[发明专利]一种低温可充电的离子电池和应用

说明书

本发明涉及一种低温可充电的锂离子电池和应用；属于可充电低温离子电池技术领域。本发明以含氟的酰胺类物质和/或含氟的亚酰胺类物质为低温电解液添加剂、以倍率型钴酸锂为正极活性物质、以表面包覆硬碳和/或软碳的人造石墨为负极活性物质；通过优化组成，得到了低温可充电的锂离子电池。本发明所设计和制备的低温可充电的离子电池，在零下六十摄氏度及以下还能表现出优异的电化学性能，这极大的拓宽可锂离子电池的应用领域。同时本发明产品的制备工艺简单可控，便于产业化应用。

技术领域

本发明涉及一种低温可充电的离子电池和应用；属于可充电低温离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池是一种具有能量密度高、放电平台高、循环寿命长、无记忆效应以及绿色环保等特点的电池，已经广泛运用于数码产品、电动汽车、国防军工以及高原高寒地区等领域。 随着锂离子电池在使用领域越来越广泛，同时面临的使用环境也就越复杂，在我国偏远的高原高寒地区年平均气温在0摄氏度以下，可达六个月的冬季寒冷期，最低温度达-40℃，而在这种寒冷环境下锂离子电池的功率密度和能量密度只有常温条件的1.25%和5%，所放出的容量在额定容量的30%以下，其主要原因是：在低温条件下电解液的导电性较差、电极材料的电子导电率较低；锂离子在电极材料内部及电极材料间扩散速率和传输速率低、电解液与电极接触面的离子导电率也低，导致锂离子电池的内阻增大、初始放电电压低，从而放不出电。在高原高寒地区紫外线辐射强度要比平原地区高40%以上，完全有利于对户外太阳能光伏系统中的锂离子蓄电池进行充电，但是锂离子电池在低温充电过程中负极表面会析锂，生成不具有电子导电性的产物并且会沉积在负极表面进一步增大表面阻抗。通常户外光伏系统中的锂离子蓄电池充电倍率较低（0.01C至0.02C），很难达到0.1C甚至0.2C，所以蓄电池长期处于欠充电的状态。因此，提高锂离子电池在低温环境下的充放电性能，可有效地拓宽锂离子电池的应用领域。目前人们研究以及开发出的低温电池一般在低于-40℃后，电池的容量保持率以及其他性能会迅速衰减，导致其很难长寿命的用于一些严苛环境。

发明内容

本发明的目的是提出一种可以在-60℃、0.2C进行倍率放电，且可在-40℃进行0.2C倍率充电、10C倍率放电的锂离子电池及其制备方法和应用。拓宽了锂离电池的应用领域及范围。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种低温可充电的锂离子电池包括：电池外壳、正极极片、负极极片、隔膜以及低温电解液。正极极片包括铝箔及其涂布在铝箔上的正极浆料，所述的正极浆料中的活性物质为倍率型钴酸锂；负极极片包括铜箔及其涂布在铜箔上的负极浆料，所述负极浆料中的活性物质是人造石墨,且表面包覆硬碳或软碳；隔膜为单面陶瓷涂覆的聚乙烯基膜、聚丙烯基膜以及聚酰亚胺膜、聚酰胺膜；所述电解液中溶质为磷酸锂盐、硼酸锂盐，溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亚乙烯酯(VC)中的一种或多种混合溶液和低温电解液添加剂配制而成的混合溶剂，所述低温电解液添加剂为含氟的酰胺类物质和/或含氟的亚酰胺类物质；优选为双三氟甲基磺酰亚胺锂和/或N/N二甲基三氟乙酰胺，进一步优选为三氟甲基磺酰亚胺锂和N/N二甲基三氟乙酰胺配制而成的混合液。通过采用叠层和卷绕的方式将正极极片、负极极片、隔膜以及隔膜按序且隔膜的陶瓷面对正极极片组装成锂离子电芯，经过烘烤工艺后注入低温电解液，进过老化、化成、分容后，得到低温可充电的锂离子电池。

如上所述的低温可充电的锂离子电池，所述的正极是倍率型钴酸锂，粒径为2～18um，正极活性物质于正极混合粉总质量中占85%～98%，正极极片涂覆双面面密度为170～300g/m²,压实密度为2.2～3.8g/cm³，极片厚度为65um～153um。

如上所述的低温可充电的锂离子电池，负极活性物质粒径为3～22um，负极活性物质于负极混合粉总质量中占80%～96%，负极极片涂覆双面面密度为70～165 g/m²，压实密度为1.1～1.45 g/cm³，极片厚度为56～158um。