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Abstract

本发明提供一种低温磷酸铁锂电池及制备方法，其特征在与所述的正极活性物质为石墨烯包覆改性的纳米化磷酸铁锂，负极材料采取石墨、软碳、硬碳复配，所述的电解液由一种或多种溶剂配制而成，本发明的优点：提高电子迁移速率，电导率和离子扩散速率，降低锂离子迁移的阻抗，改善了电解液与正负极材料之间的接触电阻，改善低温充电性能。

Description

一种低温磷酸铁锂电池及制备方法
【技术领域】
本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种低温磷酸铁锂电池及制备方法。
【背景技术】
磷酸铁锂动力电池以其高安全性、良好的高温特性、极长的循环寿命、对环境友好、无毒无害、价格相对低廉等优点引起人们的高度关注，逐渐成为电动车动力电池的重要选择。然而磷酸铁锂材料本身较差的电子导电性和较低的锂离子扩散性，导致磷酸铁锂电池低温性能较差，难于满足电动车在低温下行驶要求。现行的电动车在低温下进行充电时，-25℃时的充电时间，比25℃时的充电时间慢了63％，低温充电时间延长；低温下循环寿命也大大降低，在-10℃的工作环境中，如果一辆电动汽车每天充放电一次，那么三个月后电池就要报废。
改善磷酸铁锂电池低温充电性能，目前采用较多的做法是改善电解液的低温性能，通过加入多种有机溶剂共溶复配，降低电解液的粘度，提高离子扩散速率；但是由于电解液中部分溶剂在低温下容易析晶，导致离子迁移困难，电导率低；如果电解液溶剂组份搭配欠佳，容易导致锂离子扩散和电荷转移速度降低，影响电池低温性能。其次，通过提高六氟磷酸锂的浓度来改善电解液低温性能，该方法虽然可以提高锂离子电导率。但是由于电解液的粘度会随电解质锂盐六氟磷酸锂浓度的增大而增大，因此通过提高锂盐浓度的办法，不能有效改善锂离子扩散速率和电荷转移速度，也就不能改善电解液的低温性能。另外，电解液中的添加剂与正极材料磷酸铁锂的相容性不好，会影响电池的电化学性能，导致电池首次放电效率较低，影响电池容量发挥。
【发明内容】
针对以上问题，本发明提供了一种低温磷酸铁锂电池及制备方法，通过采用石墨烯包覆改性的纳米化磷酸铁锂、改性的负极材料、功能性电解液，有效提高磷酸铁锂导电性能，提高电子迁移速率，改善电池低温下充电，提高低温循环寿命。其采取的技术方案是：
一种低温磷酸铁锂电池及制备方法，特征在于包括以下步骤：
(1)正负浆料制作：将正负极活性物质、导电剂和粘结剂充分搅拌混合成浆料，所述正极活性物质为石墨烯包覆改性的纳米化磷酸铁锂；
(2)将制备的正负极浆料经涂布机均匀的涂布在集流体上，烘干制成正负极片；
(3)电解液制作：电解液由四元有机溶剂体系、锂盐、添加剂组成，四元有机溶剂体系为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯组成，锂盐选择LiPF6为主，添加二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或两种。
(4)将隔膜、正负极极片卷绕成放入壳体，经封装、注液、化成分容制作成低温磷酸铁锂电池。
所述的负极活性物质为中间相石墨、改性天然石墨、软碳、硬碳中的至少一种。
所述的三元有机溶剂体系按体积比为1-2∶1-2∶1-2∶1-2。
所述的锂盐LiPF6浓度为1.1～1.2mol/L，二氟草酸硼酸锂与双氟磺酰亚胺锂体积比为0.1％-2％∶0.1％-2％。
所述的添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、碳酸丙烯酯中的至少一种。
所述添加剂组分及体积比：
本发明有益效果：
本发明有效的提高磷酸铁锂导电性能，提高电子迁移速率，电导率和离子扩散速率，降低锂离子迁移的阻抗，改善了电解液与正负极材料之间的接触电阻，改善低温充电性能。
【附图说明】
图1 -20℃/1C充电测试，
图2 -20℃/1C循环测试
【具体实施方式】
本发明进一步采取以下措施来实现：
实施例一：
1、正极活性物选择经过石墨烯包覆改性和纳米造粒的磷酸铁锂材料，其一次粒径小于500nm。
2、负极材料选择改性天然石墨、软碳、硬碳复配，改性天然石墨、软碳、硬碳质量比为7∶1.5∶1.5。
3、电解液配制，电解液由四元有机溶剂体系、锂盐、添加剂组成；其中，四元有机溶剂体系由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DMC)、乙酸乙酯(EA)按体积比1∶1∶1∶1混合而成；锂盐由1.1mol/L六氟磷酸锂(LiPF6)，0.5％双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂(LiTFSI)组成；添加剂包含3％氟代碳酸乙烯酯(FEC)、3％亚硫酸丙烯酯(PS)和1％碳酸亚乙烯酯(VC)。
实施例二：
1、正极活性物选择经过石墨烯包覆改性和纳米造粒的磷酸铁锂材料，其一次粒径小于500nm。
2、负极材料选择改性天然石墨、软碳复配，改性天然石墨、软碳质量比为7∶3。
3、电解液配制，电解液由四元有机溶剂体系、锂盐、添加剂组成；其中，四元有机溶剂体系由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、乙酸乙酯(EA)按体积比1∶1∶1混合而成；锂盐由1.1mol/L六氟磷酸锂(LiPF6)，1％二氟乙二酸硼酸锂(LiODFB)组成；添加剂包含2％氟代碳酸乙烯酯(FEC)、5％碳酸丙烯酯(PC)和0.5％碳酸亚乙烯酯(VC)。
实施例一、实施例二实施数据：
1、-20℃/1C充电测试，
测试方法：(1)将电芯在常温下分容测试其容量。
(2)常温下对电芯放电至2.0V。
(3)在低温-20℃条件下搁置16h。
(4)对电芯以1C倍率充电。
-20℃/1C循环测试
测试方法：(1)将电芯在常温下充满电。
(2)在低温-20℃条件下搁置16h。
(3)1C放电至2.0V，搁置20min；1C充电至3.65V，截止电流0.03C；搁置20min；
(4)循环150周载止。
实施案例 循环周数 容量保持率％
案例一 150周 86.21％
案例二 150周 85.41％

