CN108155379A - 适用于低温环境的锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

适用于低温环境的锂离子电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108155379A
CN108155379A CN201711429679.6A CN201711429679A CN108155379A CN 108155379 A CN108155379 A CN 108155379A CN 201711429679 A CN201711429679 A CN 201711429679A CN 108155379 A CN108155379 A CN 108155379A
Authority
CN
China
Prior art keywords
low temperature
lithium ion
ion battery
negative
active material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711429679.6A
Other languages
English (en)
Inventor
苏凯
乔乔
李雅静
陆文宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing National Battery Technology Co Ltd
Original Assignee
Beijing National Battery Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing National Battery Technology Co Ltd filed Critical Beijing National Battery Technology Co Ltd
Priority to CN201711429679.6A priority Critical patent/CN108155379A/zh
Publication of CN108155379A publication Critical patent/CN108155379A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种适用于低温环境的锂离子电池及其制备方法。本发明提供的适用于低温环境的锂离子电池，包括负极材料、正极材料和电解液；负极材料包括负极活性物质，所述负极活性物质包括人造石墨、软碳和硬碳中的一种或多种；正极材料包括正极活性物质，正极活性物质主要由LiNixCoyMn1－x－ yO2三元材料和磷酸铁锂复合而成，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜1－x－y＜1；电解液为低温型电解液。本发明改善了锂离子电池的低温充放电性能，增大了电池工作温度范围，有效提高大电流倍率性能，缓解了在低温以及常温条件下大倍率放电、锂离子电池无法正常工作的问题。

Description

适用于低温环境的锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种适用于低温环境的锂离子电池及其制备方法。
背景技术
在现有的二次电池体系中，无论从发展空间，还是从寿命、比能量、工作电压和自放电率等技术指标来看，锂离子电池都是当前最有竞争力的二次电池。锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率小、绿色环保等优点，成为二次电池发展的趋势；已广泛应用于无线通讯、数码相机、笔记本电脑等便携电器的电源，并在用作航空航天、国防军工、电动汽车、野外作业、潜艇等特殊应用领域电源方面具有广阔的应用前景。
随着锂离子电池的应用范围日益广泛，对锂离子电池的性能也提出了更高的要求，尤其是对其应用环境的适应能力提出了更高的要求。如现有的锂离子电池在低温环境下的充放电性能较差，特别是在寒冷地区，冬天气温在零下三十多度的环境中，锂离子电池几乎无法正常使用，导致其在气温较低的地方的使用受到很大影响，其应用范围也受到了地域的限制。锂离子在低温下性能差的一部分原因是由于离子在电解液中移动缓慢造成的，而锂离子移动缓慢的原因主要是由于电解液电导率的下降，正极材料与电解液间的界面、负极材料与电解液间的界面阻抗的增加，锂离子在正极材料和负极材料中迁移速度变慢，以及电极/电解液界面电荷转移速率变慢等。
为了提高锂离子电池的低温性能，又避免增加成本和对电池的使用造成限制，研究开发能够有效提高锂离子电池低温性能的电池材料成为了较为理想的解决办法。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种适用于低温环境的锂离子电池，通过正极材料、负极材料和低温型电解液整体体系的配合作用，改善锂离子电池的低温充放电性能，增大了电池工作温度范围，有效提高大电流倍率性能，缓解了在低温以及常温条件下大倍率放电、锂离子电池无法正常工作的问题。
本发明的第二目的在于提供一种适用于低温环境的锂离子电池的制备方法，操作简单，制备出的产品稳定性好、电化学性能优异，生产效率高，成本低，易于实现工业化大规模生产。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
