[發明專利]一種超低溫磷酸鐵鋰鋰離子電池

在審

• 申請號: 202011084489.7
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112289989A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 盧孟萍
• 申請（專利權）人: 常州高態信息科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M4/58;H01M4/136;H01M10/0525
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 田靜

本發明公開一種超低溫磷酸鐵鋰鋰離子電池，包括正極片、負極片、隔膜和電解液，所述正極片包括按照質量百分比涂覆于鋁箔的90％至95％磷酸鐵鋰顆粒、1.5％至3.5％聚偏氟乙烯和均勻分散的2％至6％復合導電劑：復合導電劑包括顆粒狀零維導電劑、線狀一維導電劑和片狀二維導電劑；復合導電劑均勻分散于磷酸鐵鋰顆粒之間；該發明有效構建立體導電網絡，提高正極材料與導電劑的接觸，提升電池低溫條件下的倍率性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種超低溫磷酸鐵鋰鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池由于能量密度高、循環壽命長和綠色環保等優點，被廣泛用于動力、儲能和消費類電子等領域。由于鋰離子電池本身的化學特點，低溫下其動力學性能較差，所以低溫下的充放電性能相對較差，目前常規鐵鋰體系電池-20℃低溫1C放電，放電容量比例在50％至60％，高倍率放電情況下容量比例則會更低，從而導致能源不能有效利用，造成極大浪費。

石墨烯導電劑是近兩年來發展出來的新型導電劑，其在加入量較小的情況下，形成導電網絡，由于石墨烯的二維結構，電極的導電效果效果雖遠遠好于導電炭黑等傳統導電劑，但是導電網絡的結構仍不完善，電池的電子電導和離子電導仍需通過構建立體的導電網絡提升電池的動力學性能，尤其是電池的低溫動力學性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超低溫磷酸鐵鋰鋰離子電池，該發明有效構建立體導電網絡，提高正極材料與導電劑的接觸，提升電池低溫條件下的倍率性能。

為解決此技術問題，本發明的技術方案是：一種超低溫磷酸鐵鋰鋰離子電池，包括正極片、負極片、隔膜和電解液，所述正極片包括按照質量百分比涂覆于鋁箔的90％至95％磷酸鐵鋰顆粒、1.5％至3.5％聚偏氟乙烯和均勻分散的2％至6％復合導電劑；復合導電劑包括顆粒狀零維導電劑、線狀一維導電劑和片狀二維導電劑；復合導電劑均勻分散于磷酸鐵鋰顆粒之間。

優選所述零維導電劑為導電炭黑，線狀一維導電劑為碳納米管，片狀二維導電劑為石墨烯。導電炭黑(SP)屬于零維導電劑，碳納米管(CNT)是一維導電劑，石墨烯是二維導電劑，三者均勻分散于正極片的磷酸鐵鋰中，有效構建正極立體導電網絡，利于提高電池的動力性能，尤其是低溫環境中的動力性能和安全性能。

進一步優選導電炭黑、碳納米管和石墨烯的質量百分數分別為3％、2％和1％。本發明中進一步優選正極復合導電劑中各物質的用量，強化不同形態之間導電物質的配合，有效發揮磷酸鐵鋰性能。三者之間比例控制不好，導電性能無法發揮至最佳，導致導電性能與單一導電劑差不多。

優選磷酸鐵鋰一次顆粒粒徑為100至160nm。本發明中磷酸鐵鋰由水熱法制備，且一次顆粒較小。相對常規固相法合成的磷酸鐵鋰，水熱法制備得到的磷酸鐵鋰粒徑更加均勻，結構更加規整，材料的電導率更高，低溫性能更好；一次顆粒更小的磷酸鐵鋰，其與多維立體的復合導電劑網絡接觸好，其倍率和低溫性能均更優異。

優選正極片面密度為130至150g/m²；負極片的面密度60至80g/m²。本發明降低正負極的涂覆面密度，縮短了電子和離子的傳輸距離，提升電池的低溫高倍率性能。

優選所述隔膜采用高孔隙率的PE基膜，厚度為9-18μm，孔隙率為40-60％。本發明利用隔膜的高孔隙率，配合電解液，協同正極片和負極片的設計，提升電池的低溫高倍率性能。

優選所述電解液由鋰鹽、溶劑和添加劑組成；

鋰鹽為LiPF₆、LiPO₂F₂、LiFSI中的一種或幾種，鋰鹽濃度為1.0-1.4mol/L；

溶劑為EC(碳酸乙烯酯)、PC(碳酸丙烯酯)、EMC(碳酸甲乙酯)、DMC(碳酸二甲酯)、EP(丙酸乙酯)中的一種或幾種；