[發明專利]一種低溫鋰離子電池正極材料的制備方法和鋰離子電池

在審

• 申請號: 202110305008.9
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN115117310A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 夏永高;申屠華劍;朱冰瑩
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/525;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王歡

本發明提供了一種低溫鋰離子電池正極材料的制備方法和鋰離子電池，制備方法包括：將鋰源、導電劑和粘結劑混合均勻，再加入碳酸類物料，得到低溫鋰離子電池正極材料；所述碳酸類物料占鋰源的質量含量大于0且小于40％。本發明提供的制備方法制備的正極材料中碳酸鋰在高電壓下分解產生CO₂并在低溫下液化，與電解液混合之后降低其凝固點，而且還能夠作為鋰補充添加劑。本發明制備的正極材料比容量高，首次充放電的庫倫效率高、低溫性能優異。在高電壓平臺下，正極材料的低溫循環性能要優于正常的電池的循環性能。該正極材料制備工藝簡單，原料來源廣泛，適合大規模產業化應用，能夠滿足寒冷區域對于鋰離子低溫性能的要求。

技術領域

本發明屬于正極材料技術領域，尤其涉及一種低溫鋰離子電池正極材料的制備方法和鋰離子電池。

背景技術

鋰離子動力電池憑借其良好的安全性能、較好的能量密度(580Wh/kg)，無記憶效應、較高的理論比容量(170mAh/g)以及較好的循環穩定性被公認為能在新能源汽車電池領域占有很大的應用市場。近些年，鋰離子動力電池被大規模的應用于大型儲能設備以及各種電動汽車領域。當溫度過低時，電池電解液電導率大大降低、SEI膜阻抗增大，電池容量衰減快。而目前電動汽車領域對于鋰離子電池工作溫度范圍要求能在-20℃下低溫儲存。甚至在一些特殊領域需要在-50℃下進行工作。為了提升鋰離子電池的低溫循環性能和安全性能，除了尋求新型的正負極材料，對原有的正極材料進行改善也是一條重要的解決方案。

對于鋰離子電池來說，正極材料是影響電池電化學性能的一個非常重要的方面。正極材料一般是由一種帶有以陰離子組成密集堆積為片層晶格形狀的化合物。它在鋰離子電池充放電過程中承擔著重要作用。對于電池的諸多性能(循環穩定性、電池工作溫度范圍以及安全性能等)有著很大程度上的影響。目前，商業化的鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及鎳鈷錳鋰三元材料等，雖然這些正極材料具有較高的能量密度，但是其低溫性能、循環性能以及倍率性能都不理想。例如磷酸鐵鋰在低溫條件下放電容量不到常溫的40％，這嚴重阻滯了電動汽車在高寒地區的使用。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種低溫鋰離子電池正極材料的制備方法和鋰離子電池，該方法制備的正極材料具有較好的低溫性能。

本發明提供了一種低溫鋰離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

將鋰源、導電劑和粘結劑混合均勻，再加入碳酸類物料，得到低溫鋰離子電池正極材料；

所述碳酸類物料占鋰源的質量含量大于0且小于40％。在本發明中，所述碳酸類物料選自碳酸鋰、焦碳酸二乙酯、焦碳酸二乙酯類有機物和碳酸酯類有機物中的一種或多種。具體實施例中，所述碳酸類物料為碳酸鋰。所述碳酸類物料

在本發明中，所述鋰源選自鈷酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰和NCM中的一種或多種。

在本發明中，所述導電劑選自乙炔黑；所述粘結劑選自PVDF。所述鋰源、導電劑和粘結劑的質量比為8:0.95～1.05:0.95～1.05，更優選為8:1:1。

在本發明中，鋰源、導電劑和粘結劑在攪拌條件下混合均勻，再繼續在攪拌條件下加入碳酸類物料；攪拌的速率為500～800rpm。具體實施例中，所述攪拌的速率為600rpm。

在本發明中，所述低溫鋰離子電池正極材料的工作溫度為-10℃～-80℃，優選為-30℃～-60℃，更優選為-35℃～-45℃。具體實施例中，低溫鋰離子電池正極材料的工作溫度為-40℃。

在本發明中，所述低溫鋰離子電池正極材料的充放電電壓為3～4.8V，優選為3～4.7V；在本發明具體實施例中，所述低溫鋰離子電池正極材料的充放電電壓為3～4.7V；或3～4.5V；或3～4.3V。

在本發明中，所述低溫鋰離子電池正極材料的倍率性能測試采用0.01C～5C。具體實施例中，所述低溫鋰離子電池正極材料的倍率性能測試采用0.05C。