根据本发明的一个方面，本发明提供一种适用于低温环境的锂离子电池，包括负极材料、正极材料和电解液；
所述负极材料包括负极活性物质，所述负极活性物质包括人造石墨、软碳和硬碳中的一种或多种；
所述正极材料包括正极活性物质，所述正极活性物质主要由LiNixCoyMn1－x－yO2三元材料和磷酸铁锂复合而成，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜1－x－y＜1；
所述电解液为低温型电解液。
作为进一步优选技术方案，所述负极活性物质包括人造石墨、软碳和硬碳中的至少两种。
作为进一步优选技术方案，所述负极材料主要由以下重量百分比的原料制得：
负极活性物质93％～97％、导电剂0.4％～3％、粘结剂0.4％～3％和CMC胶0.4％～3％；
优选地，所述负极材料主要由以下重量百分比的原料制得：
负极活性物质94％～96％、导电剂0.5％～2％、粘结剂0.5％～2％和CMC胶0.5％～5％；
更优选地，所述负极材料主要由以下重量百分比的原料制得：
负极活性物质94.5％～95.5％、导电剂0.6％～1.5％、粘结剂0.6％～1.8％和CMC胶0.6％～1.8％。
作为进一步优选技术方案，所述导电剂包括导电炭黑；
优选地，所述粘结剂包括SBR。
作为进一步优选技术方案，所述磷酸铁锂与LiNixCoyMn1－x－yO2三元材料的质量比为(0.2～1.2)：1，优选为(0.25～0.75)：1，进一步优选为(0.35～0.65)：1。
作为进一步优选技术方案，所述LiNixCoyMn1－x－yO2三元材料包括LiNi1/3Co1/3Mn1/ 3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2或LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2中的一种或多种。
作为进一步优选技术方案，所述正极材料主要由以下重量百分比的原料制得：
正极活性物质93％～97％、导电剂1％～2％和粘结剂1％～2％；
优选地，导电剂包括导电炭黑；
优选地，粘结剂包括PVDF。
作为进一步优选技术方案，所述低温型电解液中的基体溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中的一种或多种。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种上述的适用于低温环境的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
(a)将负极材料中的各原料充分混合制得负极材料浆料，将负极材料浆料均匀涂覆于负极集流体表面，然后进行干燥和压实，形成负极片；
(b)将正极材料中的各原料充分混合制得正极材料浆料，将正极材料浆料均匀涂覆于正极集流体表面，然后进行干燥和压实，形成正极片；
(c)将正极片、负极片与隔膜和电解液进行组装，得到适用于低温环境的锂离子电池。
作为进一步优选技术方案，步骤(a)中负极材料浆料的制备方法包括：
将负极活性物质和导电剂预干混；
将部分CMC胶加入到负极活性物质和导电剂的混合料中，搅拌1.5～3h；
然后加入剩余CMC胶，高速搅拌0.2～1h后，再加入粘结剂，搅拌混合均匀后，制得负极材料浆料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的适用于低温环境的锂离子电池，正极材料的活性物质采用的是由NCM三元材料和磷酸铁锂复合而成的复合材料，负极材料的活性物质采用的是人造石墨、软碳和/或硬碳，电解液采用的是低温型电解液；这样，通过正极材料、负极材料和低温型电解液整体体系的配合作用，改善锂离子电池的低温充放电性能，增大了电池工作温度范围，有效提高大电流倍率性能，缓解了在低温以及常温条件下大倍率放电、锂离子电池无法正常工作的问题，显著的提高了锂离子电池低温下充放电容量保持率，以及充放电电压平台，大大拓宽了锂离子电池在低温环境下的应用。
2、本发明负极材料的活性物质采用的是人造石墨、软碳和/或硬碳，利用硬碳软碳和石墨体系的双重特点，弥补负极材料在循环寿命、大电流充放电及低温充电等存在的缺陷，有效提高大电流倍率性能，提高电池的循环性能和安全性能，具有耐大倍率充放电和满足低温下锂离子电池充放电性能等优点。
3、本发明方法不仅具有清洁、高效、低成本的优点，生产出的最终产品稳定性好，具有良好的耐大倍率充放电和低温充放电性能，便于稳定生产；而且环境友好，操作简单，生产效率高，无需采用复杂的设备系统，容易实现工业化大规模生产，具有工业实用性。
具体实施方式
下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
第一方面，在一些实施例中提供一种适用于低温环境的锂离子电池，包括负极材料、正极材料和电解液；
所述负极材料包括负极活性物质，所述负极活性物质包括人造石墨、软碳和硬碳中的一种或多种；
所述正极材料包括正极活性物质，所述正极活性物质主要由LiNixCoyMn1－x－yO2三元材料和磷酸铁锂复合而成，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜1－x－y＜1；
