[發明專利]一種耐低溫的長壽命鋰離子電池

有效

• 申請號: 201710253416.8
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107093718B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 丁瑩;劉曉曄;楊映華
• 申請（專利權）人: 北京北方華創新能源鋰電裝備技術有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/587;H01M10/0525;H01M10/0567;H01M10/058
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 苗曉靜

本發明公開了一種耐低溫的長壽命鋰離子電池。所述的鋰離子電池的正極活物質的中值粒徑5.5μm≤D50≤10μm、負極為改性石墨材料、電解液中添加低溫添加劑。本發明公布的鋰離子電池具有優異的低溫充放電性能，低溫下具有長循環壽命，所述的鋰離子電池可作為低溫環境下的儲能電池及電動車用電池。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，特別是一種耐低溫長壽命的鋰離子電池。

背景技術

新能源時代，鋰離子電池得到了廣泛應用,人們對鋰離子電池在低溫環境下的充放電性能有了更高要求，希望可以應用于北方嚴寒地區或野外，應用于動力汽車或儲能領域，但目前鋰離子電池低溫特性的研究明顯滯后,當使用環境溫度低于0℃時,電池性能大幅衰降或無法正常工作,在低溫環境下,需給電池配備加熱片升溫保證其正常充放電工作。因此，開發出耐低溫的長壽命鋰離子電池具有重要意義。

對于絕大部分體系而言，低溫時電荷傳遞速率和鋰離子擴散速率的下降，是導致鋰離子電池低溫性能欠佳的主要原因。正極材料、負極材料、電解液、集流體的性質都可能引起鋰離子的傳輸速率下降,進而降低鋰離子電池在低溫條件下的放電容量。同時，電極的表面積、平均粒徑、電極密度、電極與電解液的潤濕性及隔膜等，均影響著鋰離子電池的低溫性能。另外，材料和工藝的缺陷對電池低溫性能的影響也不容忽視。目前,CNIO5914394A公布了一種低溫鋰離子電池復合正極材料,可提高鋰離子電池的首次放電效率,促進活性物質的容量發揮,從而提高鋰離子電池的能量密度，但該電池的能量密度低于130Wh/kg。

發明內容

本發明要解決的技術問題是:提供一種耐低溫的長壽命的鋰離子電池,克服現有的鋰離子電池低溫下充放電性能差、循環壽命短、能量密度低的問題。隨著研究的深入，對鋰離子電池低溫機制的認識不斷加深。對于絕大部分體系而言，低溫時電荷傳遞速率和鋰離子擴散速率的下降，是導致鋰離子電池低溫性能欠佳的主要原因。研究發現，不僅低溫用電解液對電池低溫影響大，而且正負極材料本征也很重要。正極小的粒徑，能保證Li⁺在活性物質中具有較大的擴散系數，與電解液接觸面積大。此外，正極粒徑越小，Li⁺由晶體結構遷移到電解液中的路徑越短，離子電導率越高。再匹配含有耐低溫的電解液，使得在低溫下具有更高的離子電導率，進而提高離子電池的低溫性能。但粒徑過小即平均粒徑低于5.5μm，電池的首次充放電效率低，且循環性能也會受到影響。因此，采用中值粒徑5.5μm≤D50≤10μm的正極材料、負極為改性石墨材料，并且匹配添加低溫添加劑的電解液。

具體而言本發明提供一種耐低溫的長壽命鋰離子電池，其特征在于：正極活物質為三元材料，正極漿料的重量百分比范圍：正極88％-95％，正極導電劑3％-5％，正極粘結劑1％-4％；負極活物質為石墨，負極漿料的重量百分比范圍：負極87％-98％，負極導電劑1％-6％，負極粘結劑1％-5％；電解液中含有耐低溫添加劑。

進一步地，其特征在于：所述的三元材料為中值粒徑5.5μm≤D50≤10μm，三元材料為LiNi_xCo_yM_zO₃，M＝Mn、Al中的一種，x+y+z＝1，0≤x，y，z≤0。

進一步地，其特征在于：正極導電劑為碳黑、石墨、乙炔黑中的一種或幾種，正極粘結劑為PVDF。

進一步地，其特征在于：負極活物質為改性石墨，負極導電劑為碳黑、石墨、乙炔黑中的一種或幾種的混合物；負極粘結劑為羧甲基纖維素鈉、SBR橡膠中的一種或幾種的混合物。

進一步地，其特征在于：所述的電解液中添加耐低溫添加劑，由電解質和溶劑組成，其中電解質為六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、三氟甲基磺酸鋰中的一種或幾種；溶劑是EC(碳酸乙烯酯)，DMC(碳酸二甲酯)，DEC(碳酸二乙酯)，EMC(碳酸甲乙酯)中的一種或幾種加PC(碳酸丙烯酯)。溶劑中添加PC，主要因為含PC組分比不含PC組分的電解液在低溫下極化減小,電荷遷移速度快，在低溫下放電容量更高。