[發(fā)明專利]一種鋰離子電池及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110700090.5
• 申請(qǐng)日: 2021-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN113422044A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆晟睿;姜濤;汪龍;劉曉蕾;孫煥麗;趙光宇;翟喜民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)第一汽車股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/505
• 分類號(hào): H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/66;H01M4/70;H01M10/615;H01M10/647;H01M10/654;H01M10/6551;H01M10/6571;H01M10/0525;H01M10/0587
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)智匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發(fā)明提供了一種鋰離子電池及其制備方法，所述鋰離子電池包括正極、負(fù)極和電解液，所述正極中的正極活性物質(zhì)包括鎳鈷錳酸鋰多晶材料和鎳鈷錳酸鋰單晶材料，所述負(fù)極中的粘結(jié)劑包括聚丙烯酸類粘結(jié)劑，在改善電池循環(huán)性能的同時(shí)提高低溫下電池的能量密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池由于具有能量密度高，自放電低，無記憶效應(yīng)等突出優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類數(shù)碼產(chǎn)品、儲(chǔ)能電站、電動(dòng)自行車以及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，是代替石油用在汽車的新能源方案。但是由于鋰離子電池的使用環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，并且由于鋰離子電池自身存在缺陷，目前的鋰離子電池低溫性能相對(duì)較差，現(xiàn)有的鋰離子電池在-20℃以下的環(huán)境下使用，會(huì)出現(xiàn)放電時(shí)間短或無法放電等情況，嚴(yán)重影響電池的正常使用，已經(jīng)限制了鋰離子電池純電動(dòng)汽車在低溫高寒區(qū)域的推廣使用。

現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)鋰離子電池低溫解決方案，主要為電池外部加熱和內(nèi)部加熱。外部加熱主要是通過熱傳導(dǎo)或熱對(duì)流的途徑實(shí)現(xiàn)，通過PTC材料或加熱膜等在外部對(duì)電池進(jìn)行加熱。但該方式受熱不均勻且加熱效率較低，而且電池系統(tǒng)地成本大幅增加；內(nèi)部加熱直接在電池內(nèi)部產(chǎn)生熱量，故其加熱效率更高，受熱更加均勻。但由于鋰離子電池結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)較低，當(dāng)電池表面的溫度從-20℃升到0℃時(shí)，位于電池中間Ni箔的溫度達(dá)到了30℃左右，在電池內(nèi)部與表面之間形成了很大的溫度梯度，這一溫度差異會(huì)導(dǎo)致不同電池極片放電倍率的差異。自加熱過程由于較大的溫度梯度的存在對(duì)電池的性能產(chǎn)生了不良的影響，同時(shí)也導(dǎo)致鋰電池的加熱能耗較大。

傳統(tǒng)低溫電池主要通過添加低熔點(diǎn)、低溫下粘度低的電解液溶劑方式為主，在低溫性能提升的同時(shí)，嚴(yán)重削弱了電池的常溫性能，且長(zhǎng)期低溫循環(huán)性能也難以保證，應(yīng)用領(lǐng)域較為局限。

CN108832181A公開了一種鋰離子低溫電池的制備工藝，其溶液中加入碳酸丙烯酯(PC)，PC雖具有較好的低溫性能，但很少作為電解液溶劑組成，因PC易與Li⁺共嵌入石墨負(fù)極，會(huì)導(dǎo)致負(fù)極電極/溶液界面穩(wěn)定性變差，造成電池性能的下降，阻抗隨環(huán)境的改變變化幅度較大，電池的循環(huán)性能和倍率性能也會(huì)下降，含有PC的電池高倍率放電平臺(tái)也會(huì)降低。

CN111224102A公開了一種低溫電池的制備方法，其在負(fù)極采用聚丙烯酸(PAA)類粘結(jié)劑，電芯采用卷繞/疊片工藝，卷繞電芯拐角處所受應(yīng)力較大，PAA類粘結(jié)劑柔性較差，在電極破裂時(shí)會(huì)形成碎片，生產(chǎn)工藝難度較大，且長(zhǎng)期循環(huán)壽命難以保證，而疊片電芯低溫放電時(shí)產(chǎn)熱較小，低溫時(shí)，電池極化過大導(dǎo)致容量保持率偏低。

上述方案存在有電池的循環(huán)性能差、生產(chǎn)工藝難度大或低溫下能量密度低的問題，因此，開發(fā)一種循環(huán)性能好，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單且在低溫下能量密度高的鋰離子電池是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池及其制備方法，本發(fā)明通過負(fù)極采用聚丙烯酸(PAA)類粘結(jié)劑，正極采用鎳鈷錳酸鋰多晶材料和鎳鈷錳酸鋰單晶材料作為活性物質(zhì)，在改善電池循環(huán)性能的同時(shí)提高低溫下電池的能量密度。

為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括正極、負(fù)極和電解液，所述正極中的正極活性物質(zhì)包括鎳鈷錳酸鋰多晶材料和鎳鈷錳酸鋰單晶材料，所述負(fù)極中的粘結(jié)劑包括聚丙烯酸類粘結(jié)劑。

本發(fā)明通過負(fù)極采用聚丙烯酸(PAA)類粘結(jié)劑，改善低溫性能，正極采用多晶鎳鈷錳材料混合單晶鎳鈷錳材料，在提高電池能量密度的同時(shí)，增大電池低溫DCR，提高產(chǎn)熱量，降低電池內(nèi)部極化現(xiàn)象。在不使用低溫電解液的前提下，可以在-40℃的低溫環(huán)境下使用，在-30℃環(huán)境下0.5C放電容量達(dá)到了電池初始容量的80％以上，同時(shí)提高了低溫電池的能量密度，低溫性能優(yōu)異。

優(yōu)選地，所述鋰離子電池包括方形電芯。

優(yōu)選地，所述方形電芯兩側(cè)分別設(shè)置有集流體留白。