一種改善低溫充放電性能的鋰離子電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，尤其是涉及一種改善低溫充放電性能的鋰離子電池。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]目前鋰離子電池以其輕便、高能量密度、自放電小、壽命長(zhǎng)、高放電功率和環(huán)保等優(yōu)勢(shì)已被廣泛應(yīng)用。鋰離子電池包括正極、負(fù)極、隔膜及電解液四大材料部分，該四大材料部分直接影響著鋰離子電池的性能，然而目前的鋰離子電池由于受到上述四大材料部分自身性能的限制，在低溫循環(huán)方面表現(xiàn)略有不足，低溫下特別是在_20°C '30°C的條件下，電池的內(nèi)阻明顯增大，電源電壓可能直接不能放出電量或者放電電量有很大的衰減，甚至在低溫狀態(tài)下不能充電。因此改善鋰離子電池的低溫性能已成為廣大鋰離子電池科研者以及鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)急需解決的一個(gè)難題。
[0004]例如，授權(quán)公告號(hào)CN101197457B，授權(quán)公告日2010.10.06的中國(guó)專利公開了一種適用于低溫環(huán)境的鋰離子電池，該鋰離子電池包括電池外殼，緊貼電池外殼的隔熱保溫層，電芯設(shè)置在電池外殼內(nèi)，還有由溫控開關(guān)、控制電路組成的控制組件，發(fā)熱組件、導(dǎo)熱組件組成供熱組件。其不足之處在于，當(dāng)電池處于低溫狀態(tài)時(shí)，必須通過犧牲鋰離子電池的部分電量使供熱組件運(yùn)行進(jìn)行供熱，這樣便會(huì)大大降低電池的電容量，在持續(xù)低溫的情況下，電池的電量很快會(huì)被耗盡。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的鋰離子電池所存在的上述問題，提供了一種在低溫狀態(tài)下，能降低電池內(nèi)阻，改善電池充放電的能力的改善低溫充放電性能的鋰離子電池。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種改善低溫充放電性能的鋰離子電池，包括由正極片、隔膜、負(fù)極片依次疊加而成的電芯及電解液，所述正極片包括正集流體及涂敷在正集流體上的正極材料，所述負(fù)極片包括負(fù)集流體及涂敷在負(fù)集流體上的負(fù)極材料，所述正極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成:45?47%的鎳鈷錳三元材料，45?47%錳酸鋰，3?5%聚偏氟乙烯，0.5?1%導(dǎo)電碳黑，Γ3%氣相生長(zhǎng)碳纖維，0.5^1.5%碳納米管；所述負(fù)極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成:63飛6%人造改性石墨，28?30%軟碳，0.5?1%導(dǎo)電炭黑，0.5?1%氣相生長(zhǎng)碳纖維，0.5?1%碳納米管，廣2%羧甲基纖維素，2?3% 丁苯橡膠；所述隔膜為陶瓷隔膜；所述電解液包括電解質(zhì)和溶齊U，所述電解質(zhì)為六氟磷酸鋰，電解液中六氟磷酸鋰的濃度為f 1.2mol/L ;所述溶劑由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、Y-丁內(nèi)脂、乙酸甲酯與碳酸丙烯酯按質(zhì)量體積比(廣2):(廣2):(0.Γ0.3): (0.3^0.5): (0.Γ0.3)混合而成。本發(fā)明的正極材料中采用鎳鈷錳三元材料和錳酸鋰組成的復(fù)合正極活性物質(zhì)體系，同時(shí)采用導(dǎo)電碳黑、氣相生長(zhǎng)碳纖維及碳納米管組成的正極復(fù)合導(dǎo)電劑體系；負(fù)極采用人造改性石墨、軟碳、導(dǎo)電炭黑、氣相生長(zhǎng)碳纖維及碳納米管組成的負(fù)極復(fù)合導(dǎo)電體系；溶劑采用碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、Y-丁內(nèi)脂、乙酸甲酯與碳酸丙烯酯組成的五元溶劑體系，通過對(duì)正極材料、負(fù)極材料以及電解液配方的改進(jìn)優(yōu)化，獲得了一種新的鋰離子電池體系，通過各組分之間的協(xié)同配合，使得鋰離子電池具有良好的低溫性能。
[0008]作為優(yōu)選，正極片上正極材料的涂布面密度28(T300g/m2，負(fù)極片上負(fù)極材料的涂布面密度為13(Tl40g/m2。正極片上正極材料的涂布面密度28(T300g/m2，負(fù)極片上負(fù)極材料的涂布面密度為13(Tl40g/m2，極片的加工性能好，且可以有效的減少低溫下鋰離子在負(fù)極涂層內(nèi)的傳導(dǎo)線路，有利于改善電池的低溫性能。
[0009]作為優(yōu)選，陶瓷隔膜的厚度為20?25 μ m。隔膜的厚度為20?25 μ m能縮短鋰離子(Li+)傳導(dǎo)途徑，減少低溫下的極化。