Claims (5)

1.一种低温磷酸铁锂电池及制备方法，特征在于包括以下步骤：
(1)正负浆料制作：将正负极活性物质、导电剂和粘结剂充分搅拌混合成浆料，所述正极活性物质为石墨烯包覆改性的纳米化磷酸铁锂；
(2)将制备的正负极浆料经涂布机均匀的涂布在集流体上，烘干制成正负极片；
(3)电解液制作：电解液由四元有机溶剂体系、锂盐、添加剂组成，四元有机溶剂体系为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯组成，锂盐选择LiPF6为主，添加二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或两种。
(4)将隔膜、正负极极片卷绕成放入壳体，经封装、注液、化成分容制作成低温磷酸铁锂电池。
2.根据权利要求1所述低温磷酸铁锂电池及制备方法，其特征在于：所述的负极活性物质为中间相石墨、改性天然石墨、软碳、硬碳中的至少一种。
3.根据权利要求1所述低温磷酸铁锂电池及制备方法，其特征在于：所述的四元有机溶剂体系按体积比为1-2∶1-2∶1-2∶1-2。
4.根据权利要求1所述低温磷酸铁锂电池及制备方法，其特征在于：所述的锂盐LiPF6浓度为1.1～1.2mol/L，二氟草酸硼酸锂与双氟磺酰亚胺锂体积比为0.1％-2％∶0.1％-2％。
5.根据权利要求1所述低温磷酸铁锂电池及制备方法，其特征在于：所述的添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、碳酸丙烯酯中的至少一种。
所述添加剂组分及体积比：
。
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