[发明专利]一种能低温下安全充电的动力新型锂离子电池制造方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及用锂钴氧化物LiCoO₂、锂镍氧化物LiNiO₂、锂钴镍氧化物LiCoNiO₂、锂锰氧化物LiMn₂O₄，、镍钴锰锂氧化物Li_αNi_βCo_γMn_δO₂或锂铁磷酸盐LiFePO₄等的一种或几种作为正极活性物质，改性石墨作为负极活性物质，低温电解质作为电解质，采用造孔的涂布技术，经过卷绕或叠片的加工方式制备而成的圆柱型或方形锂离子电池再经过智能化成而成的锂离子电池。 

【背景技术】

1990年，SONY公司率先在实验室推出以LiCoO₂为正极材料的锂离子二次电池，并于1991年开始产业化。十几年来锂离子二次电池快速发展，凭借其比能量高、循环寿命长、自放电小、输出电压高、绿色无污染等优势，技术发展速度迅猛。产品市场占有率上升速度是迄今为止任何一种化学电池所无法比拟的，一跃成为目前世界电池市场风头最劲的电池产品。据统计，全球锂离子电池的销售额已经超过了镍氢、镍镉电池的总和。 

随着社会的进步，物质财富的增多，人们的生活在不断提高，同时人们的环保意识也在日益增强。目前欧盟开始在部分领域限制镍镉电池。因此，高功率、长寿命、无污染、低成本、高可靠性、高安全性的电池成为现代生活某些领域迫切需求的产品。主要包括电动工具的配套电源。 

电动工具市场上处于领导地位的镍镉电池由于存在污染问题将逐步退出历史舞台，目前替代它的产品主要是镍氢电池。现在人们开始研制动力型锂离子电池，准备替代镍镉、镍氢电池。 

但目前普通动力型锂离子电池都存在以下缺陷： 

1.充电温度都要求在0℃以上，在0℃以下充电都存在电池阻抗增大，负极表面析锂，电池在0℃以下的循环寿命差。限制了电池在寒冷地区的使用。 

2.低温充电电池极化电压增大，在使用充电器充电时会发现灯会闪烁，给用户带来麻烦。 

3.改善低温性能后，由于负极表面的SEI膜结构不够稳定，电池在针刺、挤压等安全测试时会起火、爆炸。 

【发明内容】

本发明提供一种能低温下安全充电的动力新型锂离子电池的制造方法。该方法的特点是采用改性石墨作为负极，缩短Li⁺嵌入石墨的时间，防止在低温下充电时在负极表面形成锂枝晶，提高电池的安全性；正极采用导电性好结构稳定的正极材料，便于在低温充电时Li⁺脱出，减少电池的极化；电解液采用低温性能好的电解液，主要因为锂离子电池的电解液是有机电解液，在低温下导电性能较差，本发明采用熔点低、相对介电常数高的PC、1，2-BC、γ-丁内酯、乙酸乙酯等作为溶剂，VC、PS等作为添加剂，改善电解液的 低温性能；将极耳位置布置在极片的中间，材质使用紫铜代替传统的镍极耳，减少电池的极化内阻，提高电池的低温安全充电性能。通过的途径和解决的问题分述如下： 

1.采用改性石墨作为负极材料制备成低温充电时的低极化的动力新型锂离子电池。由于改性石墨经过改性处理，其层间距缩短，石墨表面跟导电剂接触充分，使Li⁺在充电时嵌入石墨层间距离缩短，减少极化，可以延长使用寿命。由于电解液在低温情况下的导电能力降低，而电池在低温下1C充电电流较大，使正极中Li⁺在充电时不能马上进入石墨负极的层间，导致在石墨负极表面沉积，形成锂枝晶，锂枝晶一旦长大，容易刺穿隔膜，造成电池内部短路而引发安全事故。使用改性石墨，使用外形呈鳞片状的改性石墨，石墨的层间距缩短，提高了石墨负极的导电性能，使Li⁺在低温充电时，很容易到达石墨层间，减少在负极表面形成锂枝晶的概率，提高电池的安全性能，同时降低极化，提高电池的循环性能。 

2.采用耐低温、高安全性电解液作为低温充电时的低极化的动力新型锂离子电池的电解液。采用熔点低、相对介电常数高的PC、1，2-BC、γ-丁内酯、乙酸乙酯等作为溶剂，VC、PS等作为添加剂，改善电解液的低温性能。 

3.优选正极材料，改进电池结构，可以在-10℃条件下以1C电流充电，充电容量达到额定容量的80％，0℃条件下以1C电流充电，极化电压≤100mV。 

4.优化电池极片制作工艺，使电池充满电后能在穿刺、挤压条件下不发生起火、爆炸。