本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型稀土富鎂基鋰離子動力電池。

背景技術(shù)：

鋰離子電池具有比容量大、工作電壓高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)、環(huán)境污染小等優(yōu)點，自20世紀90年代初商業(yè)化以來，很快就替代鎳鎘和鎳氫電池，廣泛應(yīng)用于移動電話、筆記本電腦、攝像機等便攜式電器中。

在航空航天、軍工、電動車等領(lǐng)域，要求電池能在-40℃甚至更低的溫度下正常工作。但目前鋰離子電池的低溫性能較差，在-10℃時，容量及工作電壓會明顯降低，-20℃時性能會明顯惡化，放電比容量驟降，制約了其在上述領(lǐng)域的進一步應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的鋰離子電池低溫性能差的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種新型稀土富鎂基鋰離子動力電池。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種新型稀土富鎂基鋰離子動力電池，包括填充有電解液的電池外殼和位于電池外殼內(nèi)的正極極片和負極極片，正極極片和負極極片之間設(shè)置有隔膜；其特殊之處在于：所述正極極片包括正極集流體和在正極集流體上雙面涂覆的正極漿料涂層，所述正極漿料涂層中含有質(zhì)量配比為1～5％的稀土富鎂基粉體。

上述正極漿料涂層的組分及質(zhì)量配比為：91～96％的正極活性物質(zhì)，1～5％的稀土富鎂基粉體，2～6％的導(dǎo)電劑a和1～5％的粘結(jié)劑b。

上述稀土富鎂基粉體為氧化鈧、氧化釔、氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠、氧化鐿、氧化鈦、氧化鋯中的一種或幾種與氧化鎂的混合粉體。

上述正極活性物質(zhì)為錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰和鎳鈷錳三元材料中的一種或幾種。

上述導(dǎo)電劑a為導(dǎo)電炭黑、鱗片石墨和碳納米管中的一種或幾種；所述粘結(jié)劑b為聚偏氟乙烯。

制備所述正極漿料涂層所使用的溶劑為n-甲基吡咯烷酮。

上述負極極片包括負極集流體和在負極集流體上雙面涂覆的負極漿料涂層；所述負極漿料涂層的組分及質(zhì)量配比為：90～95％的負極活性物質(zhì)，1～5％的導(dǎo)電劑c和2～8％的粘結(jié)劑d。

上述負極活性物質(zhì)為天然石墨、中間相碳微球和人造石墨中的一種或幾種。

上述導(dǎo)電劑c為導(dǎo)電炭黑、鱗片石墨和碳納米管中的一種或幾種；所述粘結(jié)劑d為聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠中的一種或幾種。

制備所述負極漿料涂層所使用的溶劑為n-甲基吡咯烷酮、去離子水和無水乙醇中的一種或幾種。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過在正極極片中添加稀土富鎂基粉體，大幅提高了鋰離子電池在-40℃時的放電容量，使鋰離子電池在-40℃的低溫環(huán)境下也能正常工作，擴大了鋰離子電池在航空航天、軍工、電動車等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種能在低溫環(huán)境下(-40℃)保持優(yōu)異性能的鋰離子電池，包括：電池外殼、正極極片、負極極片、隔膜和電解液。正極極片包括正極集流體以及涂覆于正極集流體兩側(cè)的正極漿料涂層，負極極片包括負極集流體以及涂覆于負極集流體兩側(cè)的負極漿料涂層。其中，正極集流體可以選用鋁箔，負極集流體可以選用銅箔，電池的形狀和電解液的種類均不作限定，可以根據(jù)需要選用現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)方式。

具體而言，正極漿料是將正極活性物質(zhì)、稀土富鎂基粉體、導(dǎo)電劑a、粘結(jié)劑b與溶劑e混合均勻得到的。其中：正極活性物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為91～96％，稀土富鎂基粉體的質(zhì)量分數(shù)為1～5％，導(dǎo)電劑a的質(zhì)量分數(shù)為2～6％，粘結(jié)劑b的質(zhì)量分數(shù)為1～5％。

較佳的，正極活性物質(zhì)為錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰和鎳鈷錳三元材料中的一種或幾種；稀土富鎂基粉體為氧化鈧、氧化釔、氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠、氧化鐿、氧化鈦、氧化鋯中的一種或幾種與氧化鎂的混合粉體；導(dǎo)電劑a為導(dǎo)電炭黑、鱗片石墨和碳納米管中的一種或幾種；粘結(jié)劑b為聚偏氟乙烯；溶劑e為n-甲基吡咯烷酮。

負極漿料是將負極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑c、粘結(jié)劑d與溶劑f混合均勻得到的。其中：負極活性物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為90～95％、導(dǎo)電劑c的質(zhì)量分數(shù)為1～5％、粘結(jié)劑d的質(zhì)量分數(shù)為2～8％。

