CN106571485A - 一种低温磷酸锰铁锂动力电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低温磷酸锰铁锂动力电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，负极片包括负极箔材及涂覆于负极箔材表面的负极材料正极片包括正极箔材及涂覆于正极箔材表面的正极材料。所述正极材料包括正极活性物质、导电剂和粘结剂；所述负极材料包括负极活性物质、粘结剂和导电剂；电解液包括溶剂、添加剂和锂盐；所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、乙酸乙酯、碳酸丙烯酯复合。碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯溶解锂盐、碳酸二甲酯和乙酸乙酯降低电解液粘度、提高锂离子扩散系数，碳酸丙烯酯提升高低温性能，使低温磷酸锰铁锂动力电池具有更高的放电电压平台和更加优异的低温性能，极大地拓宽该电池的应用范围。

Description

一种低温磷酸锰铁锂动力电池
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及低温磷酸锰铁锂动力电池。
背景技术
随着世界环境问题的日益恶化，空气质量对清洁高效能源需求日益增加，国家大力发展新能源汽车行业，混合动力车和纯电动车等新能源汽车，目前市场上新能源汽车的主要动力来源是锂离子动力电池。锂离子电池作为新能源汽车的核心技术零部件，要求其具有长循环寿命、高安全性、耐高低温环境等特点。
但现有锂离子电池存在低温放电容量低、低温放电压降大、低温循环寿命差等缺点。低温环境下，锂离子电池正负极材料和电解液的锂离子扩散系数锐减，导致放电时电芯极化阻抗剧增、内阻分压增大，电芯输出电压降低，达到放电中止电压时放电容量远低于额定容量，同时电芯极化导致锂离子在负极表层沉积析出，导致循环寿命降低，其较差的低温性能不能满足新能源汽车在低温环境下的使用要求。常规锂离子电池在低温条件下由于电芯严重极化导致容量迅速衰竭，甚至在负极表面出现析锂，存在一定的安仝隐患。常规锂离子电池-20℃低温放电容量不足额定容量的70％，动力汽车应用最广泛的磷酸铁锂电池-20℃低温放电电压仅2.6V，常常导致动力汽车在低温下无法正常启动。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有锂离子电池低温性能差的现状即低温放电压降大、低温循环寿命差等缺点。
为解决上述技术问题，本发明提供一种低温磷酸锰铁锂动力电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，负极片包括负极箔材及涂覆于负极箔材表面的负极材料正极片包括正极箔材及涂覆于正极箔材表面的正极材料。所述正极材料包括正极活性物质、导电剂和粘结剂；所述负极材料包括负极活性物质、粘结剂和导电剂；电解液包括溶剂、添加剂和锂盐；所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、乙酸乙酯、碳酸丙烯酯复合。
本发明的有益效果是：本发明溶剂使用碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯溶解锂盐、碳酸二甲酯和乙酸乙酯降低电解液粘度、提高锂离子扩散系数，碳酸丙烯酯提升高低温性能，使低温磷酸锰铁锂动力电池具有更高的放电电压平台和更加优异的低温性能，极大地拓宽该电池的应用范围，有利于动力汽车在低温地区的推广和寒冷冬季的正常使用，具有重要的社会和经济意义。
附图说明
图1为本发明提供的低温磷酸锰铁锂动力电池剖视示意图。
图2为图1所示的低温磷酸锰铁锂动力电池扫描电镜SEM微观结构图片。
图3为图1所示的低温磷酸锰铁锂动力电池-20℃低温1C放电曲线图。
图4为图1所示的低温磷酸锰铁锂动力电池-20℃低温1C充放循环曲线。
具体实施方式
如图1所示，为本发明优选实施方式提供的一种低温磷酸锰铁锂锂离子动力电池100，包括正极片10、负极片20、隔膜30及电解液(图未示)。
所述正极片10包括正极箔材11及涂覆于正极箔材11表面的正极材料12。所述正极箔材11可以是铝材。所述正极材料12包括正极活性物质、导电剂和粘结剂。正极活性物质的重量为正极料总重量的90～95％，正极材料中的导电剂的重量为正极料总重量的2.5～5％，正极材料中的粘结剂重量为正极料总重量的2.5～5％。
所述正极活性物质为带中心孔环球型磷酸锰铁锂，中心孔提高锂离子迁移速率、减小电芯极化，同时球型造粒提高压实密度，中心孔径0.1～1um，球型粒径3～15um(图2)。
所述正极材料12中的导电剂为导电炭黑(SP)和纳米碳纤维(VGCF)复合。