所述电解液为低温型电解液。
上述适用于低温环境的锂离子电池，正极材料的活性物质采用的是由镍钴锰酸锂三元材料(简称，NCM三元材料)和磷酸铁锂复合而成的复合材料，该复合材料充分发挥NCM三元材料和磷酸铁锂的各自优势，扬长避短，增大电池的使用电压范围、提高电池比容量、提高电池循环寿命、同时由于原材料储量更丰富因此能降低成本；
负极材料的活性物质采用的是人造石墨、软碳和/或硬碳，不仅材料来源广泛，价格低廉，而且充分利用各种碳材料的优点，提高了材料的循环性能、加工性能及耐大倍率充放电性能，具有高比能量，长循环使用寿命等特点；
电解液采用的是低温型电解液，降低低温下电解液的界面阻抗，提升电解液的低温性能，提高了锂离子电池低温下充放电容量保持率以及充放电电压平台，拓宽锂离子电池在低温下的应用。
这样，通过上述正极材料、负极材料和低温型电解液整体体系的配合作用，改善锂离子电池的低温充放电性能，增大了电池工作温度范围，工作温度范围达到－40℃～70℃，有效提高大电流倍率性能，常温下倍率充放电增大至30C；从而缓解了在低温以及常温条件下大倍率放电、锂离子电池无法正常工作的问题，显著的提高了锂离子电池低温下充放电容量保持率，以及充放电电压平台，大大拓宽了锂离子电池在低温环境下的应用，同时具有高比容量、循环寿命长和成本低的优点。
在一种优选的实施方式中，所述负极活性物质包括人造石墨、软碳和硬碳中的至少两种。
优选地，负极活性物质包括人造石墨、软碳和硬碳中的两种或三种。
采用上述的负极活性物质可以充分利用人造石墨和硬碳软碳材料的特点，充分发挥软碳和硬碳材料优良的嵌、脱锂能力，有效提高大电流倍率性能，提高电池的循环性能和安全性能，具有耐大倍率充放电和满足低温下锂离子电池充放电性能等优点；进而使得制备出的锂电池具有长寿命，高倍率，高安全性能和优良的低温性能等特点。
在一种优选的实施方式中，所述负极材料主要由以下重量百分比的原料制得：
负极活性物质93％～97％、导电剂0.4％～3％、粘结剂0.4％～3％和CMC胶0.4％～3％。
以负极材料为基准，负极活性物质典型但非限制性的重量百分比为93％、93.5％、94％、94.5％、95％、95.5％、96％、96.5％或97％；导电剂典型但非限制性的重量百分比为0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.2％、1.4％、1.5％、1.6％、1.8％、2％、2.2％、2.4％、2.5％、2.6％、2.8％或3％；粘结剂典型但非限制性的重量百分比为0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.2％、1.4％、1.5％、1.6％、1.8％、2％、2.2％、2.4％、2.5％、2.6％、2.8％或3％；CMC胶典型但非限制性的重量百分比为0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.2％、1.4％、1.5％、1.6％、1.8％、2％、2.2％、2.4％、2.5％、2.6％、2.8％或3％。
采用特定百分含量的负极活性物质、导电剂、粘结剂和CMC胶得到的负极材料的综合性能好，能很好地发挥负极材料在锂离子电池中的作用。同时，本发明中的粘结剂、CMC胶用量较低，减少了粘结剂对电子传输的阻隔作用，避免了粘结剂添加量过多造成的锂离子电池负极导电性差的问题。
其中，CMC(Carboxyl methyl Cellulose)为羧甲基纤维素钠，外观为白色或微黄色纤维状粉末或白色粉末，无嗅，无味，无毒；易溶于冷水或热水，形成胶状，溶液为中性或微碱性，在浆料制造过程中可以起到增稠作用。
优选地，所述负极材料主要由以下重量百分比的原料制得：
负极活性物质94％～96％、导电剂0.5％～2％、粘结剂0.5％～2％和CMC胶0.5％～5％；
更优选地，所述负极材料主要由以下重量百分比的原料制得：
负极活性物质94.5％～95.5％、导电剂0.6％～1.5％、粘结剂0.6％～1.8％和CMC胶0.6％～1.8％。
通过进一步优化负极材料中各物质的用量，使得负极材料的性能更加优异，各性能之间的平衡性更好，因而能够使锂离子电池的综合性能更加优异，实际应用效果更好。
在一种优选的实施方式中，所述导电剂包括导电炭黑；
优选地，所述粘结剂包括SBR。
导电炭黑(或导电碳黑)能够提高负极浆料与负极集流体之间的电子传输，降低电极的界面接触电阻，起到去极化的作用，来源广泛，有助于降低成本。
SBR(Styrene Butadiene Rubber)为丁苯橡胶，在浆料制造过程中主要起粘结作用，来源广泛，成本低。
在一种优选的实施方式中，所述磷酸铁锂与LiNixCoyMn1－x－yO2三元材料的质量比为(0.2～1.2)：1，优选为(0.25～0.75)：1，进一步优选为(0.35～0.65)：1。
磷酸铁锂与LiNixCoyMn1－x－yO2三元材料的质量比典型但非限制的为0.2：1、0.25：1、0.3：1、0.35：1、0.4：1、0.45：1、0.5：1、0.55：1、0.6：1、0.65：1、0.7：1、0.75：1、0.8：1、0.85：1、0.9：1、0.95：1、1：1、1.1：1或1.2：1。
由特定含量的磷酸铁锂与LiNixCoyMn1－x－yO2三元材料复合而成的正极活性物质，能够充分发挥各材料的优势，扬长避短，提高电池的比容量和循环寿命，以及使用电压范围；同时在上述质量配比的范围内时，复合正极材料的性能更加优异，各性能之间的平衡性更好，因而能够使锂离子电池的综合性能更加优异，实际应用效果更好。
