CN109256589A - 一种超低温倍率型锂离子电池 - Google Patents

一种超低温倍率型锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超低温倍率型锂离子电池，包括电池外壳、以及位于所述电池外壳内的正极极片、负极极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜和电解液，所述电解液包括以下按照质量百分比的原料：锂盐8‑13%、溶剂82‑90%、添加剂2‑8%和稳定剂1‑3%，本发明还公开了所述超低温倍率型锂离子电池的制作方法，本发明的锂离子在电解液中加入了低熔点添加剂和稳定剂，可以提供良好的倍率和低温性能，同时采用石墨烯和CNT浆料，使锂离子电池在低温环境下能正常工作，且能进行大倍率放电，低温性能优异。

Description

一种超低温倍率型锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体是一种超低温倍率型锂离子电池。
背景技术
锂离子电池具有比容量大、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应、环境污染小等优点，自20世纪90年代初商业化以来，很快就替代了镍镉和镍氢电池，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机等便携式电器中。
目前常用的锂离子电池大多存在不能在超低温环境中放电的问题，这就直接影响了锂离子电池的性能，同时也影响锂离子电池的正常使用，影响安装有锂离子电池的电子产品的正常使用，阻碍了锂离子电池行业的快速发展。随着锂离子电池应用领域的越来越广，迫切需要解决锂离子电池在-40℃以下的环境中放电的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超低温倍率型锂离子电池，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种超低温倍率型锂离子电池，包括电池外壳、以及位于所述电池外壳内的正极极片、负极极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜和电解液，所述电解液包括以下按照质量百分比的原料：锂盐8-13%、溶剂82-90%、添加剂2-8%和稳定剂1-3%。
作为本发明进一步的方案：所述锂盐由六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、三乙氧基硼中的至少两种混合制成。
作为本发明再进一步的方案：所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、甲酸乙酯、碳酸丁烯酯、二甲氧基乙烷和碳酸二乙酯中的至少四种混合制成。
作为本发明再进一步的方案：所述添加剂由低熔点添加剂和成膜添加剂按照质量比为2:1组成，低熔点添加剂由硝基乙烷和氟化碳酸酯按照质量比为1：1-2组成，成膜添加剂由四乙氧基硅烷、碳酸亚乙烯酯和丙烯磺酸内酯按照质量比为1：1:2组成。
作为本发明再进一步的方案：所述稳定剂为甲烷二磺酸亚甲酯，三(六氟异丙基)磷酸酯和硫酸乙烯酯中的一种。
作为本发明再进一步的方案：所述隔离膜为陶瓷隔膜、聚乙烯膜和聚丙烯膜中的一种。
作为本发明再进一步的方案：所述正极片包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体两面的正极浆料，所述正极浆料由钴酸锂、磷酸铁锂、氧化镧、CNT浆料、石墨烯、聚偏二氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮按照重量比为1:1:0.2:1:0.1:0.2:0.1组成。
作为本发明再进一步的方案：所述负极片包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体两面的负极浆料，所述负极浆料由去离子水、氧化锆、石墨、碳黑、石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、羧甲基纤维素纳和丁丙橡胶按照质量比为0.2:0.1:1:1:0.1:0.1:0.1:0.1组成。
一种基于上述超低温倍率型锂离子电池的制作方法，步骤如下：
1）将钴酸锂、磷酸铁锂、氧化镧、CNT浆料、石墨烯、聚偏二氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮按照比例混合配制成正极浆料，将正极浆料涂覆在正积集流体上，通过辊压，分切、制片，完成正极片的制作；
2）将去离子水、氧化锆、石墨、碳黑、石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、羧甲基纤维素纳和丁丙橡胶按照比例混合配制成负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体上，通过辊压，分切、制片，完成负极片的制作；
3）将锂盐、溶剂、添加剂和稳定剂充分混合制成电解液；
4）然后通过卷绕，封装完成锂离子电池注液前的工序，烘烤后的卷芯注入电解液，然后一封、陈化、化成、二封和分容，完成超低温锂离子电池的制作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的锂离子在电解液中加入了低熔点添加剂和稳定剂，可以提供良好的倍率和低温性能，同时采用石墨烯和CNT浆料，使锂离子电池在低温环境下能正常工作，且能进行大倍率放电，低温性能优异。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种超低温倍率型锂离子电池，包括电池外壳、以及位于所述电池外壳内的正极极片、负极极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜和电解液，所述电解液包括以下按照质量百分比的原料：锂盐8%、溶剂82%、添加剂8%和稳定剂2%。
其中，所述锂盐由六氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂按照质量比为1:2混合组成。
所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯按照质量比为1:1:1:2混合组成。
