[发明专利]一种耐低温的长寿命锂离子电池

说明书

本发明公开了一种耐低温的长寿命锂离子电池。所述的锂离子电池的正极活物质的中值粒径5.5μm≤D50≤10μm、负极为改性石墨材料、电解液中添加低温添加剂。本发明公布的锂离子电池具有优异的低温充放电性能，低温下具有长循环寿命，所述的锂离子电池可作为低温环境下的储能电池及电动车用电池。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是一种耐低温长寿命的锂离子电池。

背景技术

新能源时代，锂离子电池得到了广泛应用,人们对锂离子电池在低温环境下的充放电性能有了更高要求，希望可以应用于北方严寒地区或野外，应用于动力汽车或储能领域，但目前锂离子电池低温特性的研究明显滞后,当使用环境温度低于0℃时,电池性能大幅衰降或无法正常工作,在低温环境下,需给电池配备加热片升温保证其正常充放电工作。因此，开发出耐低温的长寿命锂离子电池具有重要意义。

对于绝大部分体系而言，低温时电荷传递速率和锂离子扩散速率的下降，是导致锂离子电池低温性能欠佳的主要原因。正极材料、负极材料、电解液、集流体的性质都可能引起锂离子的传输速率下降,进而降低锂离子电池在低温条件下的放电容量。同时，电极的表面积、平均粒径、电极密度、电极与电解液的润湿性及隔膜等，均影响着锂离子电池的低温性能。另外，材料和工艺的缺陷对电池低温性能的影响也不容忽视。目前,CNIO5914394A公布了一种低温锂离子电池复合正极材料,可提高锂离子电池的首次放电效率,促进活性物质的容量发挥,从而提高锂离子电池的能量密度，但该电池的能量密度低于130Wh/kg。

发明内容

本发明要解决的技术问题是:提供一种耐低温的长寿命的锂离子电池,克服现有的锂离子电池低温下充放电性能差、循环寿命短、能量密度低的问题。随着研究的深入，对锂离子电池低温机制的认识不断加深。对于绝大部分体系而言，低温时电荷传递速率和锂离子扩散速率的下降，是导致锂离子电池低温性能欠佳的主要原因。研究发现，不仅低温用电解液对电池低温影响大，而且正负极材料本征也很重要。正极小的粒径，能保证Li⁺在活性物质中具有较大的扩散系数，与电解液接触面积大。此外，正极粒径越小，Li⁺由晶体结构迁移到电解液中的路径越短，离子电导率越高。再匹配含有耐低温的电解液，使得在低温下具有更高的离子电导率，进而提高离子电池的低温性能。但粒径过小即平均粒径低于5.5μm，电池的首次充放电效率低，且循环性能也会受到影响。因此，采用中值粒径5.5μm≤D50≤10μm的正极材料、负极为改性石墨材料，并且匹配添加低温添加剂的电解液。

具体而言本发明提供一种耐低温的长寿命锂离子电池，其特征在于：正极活物质为三元材料，正极浆料的重量百分比范围：正极88％-95％，正极导电剂3％-5％，正极粘结剂1％-4％；负极活物质为石墨，负极浆料的重量百分比范围：负极87％-98％，负极导电剂1％-6％，负极粘结剂1％-5％；电解液中含有耐低温添加剂。

进一步地，其特征在于：所述的三元材料为中值粒径5.5μm≤D50≤10μm，三元材料为LiNi_xCo_yM_zO₃，M＝Mn、Al中的一种，x+y+z＝1，0≤x，y，z≤0。

进一步地，其特征在于：正极导电剂为碳黑、石墨、乙炔黑中的一种或几种，正极粘结剂为PVDF。

进一步地，其特征在于：负极活物质为改性石墨，负极导电剂为碳黑、石墨、乙炔黑中的一种或几种的混合物；负极粘结剂为羧甲基纤维素钠、SBR橡胶中的一种或几种的混合物。

进一步地，其特征在于：所述的电解液中添加耐低温添加剂，由电解质和溶剂组成，其中电解质为六氟磷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂中的一种或几种；溶剂是EC(碳酸乙烯酯)，DMC(碳酸二甲酯)，DEC(碳酸二乙酯)，EMC(碳酸甲乙酯)中的一种或几种加PC(碳酸丙烯酯)。溶剂中添加PC，主要因为含PC组分比不含PC组分的电解液在低温下极化减小,电荷迁移速度快，在低温下放电容量更高。