在一种优选的实施方式中，所述LiNixCoyMn1－x－yO2三元材料包括LiNi1/3Co1/3Mn1/ 3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2或LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2中的一种或多种。
本发明中，典型但非限制性地，x、y、1－x－y的取值各自独立地为0.1、0.2、0.3、1/3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9。
优选地，x的取值为1/3、0.5、0.6或0.8，y的取值为1/3、0.2或0.1，1－x－y的取值为1/3、0.3、0.2或0.1。
NCM三元材料中，镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)三种元素对材料的影响不同，一般来说，Ni元素含量越高，整个多元复合材料体系的克容量越高，但是Ni含量过高整个材料的循环性能和热稳定性将会下降；Co元素含量越高，整个正极材料体系电导率越高，材料的层状结构越好，但是Co含量过高就会增加多元正极材料的制备成本，同时材料的热稳定性也会下降；Mn含量越高，材料的循环性能越好，热稳定性越高，但Mn元素过高，将导致材料容量降低，并最终会转化为不稳定性的Mn3+，影响材料的循环性能。综合考虑以上情况，本发明限定了上述Ni、Co、Mn的比值，能够使得各元素在最终制得的正极材料中充分发挥各自的作用，具有优异的电化学性能。
在一种优选的实施方式中，所述正极材料主要由以下重量百分比的原料制得：
正极活性物质93％～97％、导电剂1％～2％和粘结剂1％～2％；
优选地，导电剂包括导电炭黑；
优选地，粘结剂包括PVDF。
以正极材料为基准，正极活性物质典型但非限制性的重量百分比为93％、93.5％、94％、94.5％、95％、95.5％、96％、96.5％或97％；导电剂典型但非限制性的重量百分比为1.0％、1.2％、1.4％、1.5％、1.6％、1.8％或2％；粘结剂典型但非限制性的重量百分比为1.0％、1.2％、1.4％、1.5％、1.6％、1.8％或2％。
PVDF(Polyvinylidene Fluoride)为聚偏氟乙稀，是一种性能优良的粘结剂，有助于提高电池性能。
在上述比例范围内，制得的正极浆料的粘度和流动性更好，且NCM－磷酸铁锂复合材料的含量适中，制备得到的锂离子电池的能量密度更高。
在一种优选的实施方式中，所述低温型电解液中的基体溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中的一种或多种。
在电解液中可添加一定含量的特定添加剂，能够进一步改善锂离子电池的寿命和一种或几种性能，如在低温下具有较高的电导率、较低的电极界面膜阻抗，能显著的提高锂离子电池的低温充放电性能。
优选地，添加剂为酰胺、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、磷酸三甲酯的一种或多种。可以单独使用上述一种添加剂或以两种以上组合的方式添加剂使用。
本发明对电解液中的导电锂盐不作特殊限定，采用常规锂盐即可。
第二方面，提供一种适用于低温环境的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
(a)将负极材料中的各原料充分混合制得负极材料浆料，将负极材料浆料均匀涂覆于负极集流体表面，然后进行干燥和压实，形成负极片；
(b)将正极材料中的各原料充分混合制得正极材料浆料，将正极材料浆料均匀涂覆于正极集流体表面，然后进行干燥和压实，形成正极片；
(c)将正极片、负极片与隔膜和电解液进行组装，得到适用于低温环境的锂离子电池。
上述适用于低温环境的锂离子电池在结构上包括壳体、置于壳体内的正极、负极、介于正极和负极之间的隔膜以及电解液。本发明对于电池的组装方式没有特别的限制，采用常规的电池组装工艺进行组装即可。可选地，组装时，在惰性气体或无水无氧环境下，将制备好的负极片、隔膜、正极片依次紧密堆叠或卷绕成电池芯，滴加电解液使隔膜完全浸润，然后封装入壳体，完成适用于低温环境的锂离子电池的组装。
本发明对于隔膜没有特别限制，采用本领域现有普通隔膜即可。优选地，隔膜包括但不限于绝缘的多孔聚合物薄膜或无机多孔薄膜。
需要说明的是尽管上述步骤是以(a)、(b)和(c)顺序描述了本发明制备方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作。步骤(a)、(b)和(c)的制备可以同时或者任意先后执行。
通过上述方法制备出的最终产品稳定性好，具有良好的耐大倍率充放电和低温充放电性能，便于稳定生产；而且环境友好，操作简单，生产效率高，无需采用复杂的设备系统，容易实现工业化大规模生产，具有工业实用性。
在一种优选的实施方式中，步骤(a)中负极材料浆料的制备方法包括：
将负极活性物质和导电剂预干混；
将部分CMC胶加入到负极活性物质和导电剂的混合料中，搅拌1.5～3h；
然后加入剩余CMC胶，高速搅拌0.2～1h后，再加入粘结剂，搅拌混合均匀后，制得负极材料浆料。
