[發(fā)明專利]一種高能量密度超級低溫磷酸鐵鋰動力電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210697237.4
• 申請日: 2022-06-20
• 公開（公告）號: CN115483370A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁正秋;袁正浩;龔繼華;許可;余先亮;李超凡;徐陽;羅洪根;朱禮麗
• 申請（專利權(quán)）人: 勤正科技（蘇州）有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 上海合進(jìn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31324
• 代理人: 王壽剛

本發(fā)明公開了一種高能量密度超級低溫磷酸鐵鋰動力電池。包括正極片、負(fù)極片、隔膜和電解液，所述正極片包括正極集流片及涂敷于正極集流片上的正極料，正極料包括以下重量份數(shù)的原料：磷酸鐵鋰顆粒92?97份，正極片粘結(jié)劑1.5?3份和正極片導(dǎo)電劑1.5?3份。本發(fā)明的低溫型磷酸鐵鋰電池具備?40℃放電能力，且放電容量＞90%，?20℃放電容量達(dá)到＞95%，同時具備?20℃ 1C充電能力，且不析鋰。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高能量密度超級低溫磷酸鐵鋰動力電池，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著能源消耗與社會發(fā)展之間的矛盾日益加劇，新能源以其環(huán)保、可再生的優(yōu)勢成為研究焦點。其中，新能源汽車已成為我國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，正面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。2021年，我國動力電池產(chǎn)量累計219.7GWh，同比增長163.4%：其中三元電池產(chǎn)量累計93.9GWh，占總產(chǎn)量42.7%，同比增長93.6%；磷酸鐵鋰電池產(chǎn)量累計125.4GWh，占總產(chǎn)量57.1%，同比增長262.9%。從電動汽車電池產(chǎn)量上看，磷酸鐵鋰電池實現(xiàn)了對三元電池的全面超越，主要歸因于磷酸鐵鋰電池具有安全性能高、循環(huán)壽命長和相對的成本優(yōu)勢等優(yōu)點，可廣泛用于對電池安全性要求極高的礦燈、電動車、電動工具，以及軍用通訊設(shè)備和航海航空等領(lǐng)域。

隨著磷酸鐵鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域的不斷推廣，其較差的低溫性能也一直備受關(guān)注和詬病。常規(guī)設(shè)計方案的磷酸鐵鋰電池在低溫下容量快速衰竭，甚至低溫下充電在負(fù)極表面出現(xiàn)析鋰，存在安全風(fēng)險。本質(zhì)原因是磷酸鐵鋰正極材料中鋰離子傳輸是一維路徑，低溫下電導(dǎo)率快速降低；同時，低溫下鋰離子電池的電解液出現(xiàn)表面張力增大、粘度增稠，導(dǎo)電率降低，電解質(zhì)膜阻抗增加，鋰離子穿過電極/電解液界面的速度下降等一系列問題，最終導(dǎo)致鋰離子電池的低溫性能迅速下降，甚至完全失效。一般情況下，對于單體而言，其0℃時放電容量只有常溫放電容量的65-75%，-10℃時為45-60%，-20℃時為25-45%，-40℃基本放不出電量。這樣的性能顯然不能滿足動力電源在低溫環(huán)境下的使用要求，尤其在極低溫度和極高安全的要求下。

中國專利文獻(xiàn)“一種低溫磷酸鐵鋰鋰離子動力電池（申請?zhí)枺?01310703288.4 ；授權(quán)公告號：CN103715452B）”公開了一種低溫磷酸鐵鋰鋰離子動力電池，包括采用納米化并經(jīng)非連續(xù)石墨烯結(jié)構(gòu)包覆的磷酸鐵鋰，其中納米化磷酸鐵鋰的中值粒徑為5-10nm，石墨烯為3-8層石墨烯，包覆面積占磷酸鐵鋰材料總表面積的40%-70%；采用了高動力學(xué)的中間相碳微球（MCMB）作為負(fù)極；復(fù)合碳纖維、碳納米管和石墨烯等優(yōu)異導(dǎo)電性的導(dǎo)電劑一種或者多種；采用較薄的面密度設(shè)計。該發(fā)明的低溫磷酸鐵鋰動力電池的低溫特性得到極大提高：在-40℃±2℃下貯存20h，然后在同一溫度下，以3I3(A)電流放電（相當(dāng)于1C倍率），放電容量在額定容量的90%以上。中國專利文獻(xiàn)“一種超低溫磷酸鐵鋰鋰離子電池（申請?zhí)枺?02011084489 .7；申請公布號：CN112289989A）”公開了一種低溫磷酸鐵鋰鋰離子電池，包括水熱法制備的小顆粒（100至160nm）磷酸鐵鋰正極材料，粒徑對比固相法更加均勻、結(jié)構(gòu)更加規(guī)整、材料的導(dǎo)電率更高，低溫性能更好；采用零維導(dǎo)電劑導(dǎo)電炭黑、一維導(dǎo)電劑碳納米管或者氣相沉積碳纖維、二維導(dǎo)電劑石墨烯，三者合適的配比分散于正極片的磷酸鐵鋰中，構(gòu)建有效的正極立體導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；采用較低的面密度（140g/m²）和壓實密度（2.25g/cm³）設(shè)計；電解液采用線性羧酸酯（丙酸乙酯，EP）和碳酸脂的復(fù)合溶劑，六氟磷酸鋰（LiPF₆）作為鋰鹽，二氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）和硫酸亞乙烯酯（DTD）中的一種或者多種作為添加劑使用，提高電池的低溫特性。該發(fā)明的低溫磷酸鐵鋰動力電池可實現(xiàn)-20℃1C放電容量是常溫的89.4%，-40℃1C放電容量77.5%；特別注意的是，由于大倍率下電池自身的自產(chǎn)熱較大，所以-20℃10C放電的容量保持達(dá)到99.1%，大部分的電量轉(zhuǎn)化成了熱能。