較佳的，負極活性物質(zhì)為天然石墨、中間相碳微球和人造石墨中的一種或幾種；導(dǎo)電劑c為導(dǎo)電炭黑、鱗片石墨和碳納米管中的一種或幾種；粘結(jié)劑d為聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠中的一種或幾種；溶劑f為n-甲基吡咯烷酮、去離子水和無水乙醇中的一種或幾種。

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步闡述。

實施例一

制備正極漿料：將正極活性物質(zhì)、稀土富鎂基粉體、導(dǎo)電劑a、粘結(jié)劑b與溶劑e混合，攪拌均勻，得到正極漿料。其中，正極活性物質(zhì)、稀土富鎂基粉體、導(dǎo)電劑a及粘結(jié)劑b的質(zhì)量比為92:3:3:2；正極活性物質(zhì)為錳酸鋰；稀土富鎂基粉體為氧化鈧、氧化釔、氧化鈦和氧化鎂的混合粉體，質(zhì)量比為3:3:3:1；導(dǎo)電劑a為導(dǎo)電炭黑、鱗片石墨和碳納米管，質(zhì)量比為1:1:1；粘結(jié)劑b為聚偏氟乙烯；溶劑e為n-甲基吡咯烷酮。

制備正極極片：將正極漿料均勻地涂覆于鋁箔的兩面，烘干溶劑后，按照規(guī)定尺寸剪裁，并輥壓極片至規(guī)定厚度，放置于真空烘箱中烘干。

制備負極漿料：將負極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑c、粘結(jié)劑d與溶劑f混合，攪拌均勻，得到負極漿料。其中，負極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑c及粘結(jié)劑d的質(zhì)量比為90:4:6；負極活性物質(zhì)為人造石墨；導(dǎo)電劑c為導(dǎo)電炭黑和碳納米管，質(zhì)量比為1:1；粘結(jié)劑d為聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠，質(zhì)量比為1:2:3；溶劑f為n-甲基吡咯烷酮、去離子水和無水乙醇。

制備負極極片：將負極漿料均勻地涂覆于銅箔的兩面，烘干溶劑后，按照規(guī)定尺寸剪裁，并輥壓極片至規(guī)定厚度，放置于真空烘箱中烘干。

裝配電池：將正極極片、隔膜和負極極片卷繞成電芯，入殼，經(jīng)真空烘干后注入電解液，最后封口，靜置后完成鋰離子電池的裝配。

實施例二

與實施例一的不同之處為：稀土富鎂基粉體為氧化鈰、氧化鋯和氧化鎂的混合粉體，質(zhì)量比為4:3:3，其余內(nèi)容與實施例一相同。

實施例三

與實施例一的不同之處為：正極活性物質(zhì)、稀土富鎂基粉體、導(dǎo)電劑a及粘結(jié)劑b的質(zhì)量比為91:4:2:3，負極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑c及粘結(jié)劑d的質(zhì)量比為95:3:2，其余內(nèi)容與實施例一相同。

實施例四

與實施例一的不同之處為：正極活性物質(zhì)為鈷酸鋰，負極活性物質(zhì)為中間相碳微球，其余內(nèi)容與實施例一相同。

實施例五

與實施例一的不同之處為：導(dǎo)電劑a為導(dǎo)電炭黑，導(dǎo)電劑c為鱗片石墨，其余內(nèi)容與實施例一相同。

實施例六

與實施例一的不同之處為：粘結(jié)劑d為聚偏氟乙烯和羧甲基纖維素鈉，質(zhì)量比為1:2，溶劑f為n-甲基吡咯烷酮和去離子水，其余內(nèi)容與實施例一相同。

為了測試本發(fā)明稀土富鎂基鋰離子動力電池的低溫放電容量，本發(fā)明采用實施例一提供的技術(shù)方案制備了一批電池，并從中選取四個電池依次編號為1-1#、1-2#、1-3#和1-4#，分別在常溫(25℃)和低溫(-40℃)條件下進行充放電測試。與此同時，選用2-1#、2-2#、2-3#和2-4#四個電池作為空白對照組，在相同條件下進行充放電測試。其中，空白對照組中的四個電池的正極中均不含有稀土富鎂基粉體，其正極漿料的組分是質(zhì)量比為95:3:2的正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑a以及粘結(jié)劑b，其他部分選用與實施例一相同的方案。

表1放電倍率為0.2c的放電容量對比

表2放電倍率為0.5c的放電容量對比

由表1和表2可知，與普通的鋰離子動力電池相比(即空白對照組)，本發(fā)明中的稀土富鎂基鋰離子動力電池在-40℃的低溫環(huán)境下表現(xiàn)出了優(yōu)異的充放電性能。在-40℃時，稀土富鎂基鋰離子動力電池在不同放電倍率下的放電效率均接近甚至超過了80％，遠遠高于不含稀土富鎂基粉體的普通鋰離子電池。