上述负极材料浆料的制备方法，提高了浆料搅拌均匀性，又保证了浆料的最终粘度，提高了颗粒之间的粘结力，降低负极膨胀，进而有效提高了负极材料浆料的质量和品质。
下面结合具体实施例和对比例，对本发明作进一步说明。
实施例1
一种适用于低温环境的锂离子电池，包括负极材料、正极材料和电解液；
其中，负极材料主要由以下重量百分比的原料制得：负极活性物质94％、导电炭黑2％、SBR2％和CMC胶2％；负极活性物质为软碳和硬碳的混合物(软碳与硬碳的质量比为100：20)；
正极材料主要由以下重量百分比的原料制得：正极活性物质96％、导电炭黑2％和PVDF2％；正极活性物质主要由LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元材料和磷酸铁锂复合而成，磷酸铁锂与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元材料的质量比为0.35：1；
电解液为低温型电解液，低温型电解液中的基体溶剂为碳酸二甲酯。
实施例2
一种适用于低温环境的锂离子电池，包括负极材料、正极材料和电解液；
其中，负极材料主要由以下重量百分比的原料制得：负极活性物质97％、导电炭黑1％、SBR1％和CMC胶1％；负极活性物质为软碳和硬碳的混合物(软碳与硬碳的质量比为100：30)；
正极材料主要由以下重量百分比的原料制得：正极活性物质97％、导电炭黑1.5％和PVDF1.5％；正极活性物质主要由LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元材料和磷酸铁锂复合而成，磷酸铁锂与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元材料的质量比为0.6：1；
电解液为低温型电解液，低温型电解液中的基体溶剂为碳酸二甲酯。
实施例3
一种适用于低温环境的锂离子电池，包括负极材料、正极材料和电解液；
其中，负极材料主要由以下重量百分比的原料制得：负极活性物质95％、导电炭黑1.4％、SBR1.8％和CMC胶1.8％；负极活性物质为软碳和硬碳的混合物(软碳与硬碳的质量比为15：100)；
正极材料主要由以下重量百分比的原料制得：正极活性物质96.2％、导电炭黑1.8％和PVDF2％；正极活性物质主要由LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元材料和磷酸铁锂复合而成，磷酸铁锂与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元材料的质量比为0.75：1；
电解液为低温型电解液，低温型电解液中的基体溶剂为碳酸乙烯酯。
实施例4－6
一种适用于低温环境的锂离子电池，与实施例1的区别仅在于负极活性物质；
实施例4－6中的负极活性物质分别为软碳与人造石墨的混合物(软碳与人造石墨的质量比为80：20)；硬碳与人造石墨的混合物(硬碳与人造石墨的质量比为60：20)；以及软碳、硬碳与人造石墨的混合物(软碳、硬碳与人造石墨的质量比为40：50：10)。
实施例7－9
一种适用于低温环境的锂离子电池，与实施例1的区别仅在于正极活性物质；
实施例7－9中的正极活性物质分别为主要由LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和磷酸铁锂复合而成的复合材料，磷酸铁锂与LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的质量比为0.25：1；主要由LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2和磷酸铁锂复合而成的复合材料，磷酸铁锂与LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2的质量比为0.5：1；以及主要由LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2和磷酸铁锂复合而成的复合材料，磷酸铁锂与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的质量比为0.45：1。
实施例10－12
一种适用于低温环境的锂离子电池，与实施例1的区别仅在于低温型电解液；
实施例10－12中的低温型电解液中的基体溶剂分别为碳酸丙烯酯；碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合物(碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯的质量比为1：1：1)；以及碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合物(碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的质量比为2：2：3：3)。
实施例1－12所述的适用于低温环境的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
(a)将负极材料中的各原料充分混合制得负极材料浆料，将负极材料浆料均匀涂覆于负极集流体表面，然后进行干燥和压实，形成负极片；
