CN106531984B - 一种低温锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低温锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜和低温电解液以及外壳，所述正极极片、负极极片包括有正极活性物质、负极活性物质、粘结剂及导电剂。所述的正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或多种混合物，正极活性物质占正极极片涂层总质量的80％‑97％，涂层的压实密度为3.2‑3.5，正极极片涂层单面面密度为50‑210g/㎡。负极活性物质为人造石墨，负极活性物质占负极极片涂层总质量的85％‑95％，涂层的压实密度为1.2‑1.45，负极极片涂层单面面密度为40‑110g/㎡。所述低温电解液，由以下质量百分比的组分组成：5‑20％的六氟磷酸锂，1‑5％的四氟硼酸锂，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％亚硫酸乙酯，0.5‑2％的N,N‑二甲基三氟乙酰胺。

Description

一种低温锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种低温锂离子电池。
背景技术
目前，锂离子电池由于其具有高电压和高能量密度的特点，且清洁高效对环境无污染，广泛应用于消费电子，汽车，电动车，储能等各个领域上，由于锂离子电池电解液以高分子有机物作为溶剂，而每种溶剂都具有一定的溶点、沸点及闪点，且地球上各地方温度差异大，因此，锂离子电池在使用仍存在一些不足，其使用的范围受到限制，尤其在低温场合比如特殊通讯、高寒地区生活、极地科考、航空航天领域，都对锂离子电池的低温放电具有较高的要求。但使用的环境温度过低时，锂离子电池的性能就会下降。
其主要原因为：1.电解液在低温环境下，粘度增大，甚至出现结冰现象，其电导率大大下降；2.正负极材料内锂离子的迁移速度变慢；3.电极/电解液界面上扩散、电荷转移速率减缓；4.隔膜的润湿和/或透过性变差。以上因素严重制约其在低温条件下使用。
通常，锂离子电池在低温下使用，需要满足以下几个基本要求：1.在一定低温条件下，其具有较高的放电初始电压，以满足设备启动，一般为大于3.0V；2.一定低温条件下，其保持一定的容量，以保证设备的续航需求，其低温放电容量一般为常温容量的60％以上；3.在一定的温度存储条件下，具有良好的储存性能，满电态55℃下存储12h，容量保持率85％，厚度膨胀小于3％，4.良好的寿命，室温下，0.5C循环测试800周其容量保持80％。
因此，提高锂离子电池在低温条件下的充放电性能，可以用有效的扩大锂离子电池的应用领域。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种在低温条件下使用效果好的锂离子电池。
采用的技术方案如下：
一种低温锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜和低温电解液以及外壳，所述正极极片包括有正极活性物质、粘结剂及导电剂；所述负极极片包括负极活性物质、粘结剂及导电剂；其特征在于：所述的正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或多种混合物，正极活性物质占正极极片涂层总质量的80％---97％，为保证正极极片涂层与电解液充分接触，涂层的压实密度为3.2-3.5，正极极片涂层单面面密度为50-210g/㎡；负极活性物质为人造石墨，负极活性物质占负极极片涂层总质量的85％---95％，为保证负极极片涂层与电解液充分接触，涂层的压实密度为1.2-1.45，负极极片涂层单面面密度为40-110g/㎡；所述低温电解液，由以下质量百分比的组分组成：5-20％的六氟磷酸锂，1-5％的四氟硼酸锂，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％亚硫酸乙酯，0.5-2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺。
如上所述一种低温锂离子电池，其特征在于所述电池结构采用叠层结构，将正极极片、负极极片、隔膜依次叠层组装成锂离子电池。
如上所述一种低温锂离子电池，其特征在于所述的正极活性物质的粒径为2-12um；负极活性物质的粒径为8-20um。
如上所述一种低温锂离子电池，其特征在于所述低温电解液，由以下质量百分比的组分组成：5-15％的六氟磷酸锂，1-5％的四氟硼酸锂，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％亚硫酸乙酯，0.6-2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺。
如上所述一种低温锂离子电池，其特征在于所述正极极片涂层单面面密度为70-190g/㎡；负极极片涂层单面面密度为60-100g/㎡。
本发明具有如下优点：
本案通过优化电解液组分和比例，使电解液在较低温度条件下，保持较高的电导率，对正负极极片中活性物质的物理特性进行优化筛选，适用适合低温下放电的材料粒径，提高活性材料的比表面积，使电解液可以与之充分接触，提高低温下电解液与活性物质界面之间的传递通道，保持良好的离子传导能力。在-40度下，0.5C放电其容量保持85％其室温下放电容量，放电初始电压大于3.3V。所得的锂离子电池具有良好的低温放电特性，大大拓宽了锂离子电池的使用范围和空间。
附图说明
图1为本发明的20度与-40度放电曲线图。
图2为本发明的循环测试曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本次以聚合物锂离子电池P854565-2300mAh进行说明描述，该电池包括正极极片、负极极片、隔膜、低温电解液、铝塑膜外壳。所述正极极片包括有正极活性物质、粘结剂及导电剂；所述负极极片包括负极活性物质、粘结剂及导电剂。
在正极极片中，正极活性物质为钴酸锂，其粒径为2-12um，优选为5-8um。在极片涂层中占质量比85-95％，导电剂占质量比3-6％，粘结剂占其总质量比的2-3％，正极极片涂层单面面密度为50-210g/㎡，优选为70-190g/㎡。此实例最优选：钴酸锂93.5％，导电剂4.2％，粘结剂2.3％。其涂层单面面密度为195g/㎡，制成该型号的极片涂层的压实密度为3.4，最终极片的厚度为130um。当然，正极活性物质也可以是钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或多种混合物。
在负极极片中，负极活性物质为人造石墨，其粒径为8-20um，优选为10-12um。在极片涂层中占质量比85-95％，导电剂占质量比3-6％，粘结剂占其总质量比的2-3％，负极极片涂层单面面密度为40-110g/㎡，优选为60-100g/㎡。此实例优选:人造石墨94％，导电剂2.2％，粘结剂3.8％，其涂层单面面密度为95g/㎡，制成该型号的极片极片涂层的压实密度为1.35，最终极片的厚度为145um。
而低温电解液，按照以下物质的质量百分比配制而成：12.5％的六氟磷酸锂，1％的四氟硼酸锂，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％亚硫酸乙酯(ES)，0.5％的N,N-二甲基三氟乙酰胺(DTA)，在手套箱中，控制湿度和氧气含量在0.1ppm一下，将各组分混合均匀，得到锂离子电池的低温电解液。
当然，低温电解液，还可以按照以下物质的质量百分比配制而成：5％的六氟磷酸锂，2％的四氟硼酸锂，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％亚硫酸乙酯(ES)，1.0％的N,N-二甲基三氟乙酰胺(DTA)，在手套箱中，控制湿度和氧气含量在0.1ppm一下，将各组分混合均匀，得到锂离子电池的低温电解液。
低温电解液，还可以按照以下物质的质量百分比配制而成：9.5％的六氟磷酸锂，5％的四氟硼酸锂，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％亚硫酸乙酯(ES)，2.0％的N,N-二甲基三氟乙酰胺(DTA)，在手套箱中，控制湿度和氧气含量在0.1ppm一下，将各组分混合均匀，得到锂离子电池的低温电解液。
将上述所得的极片组装成锂离子电池半成品，然后将低温电解液注入锂离子电池半成品，经过化成，抽气分容等工序制作成锂离子电池。
将电池在20℃和-40℃下进行0.5C充放电容量测试，其结果见图1。
将上述所得的低温锂离子电池，以0.5C测试容量后，将其充满电，置于55℃的高温箱中，搁置24h后测量其厚度及内阻，并0.5C放电测试容量，其结果见下表：
将所得的低温锂离子电池，在环境25℃下，以0.5C进行充放电循环测试，其300周后容量保持为95.5％，见附图2。
由上表数据说明，所得的低温锂离子电池，具有良好的低温放电特性，满足各地区不同环境的使用要求。