[0010]因此，本發(fā)明的有益效果是:通過對(duì)正極材料、負(fù)極材料以及電解液配方的改進(jìn)優(yōu)化，獲得了一種新的鋰離子電池體系，其中正極材料中采用導(dǎo)電碳黑、氣相生長(zhǎng)碳纖維及碳納米管組成的正極復(fù)合導(dǎo)電劑體系；負(fù)極采用人造改性石墨、軟碳、導(dǎo)電炭黑、氣相生長(zhǎng)碳纖維及碳納米管組成的負(fù)極復(fù)合導(dǎo)電體系；溶劑采用碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、Y-丁內(nèi)月旨、乙酸甲酯與碳酸丙烯酯組成的五元溶劑體系，配方合理科學(xué)，成本低，通過各組分之間的協(xié)同配合，使得鋰離子電池具有良好的電性能和低溫循環(huán)性能。
[0011]
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面通過【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0013]在本發(fā)明中，若非特指，所有百分比均為重量單位，所有設(shè)備和原料均可從市場(chǎng)購得或是本行業(yè)常用的，下述實(shí)施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域常規(guī)方法。
[0014]實(shí)施例1
一種改善低溫充放電性能的鋰離子電池，包括由正極片、隔膜、負(fù)極片依次疊加而成的電芯及電解液，正極片包括正集流體及涂敷在正集流體上的正極材料，負(fù)極片包括負(fù)集流體及涂敷在負(fù)集流體上的負(fù)極材料，正極片上正極材料的涂布面密度300g/m2，負(fù)極片上負(fù)極材料的涂布面密度為135g/m2，正極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成:46%的鎳鈷錳三元材料，46%錳酸鋰，4%聚偏氟乙烯，1%導(dǎo)電碳黑，2%氣相生長(zhǎng)碳纖維，1%碳納米管；負(fù)極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成:66%人造改性石墨，28.5%軟碳，0.5%導(dǎo)電炭黑，0.5%氣相生長(zhǎng)碳纖維，0.5%碳納米管，1.5%羧甲基纖維素,2.5% 丁苯橡膠；隔膜為厚度為25μηι的陶瓷隔膜；電解液包括電解質(zhì)和溶劑，電解質(zhì)為六氟磷酸鋰，電解液中六氟磷酸鋰的濃度為lmol/L;溶劑由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、Y-丁內(nèi)脂、乙酸甲酯與碳酸丙烯酯按質(zhì)量體積比 1:1:0.3:0.5:0.2 混合而成。
[0015]實(shí)施例2
一種改善低溫充放電性能的鋰離子電池，包括由正極片、隔膜、負(fù)極片依次疊加而成的電芯及電解液，正極片包括正集流體及涂敷在正集流體上的正極材料，負(fù)極片包括負(fù)集流體及涂敷在負(fù)集流體上的負(fù)極材料，正極片上正極材料的涂布面密度280g/m2，負(fù)極片上負(fù)極材料的涂布面密度為130g/m2，正極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成:47%的鎳鈷錳三元材料，45%錳酸鋰，5%聚偏氟乙烯，0.5%導(dǎo)電碳黑，1%氣相生長(zhǎng)碳纖維，1.5%碳納米管；負(fù)極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成:63%人造改性石墨，30%軟碳，1%導(dǎo)電炭黑，1%氣相生長(zhǎng)碳纖維，1%碳納米管，2%羧甲基纖維素，2% 丁苯橡膠；隔膜為厚度為22 μ m的陶瓷隔膜；電解液包括電解質(zhì)和溶劑，電解質(zhì)為六氟磷酸鋰，電解液中六氟磷酸鋰的濃度為1.lmol/L ；溶劑由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、Y-丁內(nèi)脂、乙酸甲酯與碳酸丙烯酯按質(zhì)量體積比1.5:2:0.1:0.4:0.1混合而成。
[0016]實(shí)施例3
一種改善低溫充放電性能的鋰離子電池，包括由正極片、隔膜、負(fù)極片依次疊加而成的電芯及電解液，正極片包括正集流體及涂敷在正集流體上的正極材料，負(fù)極片包括負(fù)集流體及涂敷在負(fù)集流體上的負(fù)極材料，正極片上正極材料的涂布面密度290g/m2，負(fù)極片上負(fù)極材料的涂布面密度為140g/m2，正極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成:45%的鎳鈷錳三元材料，47%錳酸鋰，3%聚偏氟乙烯，0.8%導(dǎo)電碳黑，3%氣相生長(zhǎng)碳纖維，1.2%碳納米管；負(fù)極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成:64.5%人造改性石墨，29%軟碳，0.8%導(dǎo)電炭黑，0.5^0.8%氣相生長(zhǎng)碳纖維，0.9%碳納米管，1%羧甲基纖維素，3% 丁苯橡膠；隔膜為厚度為20 μ m的陶瓷隔膜；電解液包括電解質(zhì)和溶劑，電解質(zhì)為六氟磷酸鋰，電解液中六氟磷酸鋰的濃度為1.2mol/L;溶劑由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、Y-丁內(nèi)脂、乙酸甲酯與碳酸丙烯酯按質(zhì)量體積比2:1.5:0.2:0.3:0.3混合而成。