(b)将正极材料中的各原料充分混合制得正极材料浆料，将正极材料浆料均匀涂覆于正极集流体表面，然后进行干燥和压实，形成正极片；
(c)将正极片、负极片与隔膜和电解液进行组装，得到适用于低温环境的锂离子电池。
实施例13
实施例1所述的适用于低温环境的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
(a)将负极活性物质和导电剂预干混；
将部分CMC胶加入到负极活性物质和导电剂的混合料中，搅拌3h；
然后加入剩余CMC胶，高速搅拌0.5h后，再加入粘结剂，搅拌混合均匀后，制得负极材料浆料，将负极材料浆料均匀涂覆于负极集流体表面，然后进行干燥和压实，形成负极片；
步骤(b)和(c)同上。
实施例14
实施例1所述的适用于低温环境的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
(a)将负极活性物质和导电剂预干混；
将部分CMC胶加入到负极活性物质和导电剂的混合料中，搅拌1.53h；
然后加入剩余CMC胶，高速搅拌1h后，再加入粘结剂，搅拌混合均匀后，制得负极材料浆料，将负极材料浆料均匀涂覆于负极集流体表面，然后进行干燥和压实，形成负极片；
步骤(b)和(c)同上。
对比例1
一种适用于低温环境的锂离子电池，与实施例1的区别在于负极材料；
负极材料主要由以下重量百分比的原料制得：负极活性物质88％、导电炭黑3.5％、SBR3.5％和CMC胶5％；
与实施例1不同的是，本对比例中负极材料中的各物质含量不在本发明所提供的范围内。
对比例2
一种适用于低温环境的锂离子电池，与实施例1的区别在于正极材料；
正极材料主要由以下重量百分比的原料制得：正极活性物质88％、导电炭黑6％和PVDF6％；
与实施例1不同的是，本对比例中正极材料中的各物质含量不在本发明所提供的范围内。
对比例3
一种适用于低温环境的锂离子电池，与实施例1的区别在于负极活性物质；
本对比例中的负极活性物质采用的是Si/C负极材料。
对比例4
一种适用于低温环境的锂离子电池，与实施例1的区别在于正极活性物质；
本对比例中的正极活性物质采用磷酸铁锂材料。
对比例5
一种适用于低温环境的锂离子电池，与实施例1的区别在于电解液；
本对比例中的电解液中的基体溶剂采用的是四氢呋喃。
电池性能测试
采用锂电池分容柜分别对实施例1－14和对比例1－5中的适用于低温环境的锂离子电池进行性能测试，各电池性能测试结果如表1所示(数据结果均是采用测试3次后取平均值)。
表1性能测试结果
以上电池的使用电压范围为3.0－4.2V。
由表1可以看出，本发明的适用于低温环境的锂离子电池，在低温下仍具有较好的放电能力及倍率性能，具有循环性能好，安全性能高和耐大倍率充放电以及满足低温下锂离子电池充放电性能等优点。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种适用于低温环境的锂离子电池，其特征在于，包括负极材料、正极材料和电解液；
所述负极材料包括负极活性物质，所述负极活性物质包括人造石墨、软碳和硬碳中的一种或多种；
所述正极材料包括正极活性物质，所述正极活性物质主要由LiNixCoyMn1－x－yO2三元材料和磷酸铁锂复合而成，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜1－x－y＜1；
所述电解液为低温型电解液。
2.根据权利要求1所述的适用于低温环境的锂离子电池，其特征在于，所述负极活性物质包括人造石墨、软碳和硬碳中的至少两种。
3.根据权利要求1或2所述的适用于低温环境的锂离子电池，其特征在于，所述负极材料主要由以下重量百分比的原料制得：
负极活性物质93％～97％、导电剂0.4％～3％、粘结剂0.4％～3％和CMC胶0.4％～3％；
优选地，所述负极材料主要由以下重量百分比的原料制得：
负极活性物质94％～96％、导电剂0.5％～2％、粘结剂0.5％～2％和CMC胶0.5％～5％；
更优选地，所述负极材料主要由以下重量百分比的原料制得：
负极活性物质94.5％～95.5％、导电剂0.6％～1.5％、粘结剂0.6％～1.8％和CMC胶0.6％～1.8％。
4.根据权利要求3所述的适用于低温环境的锂离子电池，其特征在于，所述导电剂包括导电炭黑；
优选地，所述粘结剂包括SBR。
5.根据权利要求1所述的适用于低温环境的锂离子电池，其特征在于，所述磷酸铁锂与LiNixCoyMn1－x－yO2三元材料的质量比为(0.2～1.2)：1，优选为(0.25～0.75)：1，进一步优选为(0.35～0.65)：1。
6.根据权利要求1所述的适用于低温环境的锂离子电池，其特征在于，所述LiNixCoyMn1－x－yO2三元材料包括LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2或LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的适用于低温环境的锂离子电池，其特征在于，所述正极材料主要由以下重量百分比的原料制得：
正极活性物质93％～97％、导电剂1％～2％和粘结剂1％～2％；
优选地，导电剂包括导电炭黑；
优选地，粘结剂包括PVDF。
8.根据权利要求1所述的适用于低温环境的锂离子电池，其特征在于，所述低温型电解液中的基体溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中的一种或多种。
