剂体系；负极采用人造改性石墨、软碳、导电炭黑、气相生长碳纤维及碳纳米管组成的负极复合导电体系；溶剂采用碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、γ-丁内脂、乙酸甲酯与碳酸丙烯酯组成的五元溶剂体系，通过对正极材料、负极材料以及电解液配方的改进优化，获得了一种新的锂离子电池体系，通过各组分之间的协同配合，使得锂离子电池具有良好的低温性能。
作为优选，正极片上正极材料的涂布面密度280~300g/m2，负极片上负极材料的涂布面密度为130~140g/m2。正极片上正极材料的涂布面密度280~300g/m2，负极片上负极材料的涂布面密度为130~140g/m2，极片的加工性能好，且可以有效的减少低温下锂离子在负极涂层内的传导线路，有利于改善电池的低温性能。
作为优选，陶瓷隔膜的厚度为20~25μm。隔膜的厚度为20~25μm能缩短锂离子（Li+）传导途径，减少低温下的极化。
因此，本发明的有益效果是：通过对正极材料、负极材料以及电解液配方的改进优化，获得了一种新的锂离子电池体系，其中正极材料中采用导电碳黑、气相生长碳纤维及碳纳米管组成的正极复合导电剂体系；负极采用人造改性石墨、软碳、导电炭黑、气相生长碳纤维及碳纳米管组成的负极复合导电体系；溶剂采用碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、γ-丁内脂、乙酸甲酯与碳酸丙烯酯组成的五元溶剂体系，配方合理科学，成本低，通过各组分之间的协同配合，使得锂离子电池具有良好的电性能和低温循环性能。
 
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步的描述。
 
在本发明中，若非特指，所有百分比均为重量单位，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
 
实施例1       
一种改善低温充放电性能的锂离子电池，包括由正极片、隔膜、负极片依次叠加而成的电芯及电解液，正极片包括正集流体及涂敷在正集流体上的正极材料，负极片包括负集流体及涂敷在负集流体上的负极材料，正极片上正极材料的涂布面密度300g/m2，负极片上负极材料的涂布面密度为135g/m2，正极材料由以下质量百分比的组分组成：46%的镍钴锰三元材料，46%锰酸锂，4%聚偏氟乙烯，1%导电碳黑，2%气相生长碳纤维，1%碳纳米管；负极材料由以下质量百分比的组分组成：66%人造改性石墨，28.5%软碳，0.5%导电炭黑，0.5%气相生长碳纤维，0.5%碳纳米管，1.5%羧甲基纤维素，2.5%丁苯橡胶；隔膜为厚度为25μm的陶瓷隔膜；电解液包括电解质和溶剂，电解质为六氟磷酸锂，电解液中六氟磷酸锂的浓度为1mol/L；溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、γ-丁内脂、乙酸甲酯与碳酸丙烯酯按质量体积比1：1：0.3：0.5：0.2混合而成。
 
实施例2
一种改善低温充放电性能的锂离子电池，包括由正极片、隔膜、负极片依次叠加而成的电芯及电解液，正极片包括正集流体及涂敷在正集流体上的正极材料，负极片包括负集流体及涂敷在负集流体上的负极材料，正极片上正极材料的涂布面密度280g/m2，负极片上负极材料的涂布面密度为130g/m2，正极材料由以下质量百分比的组分组成：47%的镍钴锰三元材料，45%锰酸锂，5%聚偏氟乙烯，0.5%导电碳黑，1%气相生长碳纤维，1.5%碳纳米管；负极材料由以下质量百分比的组分组成：63%人造改性石墨，30%软碳，1%导电炭黑，1%气相生长碳纤维，1%碳纳米管，2%羧甲基纤维素，2%丁苯橡胶；隔膜为厚度为22μm的陶瓷隔膜；电解液包括电解质和溶剂，电解质为六氟磷酸锂，电解液中六氟磷酸锂的浓度为1.1mol/L；溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、γ-丁内脂、乙酸甲酯与碳酸丙烯酯按质量体积比1.5：2：0.1：0.4：0.1混合而成。
 
实施例3
一种改善低温充放电性能的锂离子电池，包括由正极片、隔膜、负极片依次叠加而成的电芯及电解液，正极片包括正集流体及涂敷在正集流体上的正极材料，负极片包括负集流体及涂敷在负集流体上的负极材料，正极片上正极材料的涂布面密度290g/m2，负极片上负极材料的涂布面密度为140g/m2，正极材料由以下质量百分比的组分组成：45%的镍钴锰三元材料，47%锰酸锂，3%聚偏氟乙烯，0.8%导电碳黑，3%气相生长碳纤维，1.2%碳纳米管；负极材料由以下质量百分比的组分组成：64.5%人造改性石墨，29%软碳，0.8%导电炭黑，0.5~0.8%气相生长碳纤维，0.9%碳纳米管，1%羧甲基纤维素，3%丁苯橡胶；隔膜为厚度为20μm的陶瓷隔膜；电解液包括电解质和溶剂，电解质为六氟磷酸锂，电解液中六氟磷酸锂的浓度为1.2mol/L；溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、γ-丁内脂、乙酸甲酯与碳酸丙烯酯按质量体积比2：1.5：0.2：0.3：0.3混合而成。
 
以上实施例中的锂离子电池均可按以下工艺步骤制得：制作正、负极片→制作电芯→焊接极耳→包装→封口注液→化成分容，上述工艺步骤均是本技术领域的常规步骤，故不赘述。
对制得的型号为24015008，容量为20A的电池进行测试，20℃时电池0.2C放电占额定容量的93%以上；-30℃电池0.2C放电占额定容量的88%以上；在-15℃， 0.1C充/0.2C放的条件下，200次保持率≥80%，由此可见，本发明的电池在常温、低温条件下均具有十分优异的充放电性能。
 
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (3)

1. 一种改善低温充放电性能的锂离子电池，包括由正极片、隔膜、负极片依次叠加而成的电芯及电解液，所述正极片包括正集流体及涂敷在正集流体上的正极材料，所述负极片包括负集流体及涂敷在负集流体上的负极材料，其特征在于，所述正极材料由以下质量百分比的组分组成：45~47%的镍钴锰三元材料，45~47%锰酸锂，3~5%聚偏氟乙烯，0.5~1%导电碳黑，1~3%气相生长碳纤维，0.5~1.5%碳纳米管；所述负极材料由以下质量百分比的组分组成：63~66%人造改性石墨，28~30%软碳，0.5~1%导电炭黑，0.5~1%气相生长碳纤维，0.5~1%碳纳米管，1~2%羧甲基纤维素，2~3%丁苯橡胶；所述隔膜为陶瓷隔膜；所述电解液包括电解质和溶剂，所述电解质为六氟磷酸锂，电解液中六氟磷酸锂的浓度为1~1.2mol/L；所述溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、γ-丁内脂、乙酸甲酯与碳酸丙烯酯按质量体积比（1~2）：（1~2）：（0.1~0.3）：（0.3~0.5）：（0.1~0.3）混合而成。
2. 根据权利要求1所述的一种改善低温充放电性能的锂离子电池，其特征在于，正极片上正极材料的涂布面密度280~300g/m2，负极片上负极材料的涂布面密度为130~140g/m2。
3. 根据权利要求1所述的一种改善低温充放电性能的锂离子电池，其特征在于，陶瓷隔膜的厚度为20~25μm。
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