Claims (4)

1.一种低温锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜和低温电解液以及外壳，所述正极极片包括有正极活性物质、粘结剂及导电剂；所述负极极片包括负极活性物质、粘结剂及导电剂；
其特征在于：所述的正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或多种混合物，正极活性物质占正极极片涂层总质量的80％-85％，为保证正极极片涂层与电解液充分接触，涂层的压实密度为3.2-3.4，正极极片涂层单面面密度为50-210g/㎡；
负极活性物质为人造石墨，负极活性物质占负极极片涂层总质量的85％-95％，为保证负极极片涂层与电解液充分接触，涂层的压实密度为1.2-1.45，负极极片涂层单面面密度为40-110g/㎡；
所述低温电解液，由以下质量百分比的组分组成：5-15％的六氟磷酸锂，1-5％的四氟硼酸锂，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％亚硫酸乙酯，0.6-2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺。
2.根据权利要求1所述一种低温锂离子电池，其特征在于所述电池结构采用叠层结构，将正极极片、负极极片、隔膜依次叠层组装成锂离子电池。
3.根据权利要求1或2所述一种低温锂离子电池，其特征在于所述的正极活性物质的粒径为2-12um；负极活性物质的粒径为8-20um。
4.根据权利要求1或2所述一种低温锂离子电池，其特征在于所述正极极片涂层单面面密度为70-190g/㎡；负极极片涂层单面面密度为60-100g/㎡。
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