所述添加剂由低熔点添加剂和成膜添加剂按照质量比为2:1组成，低熔点添加剂由硝基乙烷和氟化碳酸酯按照质量比为1：1组成，成膜添加剂由四乙氧基硅烷、碳酸亚乙烯酯和丙烯磺酸内酯按照质量比为1：1:2组成。
所述稳定剂为甲烷二磺酸亚甲酯。
所述隔离膜为陶瓷隔膜、聚乙烯膜和聚丙烯膜中的一种。
所述正极片包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体两面的正极浆料，所述正极浆料由钴酸锂、磷酸铁锂、氧化镧、CNT浆料、石墨烯、聚偏二氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮按照重量比为1:1:0.2:1:0.1:0.2:0.1组成。
所述负极片包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体两面的负极浆料，所述负极浆料由去离子水、氧化锆、石墨、碳黑、石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、羧甲基纤维素纳和丁丙橡胶按照质量比为0.2:0.1:1:1:0.1:0.1:0.1:0.1组成。
本实施例中，所述超低温倍率型锂离子电池的制作方法，步骤如下：
1）将钴酸锂、磷酸铁锂、氧化镧、CNT浆料、石墨烯、聚偏二氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮按照比例混合配制成正极浆料，将正极浆料涂覆在正积集流体上，通过辊压，分切、制片，完成正极片的制作；
2）将去离子水、氧化锆、石墨、碳黑、石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、羧甲基纤维素纳和丁丙橡胶按照比例混合配制成负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体上，通过辊压，分切、制片，完成负极片的制作；
3）将锂盐、溶剂、添加剂和稳定剂充分混合制成电解液；
4）然后通过卷绕，封装完成锂离子电池注液前的工序，烘烤后的卷芯注入电解液，然后一封、陈化、化成、二封和分容，完成超低温锂离子电池的制作。
实施例2
一种超低温倍率型锂离子电池，包括电池外壳、以及位于所述电池外壳内的正极极片、负极极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜和电解液，所述电解液包括以下按照质量百分比的原料：锂盐13%、溶剂82%、添加剂2%和稳定剂3%。
其中，所述锂盐由双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂按照质量比为1:1混合组成。
所述溶剂为甲酸乙酯、碳酸丁烯酯、二甲氧基乙烷和碳酸二乙酯按照质量比为1:2:1:1混合组成。
所述添加剂由低熔点添加剂和成膜添加剂按照质量比为2:1组成，低熔点添加剂由硝基乙烷和氟化碳酸酯按照质量比为1：2组成，成膜添加剂由四乙氧基硅烷、碳酸亚乙烯酯和丙烯磺酸内酯按照质量比为1：1:2组成。
所述稳定剂为三(六氟异丙基)磷酸酯。
所述隔离膜为聚乙烯膜。
所述正极片包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体两面的正极浆料，所述正极浆料由钴酸锂、磷酸铁锂、氧化镧、CNT浆料、石墨烯、聚偏二氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮按照重量比为1:1:0.2:1:0.1:0.2:0.1组成。
所述负极片包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体两面的负极浆料，所述负极浆料由去离子水、氧化锆、石墨、碳黑、石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、羧甲基纤维素纳和丁丙橡胶按照质量比为0.2:0.1:1:1:0.1:0.1:0.1:0.1组成。
本实施例中，所述超低温倍率型锂离子电池的制作方法，步骤如下：
1）将钴酸锂、磷酸铁锂、氧化镧、CNT浆料、石墨烯、聚偏二氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮按照比例混合配制成正极浆料，将正极浆料涂覆在正积集流体上，通过辊压，分切、制片，完成正极片的制作；
2）将去离子水、氧化锆、石墨、碳黑、石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、羧甲基纤维素纳和丁丙橡胶按照比例混合配制成负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体上，通过辊压，分切、制片，完成负极片的制作；
3）将锂盐、溶剂、添加剂和稳定剂充分混合制成电解液，
4）然后通过卷绕，封装完成锂离子电池注液前的工序，烘烤后的卷芯注入电解液，然后一封、陈化、化成、二封和分容，完成超低温锂离子电池的制作。
实施例3
一种超低温倍率型锂离子电池，包括电池外壳、以及位于所述电池外壳内的正极极片、负极极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜和电解液，所述电解液包括以下按照质量百分比的原料：锂盐10%、溶剂85%、添加剂3%和稳定剂2%。
其中，所述锂盐由高氯酸锂、六氟砷酸锂、三乙氧基硼按照质量比为1:1:2混合组成。
所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丁烯酯和碳酸二乙酯按照质量比为1:2:1:2混合组成。
所述添加剂由低熔点添加剂和成膜添加剂按照质量比为2:1组成，低熔点添加剂由硝基乙烷和氟化碳酸酯按照质量比为1：2组成，成膜添加剂由四乙氧基硅烷、碳酸亚乙烯酯和丙烯磺酸内酯按照质量比为1：1:2组成。
所述稳定剂为硫酸乙烯酯。
所述隔离膜为聚丙烯膜。
所述正极片包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体两面的正极浆料，所述正极浆料由钴酸锂、磷酸铁锂、氧化镧、CNT浆料、石墨烯、聚偏二氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮按照重量比为1:1:0.2:1:0.1:0.2:0.1组成。