9.如权利要求1～8任一项所述的适用于低温环境的锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将负极材料中的各原料充分混合制得负极材料浆料，将负极材料浆料均匀涂覆于负极集流体表面，然后进行干燥和压实，形成负极片；
(b)将正极材料中的各原料充分混合制得正极材料浆料，将正极材料浆料均匀涂覆于正极集流体表面，然后进行干燥和压实，形成正极片；
(c)将正极片、负极片与隔膜和电解液进行组装，得到适用于低温环境的锂离子电池。
10.根据权利要求9所述的适用于低温环境的锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤(a)中负极材料浆料的制备方法包括：
将负极活性物质和导电剂预干混；
将部分CMC胶加入到负极活性物质和导电剂的混合料中，搅拌1.5～3h；
然后加入剩余CMC胶，高速搅拌0.2～1h后，再加入粘结剂，搅拌混合均匀后，制得负极材料浆料。
CN201711429679.6A 2017-12-25 2017-12-25 适用于低温环境的锂离子电池及其制备方法 Pending CN108155379A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711429679.6A CN108155379A (zh) 2017-12-25 2017-12-25 适用于低温环境的锂离子电池及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711429679.6A CN108155379A (zh) 2017-12-25 2017-12-25 适用于低温环境的锂离子电池及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108155379A true CN108155379A (zh) 2018-06-12

Family

ID=62462229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711429679.6A Pending CN108155379A (zh) 2017-12-25 2017-12-25 适用于低温环境的锂离子电池及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108155379A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112133911A (zh) * 2020-10-09 2020-12-25 浙江锋锂新能源科技有限公司 一种锂离子电池负极浆料及其制作方法
CN112838193A (zh) * 2021-03-26 2021-05-25 天津市捷威动力工业有限公司 一种改善锂离子电池过充过放性能的方法
CN113421997A (zh) * 2021-06-03 2021-09-21 湖南立方新能源科技有限责任公司 一种正极极片及其制备方法和应用
CN113517419A (zh) * 2021-06-30 2021-10-19 浙江锋锂新能源科技有限公司 一种负极材料、负极浆料、电芯、快充电池及其制备方法
CN113809387A (zh) * 2021-08-16 2021-12-17 福建巨电新能源股份有限公司 一种磷酸铁锂锂电池
CN114094168A (zh) * 2021-11-25 2022-02-25 东莞新能安科技有限公司 电化学装置及其充电方法、充电装置、电子设备和存储介质
CN114464897A (zh) * 2022-02-11 2022-05-10 惠州亿纬锂能股份有限公司 一种提升锂离子电池高温浮充性能的方法及锂离子电池
WO2024007319A1 (zh) * 2022-07-08 2024-01-11 宁德时代新能源科技股份有限公司 电极极片、二次电池、电池模块、电池包及用电装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103378354A (zh) * 2012-04-27 2013-10-30 深圳拓邦股份有限公司 一种负极活性材料组合物及含有该组合物的磷酸铁锂电池
CN103560266A (zh) * 2013-11-07 2014-02-05 天津市捷威动力工业有限公司 一种长寿命锂离子电池及其制备方法
CN104377353A (zh) * 2014-11-18 2015-02-25 长沙理工大学 一种磷酸铁锂与镍钴锰酸锂复合正极材料的制备方法
CN106159325A (zh) * 2016-08-26 2016-11-23 中航锂电（洛阳）有限公司 一种锂离子电池用低温电解液及低温锂离子电池
CN106159266A (zh) * 2016-08-31 2016-11-23 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种降低锂离子电池膨胀的负极浆料制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103378354A (zh) * 2012-04-27 2013-10-30 深圳拓邦股份有限公司 一种负极活性材料组合物及含有该组合物的磷酸铁锂电池