[0017]以上實(shí)施例中的鋰離子電池均可按以下工藝步驟制得:制作正、負(fù)極片一制作電芯一焊接極耳一包裝一封口注液一化成分容，上述工藝步驟均是本技術(shù)領(lǐng)域的常規(guī)步驟，故不贅述。
[0018]對(duì)制得的型號(hào)為24015008，容量為20A的電池進(jìn)行測(cè)試，20°C時(shí)電池0.2C放電占額定容量的93%以上；-30°C電池0.2C放電占額定容量的88%以上；在-15°C，0.1C充/0.2C放的條件下，200次保持率> 80%,由此可見，本發(fā)明的電池在常溫、低溫條件下均具有十分優(yōu)異的充放電性能。
[0019]以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種改善低溫充放電性能的鋰離子電池，包括由正極片、隔膜、負(fù)極片依次疊加而成的電芯及電解液，所述正極片包括正集流體及涂敷在正集流體上的正極材料，所述負(fù)極片包括負(fù)集流體及涂敷在負(fù)集流體上的負(fù)極材料，其特征在于，所述正極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成:45?47%的鎳鈷錳三元材料，45?47%錳酸鋰，3^5%聚偏氟乙烯，0.5^1%導(dǎo)電碳黑，f 3%氣相生長(zhǎng)碳纖維，0.5?1.5%碳納米管；所述負(fù)極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成:63?66%人造改性石墨，28?30%軟碳，0.5?1%導(dǎo)電炭黑，0.5?1%氣相生長(zhǎng)碳纖維，0.5?1%碳納米管，f 2%羧甲基纖維素，2?3% 丁苯橡膠；所述隔膜為陶瓷隔膜；所述電解液包括電解質(zhì)和溶劑，所述電解質(zhì)為六氟磷酸鋰，電解液中六氟磷酸鋰的濃度為f 1.2mol/L ;所述溶劑由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、Y-丁內(nèi)脂、乙酸甲酯與碳酸丙烯酯按質(zhì)量體積比(Γ2):(Γ2):(0.Γθ.3):(0.3?0.5):(0.Γθ.3)混合而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善低溫充放電性能的鋰離子電池，其特征在于，正極片上正極材料的涂布面密度28(T300g/m2，負(fù)極片上負(fù)極材料的涂布面密度為13(Tl40g/m2o
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善低溫充放電性能的鋰離子電池，其特征在于，陶瓷隔膜的厚度為2(Γ25μπι。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改善低溫充放電性能的鋰離子電池，電池的正極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成：45~47%的鎳鈷錳三元材料，45~47%錳酸鋰，3~5%聚偏氟乙烯，0.5~1%導(dǎo)電碳黑，1~3%氣相生長(zhǎng)碳纖維，0.5~1.5%碳納米管；負(fù)極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成：63~66%人造改性石墨，28~30%軟碳，0.5~1%導(dǎo)電炭黑，0.5~1%氣相生長(zhǎng)碳纖維，0.5~1%碳納米管，1~2%羧甲基纖維素，2~3%丁苯橡膠；隔膜為陶瓷隔膜；電解液包括電解質(zhì)和溶劑，電解質(zhì)為六氟磷酸鋰，電解液中六氟磷酸鋰的濃度為1~1.2mol/L；溶劑由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、γ-丁內(nèi)脂、乙酸甲酯與碳酸丙烯酯按質(zhì)量體積比（1~2）：（1~2）：（0.1~0.3）：（0.3~0.5）：（0.1~0.3）混合而成。本發(fā)明的電池在低溫狀態(tài)下，能降低電池內(nèi)阻，改善電池充放電的能力。
【IPC分類】H01M10-0525, H01M4-505, H01M4-525
【公開號(hào)】CN104810516
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410335596
【發(fā)明人】張偉, 李明, 李之洋, 單海鵬, 朱修鋒
【申請(qǐng)人】萬向A一二三系統(tǒng)有限公司, 萬向電動(dòng)汽車有限公司, 萬向集團(tuán)公司
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2014年7月15日