[发明专利]一种全温域锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池，一种可以在-40℃至75℃的温度范围内正常充放电使用的全温域锂离子电池，该电池采用具有复合多层涂覆结构的多极耳正极极片，多极耳负极极片与耐高温隔膜组装而成，采用高低温复合电解液作为电解质，有效扩展了锂离子电池的正常使用温度范围，解决了锂离子电池在低温下的安全性问题和高温使用时的循环寿命差的缺点。

技术背景

锂离子电池在近二十几年中，得到迅猛的发展，在便携式通信和消费电子领域已完全替代了传统的镍氢电池，镍镉电池。在动力汽车、储能、航空航天、电动玩具和电动工具等领域，锂离子电池也引起极大的关注，并开始了初步的应用。

相对其他传统电池，锂离子电池虽然在电化学性能上十分优越，但对于电池的使用条件却要求比较苛刻，目前商品化的锂离子电池通常的使用温度范围较小，正常的使用温度在0-60℃之间，随着锂离子电池的广泛应用，某些应用领域，比如军工，航天还有一些民用特殊领域对其高低温性能提出更为苛刻的要求，在极地地区和高寒地带，正常气温在低于-20℃，有些地区的最低温度可达到-70℃，而在赤道地区，沙漠地带有记录的气象记录，位于非洲埃塞俄比亚的柏培拉附近的沙漠地带曾达到63℃的高温，在航空航天领域，其环境更加恶劣。环境温度的不同，对锂离子电池的性能和使用寿命都有很大的影响，甚至会影响电池的安全性能。

作为锂离子电池下一个重要的应用领域—电动汽车领域，同样也要求锂离子电池有宽泛的使用温度范围，在中国北方，寒冬时期最低温度可达到-40℃以下，在中国南方，夏季的气温高达45℃，而汽车停靠在马路上，在太阳下曝晒，车内温度最高会超过75℃。提高电池在低温下的冷启动性能，提高电池在高温下使用的循环寿命是目前锂离子动力电池需要解决的重要问题。

目前，针对不同的电池使用条件对锂离子电池进行单独进行设计，按照使用条件分类，通常分为低温锂离子电池，常温锂离子电池和高温锂离子电池。对于低温锂离子电池，通常采用在低温下使用具有较高离子传导速率和导电率比较高的正负极材料，和具有高导电率、低结晶温度的电解液溶剂；HUANG C K,SAKAMOTO J S,WOLFENSTINE J,等人研究发现锂离子电池在低温下充电时，在石墨负极表面极易析出和沉积金属锂，高杰等人通过对负极进行化学镀铜的方法来解决了低温下锂离子电池负极析锂的问题，Siders R.Charles通过更换负极材料，采用70nm的五氧化二钒V2O5纳米纤维作为锂离子电池负极材料，解决了锂离子电池的低温下大倍率充电析锂的问题。

而高温使用的锂离子电池，从设计上则需要采用对正负极材料的表面进行钝化处理，避免发生较多的副反应而导致的电池阻抗升高，循环性能下降，通常在电解液中添加某些功能性添加剂进行改善。中国发明专利CN102403534A公开了一种高温锂离子电池的电解液，通过添加四氟硼酸锂、磷酸三甲基硅和碳酸亚乙烯酯等添加剂，使用该高温电解液制备的锂离子电池具有优异的高温性能，60℃下存储7天，不胀气，容量保持率大于90％。

目前使用的低温锂离子电池，高温锂离子电池技术都是根据使用的温度条件进行单独设计，针对全温域使用的锂离子电池制造技术，目前还未见有公开报道。低温的锂离子电池在高温下使用则性能和寿命均会降低，而高温锂离子电池在低温下使用则会出现析锂现象，电池的安全性能会大大降低。

根据使用温度环境对锂离子电池进行特定设计和制造，可以解决在特定条件下的锂离子电池的安全使用，但是对于移动式的车辆和设备，军工、航空航天领域的电池应用则希望锂离子电池具有宽泛的使用温度，比如电动汽车，混合动力汽车使用的锂离子电池，电动汽车厂家要在全球进行销售，产品的性能则需要适应不同地区的气候和环境，即便是在同一地区，电动汽车电池的使用环境也会随季节的变化，路况的影响有比较大的温度变动，如果进行区域产品差别化的制造和销售，则会带来成本的上升，而且也会给消费者带来不便。

本发明提供一种全温域锂离子电池的制造技术，解决了锂离子电池在电动汽车，军工、航空航天领域的宽温域使用问题，本技术通过采用不同正负极复合多层涂覆极片技术，耐高温隔膜技术及复合高低温电解液技术使锂离子电池在宽泛的温度范围内保持优良的电化学性能和循环寿命，使用的该电池可以在-40℃-75℃的温度范围内长时间存储，充放电使用。

发明内容

本发明提供了一种全温域锂离子电池的制造技术，为解决锂离子电池在高低温条件下的正常、安全的使用提供了解决方案。

本发明内容如下所述：