CN103560266A (zh) * 2013-11-07 2014-02-05 天津市捷威动力工业有限公司 一种长寿命锂离子电池及其制备方法
CN104377353A (zh) * 2014-11-18 2015-02-25 长沙理工大学 一种磷酸铁锂与镍钴锰酸锂复合正极材料的制备方法
CN106159325A (zh) * 2016-08-26 2016-11-23 中航锂电（洛阳）有限公司 一种锂离子电池用低温电解液及低温锂离子电池
CN106159266A (zh) * 2016-08-31 2016-11-23 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种降低锂离子电池膨胀的负极浆料制备方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112133911A (zh) * 2020-10-09 2020-12-25 浙江锋锂新能源科技有限公司 一种锂离子电池负极浆料及其制作方法
CN112838193A (zh) * 2021-03-26 2021-05-25 天津市捷威动力工业有限公司 一种改善锂离子电池过充过放性能的方法
CN113421997A (zh) * 2021-06-03 2021-09-21 湖南立方新能源科技有限责任公司 一种正极极片及其制备方法和应用
CN113517419A (zh) * 2021-06-30 2021-10-19 浙江锋锂新能源科技有限公司 一种负极材料、负极浆料、电芯、快充电池及其制备方法
CN113809387A (zh) * 2021-08-16 2021-12-17 福建巨电新能源股份有限公司 一种磷酸铁锂锂电池
CN114094168A (zh) * 2021-11-25 2022-02-25 东莞新能安科技有限公司 电化学装置及其充电方法、充电装置、电子设备和存储介质
CN114094168B (zh) * 2021-11-25 2024-03-01 东莞新能安科技有限公司 电化学装置及其充电方法、充电装置、电子设备和存储介质
CN114464897A (zh) * 2022-02-11 2022-05-10 惠州亿纬锂能股份有限公司 一种提升锂离子电池高温浮充性能的方法及锂离子电池
WO2024007319A1 (zh) * 2022-07-08 2024-01-11 宁德时代新能源科技股份有限公司 电极极片、二次电池、电池模块、电池包及用电装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108155379A (zh) 适用于低温环境的锂离子电池及其制备方法
CN105552344B (zh) 一种锂离子电池正极片、锂离子电池及其制备方法
CN103855431B (zh) 一种提高锂离子电池循环性能的化成方法
CN108155381A (zh) 适用于启停电源的锂电池负极材料、锂离子电池及其制备方法
CN101388449B (zh) 一种高功率锂离子电池正极片及含其的锂离子电池
CN112151764A (zh) 一种电极极片及其制备方法和应用
CN104779394A (zh) 一种水系锂(钠)离子电池混合负极材料
CN104600362A (zh) 一种动力电池及其锂离子电解液
CN102479947B (zh) 一种锂离子电池正极材料及其制备方法、以及一种锂离子电池
CN102694158A (zh) 一种含硅锂负极、其制备方法及包含该负极的锂硫电池
CN114665065B (zh) 一种正极极片及其制备方法和应用
CN105355908A (zh) 锂离子电池复合负极材料及其制备方法、使用该材料的负极和锂离子电池
CN101295780B (zh) 锂离子二次电池正极活性材料组合物及电池
CN105470494A (zh) 正极活性材料组合物、正极浆料及其制备方法、正极片及其制备方法、锂离子电池
CN108321385A (zh) 磷酸锰铁锂掺杂三元正极活性材料、锂离子电池及其制备方法
CN108767242A (zh) 一种可预锂化的锂离子启停电源及其制备方法
CN108470905A (zh) 磷酸铁锂掺杂三元正极活性材料、锂离子电池及其制备方法
CN106972162A (zh) 一种钠离子电池用负极材料磷硫双掺硬碳微球及其制备方法
CN106410267A (zh) 高比能量硅基锂离子二次电池及其制备方法
CN108232174A (zh) 正极活性材料、锂离子电池及其制备方法
CN108134056A (zh) 一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法
CN102024989A (zh) 一种高电压锂离子电池的制备方法
CN103311571A (zh) 锂离子二次电池及其电解液
CN105720265A (zh) 一种碳纳米管聚合物锂离子电池及其制备方法
CN109546109A (zh) 一种高温稳定型锂电池正极

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180612