[發(fā)明專利]改善鋰離子電池三元正極材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2低溫性能的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110322235.9
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN102386390A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李璐宇;穆道斌;楊春巍;王丁磊;宋亮;任永歡;陳佚
• 申請（專利權(quán)）人: 李璐宇;北京理工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/505
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及改善鋰離子電池三元正極材料LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂低溫性能的方法，屬于化工電極材料制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有能量密度高、工作電壓高、使用溫度范圍寬、自放電率低和無記憶效應(yīng)等一系列優(yōu)點，應(yīng)用范圍越來越廣泛，包括便攜式電子設(shè)備、工業(yè)應(yīng)用和電動工具等民用市場。在軍用航天方面，鋰離子電池也將逐漸成為主角。在對儲能電源的電性能、可靠性、安全性要求較高的場合如衛(wèi)星、空間站、星際登陸器及宇航設(shè)備等，鋰離子電池組將成為首選對象。若用鋰離子電池取代目前衛(wèi)星等航天器普遍采用的鎘鎳或氫鎳電池，可將儲能電源在電源系統(tǒng)所占重量由現(xiàn)在的30％～40％降低至10％，從而大大降低發(fā)射成本，增加有效載荷。為此美國已將鋰離子電池在空間的應(yīng)用研究列入21世紀新衛(wèi)星計劃之一。在這些特殊領(lǐng)域，由于使用環(huán)境比較苛刻，往往需要電池能在-30℃甚至更低溫度下工作。然而，當使用溫度低于-20℃時，鋰離子電池并不能維持其在常溫條件下的性能。

一般，當溫度降至-10℃時，鋰離子電池的放電容量和工作電壓都會降低。鋰離子電池具有工作電壓高、比能量高、充放電壽命長、自放電率低和無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，在全球二次電池市場占據(jù)主導(dǎo)地位，應(yīng)用范圍越來越廣泛，包括便攜式電子設(shè)備、工業(yè)應(yīng)用和電動工具等民用市場。在那些對電池電性能、可靠性、安全性要求較高的場合，比如航空、航天和軍事領(lǐng)域，鋰離子電池也將逐漸成為主角。但目前鋰離子電池的低溫性能，特別是在-30℃以下低溫環(huán)境中的工作性能較差，抑制了其在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用。

鋰離子電池的低溫性能與所使用的電解液有著很大的關(guān)系，電解液是鋰離子電池的重要組成部分，在電池內(nèi)部正、負極之問擔負傳遞離子的作用，一般采用溶有鋰鹽的非水有機溶劑混合物。碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)等是目前幾種廣泛應(yīng)用于鋰離子電池電解液中的有機溶劑。電解液對低溫性能的影響主要體現(xiàn)在其對電導(dǎo)率和固體電解質(zhì)相界面(SEI)膜性質(zhì)的影響上。砜類添加劑優(yōu)先于電解液中溶劑分子的還原，在初次循環(huán)過程中能形成穩(wěn)定的SEI保護膜，阻止溶劑分子在電極上的還原分解，起到保護溶劑分子的作用。向鋰離子電池電解液中添加氟代碳酸乙烯酯(FEC)作為添加劑，形成固體電解質(zhì)膜的性能更好，形成緊密結(jié)構(gòu)層但又不增加阻抗，能阻止電解液進一步分解，可以提高電解液的低溫性能。鏈狀羧酸酯具有較低的熔點。在電解液中添加適量鏈狀羧酸酯，鋰離子電池的低溫性能同樣也可以得到改善。可以使用的鏈狀羧酸酯主要包括乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、甲酸甲酯(MF)、丙酸甲酯(MP)和丙酸乙酯(EP)、丁酸甲酯(MB)、丁酸乙酯(EB)等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決目前鋰離子電池在低溫下電化學(xué)性能較差的問題，提出改善鋰離子電池三元正極材料LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂低溫性能的方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

本發(fā)明的改善鋰離子電池三元正極材料LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂低溫性能的方法，通過選擇電解液中使用的溶劑及配比，并加入適量的成膜添加劑，從而改善了電解液電導(dǎo)率，形成了較為理想的固體電解質(zhì)相界面(SEI)膜；具體步驟為：

1)在氬氣氣氛手套箱中，以金屬鋰片為對電極，Celgard2300為隔膜，LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂為正極材料，選用不同的電解液，組裝成CR2025扣式電池；

2)將組裝好的CR2025扣式電池靜置陳化，靜置時間為10～24h，然后將電池放到高低溫箱中進行靜置，靜置溫度為-20℃～-40℃，靜置時間為10～24h，在充放電區(qū)間為2.8～4.5V的條件下進行電化學(xué)性能測試。