所述负极片包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体两面的负极浆料，所述负极浆料由去离子水、氧化锆、石墨、碳黑、石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、羧甲基纤维素纳和丁丙橡胶按照质量比为0.2:0.1:1:1:0.1:0.1:0.1:0.1组成。
本实施例中，所述超低温倍率型锂离子电池的制作方法，步骤如下：
1）将钴酸锂、磷酸铁锂、氧化镧、CNT浆料、石墨烯、聚偏二氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮按照比例混合配制成正极浆料，将正极浆料涂覆在正积集流体上，通过辊压，分切、制片，完成正极片的制作；
2）将去离子水、氧化锆、石墨、碳黑、石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、羧甲基纤维素纳和丁丙橡胶按照比例混合配制成负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体上，通过辊压，分切、制片，完成负极片的制作；
3）将锂盐、溶剂、添加剂和稳定剂充分混合制成电解液；
4）然后通过卷绕，封装完成锂离子电池注液前的工序，烘烤后的卷芯注入电解液，然后一封、陈化、化成、二封和分容，完成超低温锂离子电池的制作。
对比例1
电解液中不添加稳定剂，其他与实施例2相同；
对比例2
正极浆料中不加入CNT浆料，其他与实施例2相同。
对比例3
电解液中不添加稳定剂，正极浆料中不加入CNT浆料，其他与实施例2相同
性能验证
低温放电性能测试：在室温下用0 .5C的电流进行充电，搁置5min后，用0 .2C放电至2.5V，将此容量记录为C25℃，对该电芯再以0 .5C充电后，将其搁置于-40℃高低温箱内，待箱内温度下降达到-40℃并稳定，开始以0 .2C电流进行放电，将此容量记录为C-40℃，C25℃/C-40℃表示为-40℃下的容量保持率。
电池循环性能测试：在室温下用1 .0C的电流进行充电，搁置5min后，再用1 .0C放电至2 .5V，搁置5min，记为一个循环，重复以上步骤，依次进行500个循环，循环容量保持率＝(500循环后电池的容量/循环前电池室温容量)×100％。
组别 -40℃/0.2C低温放电容量保持率 常温1C/1C循环500周容量保持率
实施例1 95.6% 76.8%
实施例2 96.1% 77.4%
实施例3 95.9% 77.1%
对比例1 89.3% 65.6%
对比例2 88.9% 66.2%
对比例3 81.2% 41.1%
从上表可知，通过电解液中添加稳定剂，正极浆料中加入CNT浆料，使得本发明锂离子电池的常温循环性能、低温放电性能和安全性能明显更加优异，具有良好的市场前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种超低温倍率型锂离子电池，包括电池外壳、以及位于所述电池外壳内的正极极片、负极极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜和电解液，其特征在于，所述电解液包括以下按照质量百分比的原料：锂盐8-13%、溶剂82-90%、添加剂2-8%和稳定剂1-3%。
2.根据权利要求1所述的超低温倍率型锂离子电池，其特征在于，所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、甲酸乙酯、碳酸丁烯酯、二甲氧基乙烷和碳酸二乙酯中的至少四种混合制成。
3.根据权利要求1所述的超低温倍率型锂离子电池，其特征在于，所述添加剂由低熔点添加剂和成膜添加剂按照质量比为2:1组成，低熔点添加剂由硝基乙烷和氟化碳酸酯按照质量比为1：1-2组成，成膜添加剂由四乙氧基硅烷、碳酸亚乙烯酯和丙烯磺酸内酯按照质量比为1：1:2组成。
4.根据权利要求1所述的超低温倍率型锂离子电池，其特征在于，所述稳定剂为甲烷二磺酸亚甲酯，三(六氟异丙基)磷酸酯和硫酸乙烯酯中的一种。
5.根据权利要求1所述的超低温倍率型锂离子电池，其特征在于，所述隔离膜为陶瓷隔膜、聚乙烯膜和聚丙烯膜中的一种。
6.根据权利要求1所述的超低温倍率型锂离子电池，其特征在于，所述正极片包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体两面的正极浆料，所述正极浆料由钴酸锂、磷酸铁锂、氧化镧、CNT浆料、石墨烯、聚偏二氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮按照重量比为1:1:0.2:1:0.1:0.2:0.1组成。
7.根据权利要求1所述的超低温倍率型锂离子电池，其特征在于，所述负极片包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体两面的负极浆料，所述负极浆料由去离子水、氧化锆、石墨、碳黑、石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、羧甲基纤维素纳和丁丙橡胶按照质量比为0.2:0.1:1:1:0.1:0.1:0.1:0.1组成。
8.一种如权利要求1-7任一所述的超低温倍率型锂离子电池的制作方法，其特征在于，步骤如下：
1）将钴酸锂、磷酸铁锂、氧化镧、CNT浆料、石墨烯、聚偏二氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮按照比例混合配制成正极浆料，将正极浆料涂覆在正积集流体上，通过辊压，分切、制片，完成正极片的制作；
2）将去离子水、氧化锆、石墨、碳黑、石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、羧甲基纤维素纳和丁丙橡胶按照比例混合配制成负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体上，通过辊压，分切、制片，完成负极片的制作；
3）将锂盐、溶剂、添加剂和稳定剂充分混合制成电解液；
4）然后通过卷绕，封装完成锂离子电池注液前的工序，烘烤后的卷芯注入电解液，然后一封、陈化、化成、二封和分容，完成超低温锂离子电池的制作。
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