所述正极材料12中的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。
所述负极片20包括负极箔材21及涂覆于负极箔材21表面的负极材料22。所述负极箔材21可以是铜材。所述负极材料22包括负极活性物质、粘结剂和导电剂，负极活性物质的重量为负极料总重量的90～95％，负极材料中的导电剂的重量为负极料总重量的2～5％，负极材料中的粘结剂重量为负极料总重量的3～5％。
所述负极活性物质为人造石墨，粒径5～15um。
所述负极材料22中的导电剂为导电炭黑(SP)。
所述负极材料22中的粘结剂为羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯橡胶(SBR)复合。
所述隔膜30为聚乙烯(PE)湿法双拉隔膜，厚度10～30um，孔隙率35～50％。
所述电解液包括溶剂、添加剂和锂盐。溶剂重量为电解液总重量的80～88％，添加剂重量为电解液总重量的2～5％，锂盐重量为电解液总重量的10～15％。
所述溶剂为EC(碳酸乙烯酯)、EMC(碳酸甲乙酯)、DMC(碳酸二甲酯)、EA(乙酸乙酯)、PC(碳酸丙烯酯)复合。EC和EMC溶解锂盐、DMC和EA降低电解液粘度、提高锂离子扩散系数，PC提升高低温性能。
所述添加剂为PS(亚硫酸丙烯酯)、VC(碳酸亚乙烯酯)、FEC(氟代碳酸乙烯酯)复合，PS、VC和FEC为负极SEI成膜，PS防止充电时溶剂随锂离子共嵌入石墨层中、VC减小电池充放过程中产气、FEC防止电解液分解和降低SEI膜阻抗。
所述锂盐为LiPF6(六氟磷酸锂)。
如图3及图4所示，为本发明低温磷酸锰铁锂动力电池-20℃低温1C放电曲线图及充放循环曲线图。本发明的低温磷酸锰铁锂动力电池能够实现-20℃低温放电容量高达额定容量的96％，-20℃低温放电电压达到3.2V，且能实现-20℃低温充放循环500周容量保持率不低于80％。极大地拓宽该电池的应用范围，有利于动力汽车在低温地区的推广和寒冷冬季的正常使用，具有重要的社会和经济意义。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种低温磷酸锰铁锂动力电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，负极片包括负极箔材及涂覆于负极箔材表面的负极材料正极片包括正极箔材及涂覆于正极箔材表面的正极材料，其特征在于：所述正极材料包括正极活性物质、导电剂和粘结剂；所述负极材料包括负极活性物质、粘结剂和导电剂；电解液包括溶剂、添加剂和锂盐；所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、乙酸乙酯、碳酸丙烯酯复合。
2.如权利要求1所述的低温磷酸锰铁锂动力电池，其特征在于：正极活性物质的重量为正极料总重量的90～95％，正极材料中的导电剂的重量为正极料总重量的2.5～5％，正极材料中的粘结剂重量为正极料总重量的2.5～5％。
3.如权利要求2所述的低温磷酸锰铁锂动力电池，其特征在于：所述正极活性物质为带中心孔环球型磷酸锰铁锂，中心孔径0.1～1um，球型粒径3～15um。
4.如权利要求2所述的低温磷酸锰铁锂动力电池，其特征在于：正极材料12中的导电剂为导电炭黑和纳米碳纤维复合；所述正极材料中的粘结剂为聚偏氟乙烯。
5.如权利要求2所述的低温磷酸锰铁锂动力电池，其特征在于：负极活性物质的重量为负极料总重量的90～95％，负极活性物质的重量为负极料总重量的90～95％，负极材料中的导电剂的重量为负极料总重量的2～5％，负极材料中的粘结剂重量为负极料总重量的3～5％。
6.如权利要求5所述的低温磷酸锰铁锂动力电池，其特征在于：所述负极活性物质为人造石墨，粒径5～15um。
7.如权利要求5所述的低温磷酸锰铁锂动力电池，其特征在于：所述负极材料中的导电剂为导电炭黑；所述负极材料中的粘结剂为羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶复合。
8.如权利要求1所述的低温磷酸锰铁锂动力电池，其特征在于：所述隔膜30为聚乙烯湿法双拉隔膜，厚度10～30um，孔隙率35～50％。
9.如权利要求1所述的低温磷酸锰铁锂动力电池，其特征在于：溶剂重量为电解液总重量的80～88％，添加剂重量为电解液总重量的2～5％，锂盐重量为电解液总重量的10～15％。
10.如权利要求9所述的低温磷酸锰铁锂动力电池，其特征在于：所述添加剂为亚硫酸丙烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯复合；所述锂盐为六氟磷酸锂。
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