[發明專利]一種鋰離子電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202011055059.2
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112164788A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 鄭正坤
• 申請（專利權）人: 東莞力朗電池科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/0566;H01M10/058;H01M10/42
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 潘俊達;王滔

本發明提供了一種鋰離子電池，包括正極片、負極片、設置在所述正極片與所述負極片之間的隔膜以及電解液；其中，所述正極片的活性物質包括納米化的鎳基普魯士藍材料；所述負極片的活性物質包括表面經過碳包覆處理的石墨材料；所述隔膜為表面涂覆有陶瓷材料的聚烯烴膜；所述電解液為具有低溫性能的電解液。相比于現有技術，本發明提供的電池，以納米化的鎳基普魯士藍材料為正極、碳包覆的石墨材料為負極，與表面涂覆陶瓷材料的隔膜制備成電芯，并置于具有低溫性能的電解液中共同作用，使得本電池實現了在超低溫?70℃下仍具有可逆的充放電性能和優異的容量保持率，同時保證了電池使用的安全性能。

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，具體涉及一種鋰離子電池及其制備方法。

背景技術

常規使用的鋰離子電池在低溫下表現出較差的放電比容量，甚至很難進行正常的充放電。這主要存在兩方面原因：一方面是由于所用碳酸酯類電解液在低溫下凝固或者部分凝固，導致離子電導率急劇下降；另一方面則是受到傳統的嵌入化合物單機材料在低溫下界面脫溶劑化和電荷轉移的限制，再加上本征離子擴散系數降低，因此電池整體的電化學性能迅速下降。

據報道，當前的鋰離子電池在-40℃時的放電容量僅保持常溫容量的12％左右，顯然不能滿足特殊使用環境，如高海拔地區、航空航天、軍事應用等領域的應用需求。因此，如何改善鋰離子電池的低溫性能，設計并開發高性能的低溫電池體系，是當前研究的熱點方向。

發明內容

本發明的目的之一在于：通過提供一種鋰離子電池，解決了現有的鋰離子電池在低溫條件下充放電性能差的問題。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種鋰離子電池，包括正極片、負極片、設置在所述正極片與所述負極片之間的隔膜以及電解液；其中，所述正極片的活性物質包括納米化的鎳基普魯士藍材料；所述負極片的活性物質包括表面經過碳包覆處理的石墨材料；所述隔膜為表面涂覆有陶瓷材料的聚烯烴膜；所述電解液為具有低溫性能的電解液。

本發明提供的電池，以納米化的鎳基普魯士藍材料為正極、碳包覆的石墨材料為負極，與表面涂覆陶瓷材料的隔膜制備成電芯，并置于具有低溫性能的電解液中共同作用，使得本電池實現了在超低溫-70℃下仍具有可逆的充放電性能和優異的容量保持率，同時保證了電池使用的安全性能。

其中，納米化的鎳基普魯士藍材料具有嵌入式贗電容行為，該行為可促進界面處脫溶劑化過程；同時，碳包覆的負極可增加石墨的導電性，不僅提高鋰離子的傳輸速率且可以提供更多的嵌入鋰位點，降低了低溫情況下的充電析鋰風險，降低了不可逆容量損失，還改善了電解液與負極的相容性，降低了具有低溫性能電解液中的溶劑分子容易與鋰離子一起共嵌進石墨負極中的概率，與正極協同作用使得電池內部具有較快的離子擴散系數，可加速離子從界面到本征材料的擴散；而采用的隔膜可中和電解液中游離的HF，提升電池的耐酸性，提高安全性能。通過四者的相互影響，相互促進，保證了本電池在低溫下表現出的優異低溫性能。

優選的，所述鎳基普魯士藍材料為開放式框架結構。該開放式框架結構可進行快速離子傳導的開放納米框架，離子擴散系數在常溫下可達到10^-9cm²/s，在低溫-70℃時仍高達10^-10cm²/s。

優選的，所述石墨材料為具有大層間距小粒徑的石墨材料。采用大層間距的石墨材料可以提高鋰離子傳輸的速率，而控制石墨的粒徑為小粒徑則可以減少鋰離子傳輸路徑，更加配合正極材料、隔膜和電解液的作用，提升電池的低溫性能。

優選的，所述電解液包括LiPF₆、LiBF₄、LiBOB、LiDFOB、LiFSi、LiTFSi、LiPF₂O₂中的至少兩種鋰鹽和溶劑。