一种低温锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种低温锂离子二次电池，包括正极、负极、置于所述正极与所述负极间的隔膜及电解液，所述正极采用的正极活性材料是由组分A与组分B混合而成，所述组分A的化学式为LiNixCoyMn（1‑x‑y）O2，其中：0≤x≤1，0≤y≤1，且0≤x+y≤1；所述组分B选自含K、Mg、Zr、Zn、Ti、Cr、Al、V或Cu元素的含锂化合物中的至少一种，按质量百分比计，所述组分B占所述正极活性材料的10%~15%。本发明专利技术的低温锂离子二次电池与现有技术相比，其在确保锂电池循环性能的同时，提高了其低温放电能力，实现了在‑40℃的温度条件下，1C放电，放电效率可达80%以上，且其放电温升低，安全系数高。

Low temperature lithium ion secondary battery two

The invention discloses a low temperature lithium ion secondary battery two, including a negative electrode, electrolyte and separator is arranged on the positive electrode and the negative electrode between the anode active material of the positive electrode is used by component A and component B mixture, the group of chemical type is LiNixCoyMn (A 1 x y O2), including: 0 = x = 0 = y = 1, 1, and 0 = x+y = 1; the component B is from Mg, Zr, containing K, Zn, Ti, Cr, Al, V or Cu element containing lithium compound in at least one. According to the weight percentage of the component B for the positive electrode active material 10%~15%. Compared with the existing technology of low temperature lithium ion secondary battery two of the invention, to ensure the circulation performance of lithium battery at the same time, improve the low-temperature discharge capacity, the temperature 40 DEG C, 1C discharge, the discharge efficiency can reach 80%, and the discharge of low temperature, high safety factor.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种低温锂离子二次电池。
技术介绍
随着科技的快速发展和地球环境的不断恶化，人类对绿色能源产品的需求也越来越高。锂离子电池因其能量密度大，倍率性能和安全性能好，绿色环保，被广泛应用于电子和新能源汽车等领域。但是由于其低温性能较差，特别是在-40℃的环境下，其放电性能较差，甚至基本不放电，从而制约了锂离子电池在一些
中的特殊应用，如在无人机、运动相机或是物流快递运输、野外便携式电子产品等领域。为此，如何能够得到在低温条件下放电性能良好的锂离子电池成为人们急需解决的一个技术难题。目前，为了使锂离子电池能够在低温环境下正常放电，近年来人们尝试针对锂离子的电解液甚至锂电池的正极、负极活性物质进行改进，以提高锂离子电池的低温放电性能。具体的，如在申请号201110136486.8（一种用于超低温放电的锂离子电池电解液及锂离子电池）提到，在电解液中增加低熔点的添加剂硝基乙烷和/或硝基丙烷，从而消除了溶剂在更低温度（如-40℃）下的凝固的现象，有利于锂离子快速迁移，提高电解液在-40℃的超低温环境下的离子电导率，能够有效改善锂离子电池的低温放电性能，具体的，可在-40℃的环境下，0.2C放电容量释放率在50%以上，但是其放电容量仍不能满足客户需要，且放电速度慢。另外，在申请号201010212504.1（锂离子电池体系及改善锂电池低温放电性能的方法）中，针对锂离子电池的正极、负极及电解液三方面做了改进，具体的，采用钴酸锂或钴酸锂掺杂镍钴锰酸锂三元材料作为正极体系，石墨化中间相碳微球作为负极体系，且所采用的电解液体系中的有机溶剂为DEC、EMC、EC三者的混合体系，其效果是使得制得的锂离子电池在满足常规锂离子电池安全性能、倍率性能和循环性能的前提下，可以明显提高电池的低温放电性能，-20℃放电容量保持率可达到85％以上，0℃放电容量保持率在90％以上，但是该锂离子电池无法在-40℃环境条件下进行充放电。由此，我们看出，目前虽然针对锂离子电池的正极、负极乃至电解液做了改进以提高锂电池的低温放电性能，但是其放电容量保持率仍不高，无法满足客户的实际需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有优良的循环性能及低温性能的低温锂离子二次电池，其可在-40℃环境下，1C放电，放电容量效率可达80%以上。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种低温锂离子二次电池，包括正极、负极、置于所述正极与所述负极间的隔膜及电解液，所述正极采用的正极活性材料是由组分A与组分B混合而成，所述组分A的化学式为LiNixCoyMn（1-x-y）O2，其中：0≤x≤1，0≤y≤1，且0≤x+y≤1；所述组分B选自含K、Mg、Zr、Zn、Ti、Cr、Al、V或Cu元素的含锂化合物中的至少一种，按质量百分比计，所述组分B占所述正极活性材料的10%~15%。优选地，所述组分B按质量份数计，是由50-60份钛酸锂、10-15份磷酸钒锂、1-5份铌酸锂钾、20-30份铝酸锂混合而成。其中，因钛酸锂安全性能及循环性能好，锂离子在其晶体内的扩散系数高，常常应用于锂电池的负极材料中，在本专利技术中，介于钛酸锂的低温性能好，但是其导电性能较差的特性，将其与磷酸钒锂、铌酸锂钾、铝酸钾相结合，用于正极活性材料内，使得具有本专利技术的正极活性材料的锂电池不仅在常温下具有优良的充放电性能，同时在低温条件下仍能保持良好的放电容量。优选地，所述正极活性材料的外表面上还包覆有一层包覆层，所述包覆层按质量份数计由如下组分混合而成：10-20份MgO、50-60份Al2O3及20-30份ZnO。该包覆层通过添加MgO、ZnO，使得即使在电极体内部混入了导电性异物的情况下，也可以有效防止正极板与负极板间发生短路的现象；同时，添加了Al2O3的包覆层，使得该锂离子在放电过程中的温升较低，提高了该锂离子电池的安全系数。优选地，所述负极采用的负极活性材料包括碳基材料、硅基材料及锗材料，其中，所述的锗材料选自纳米锗、二氧化锗中的一种或两者的组合。负极活性材料中，通过在碳基材料、硅基材料中添加锗材料，大大提高了锂离子进出负极的速率，同时提高了锂电池的充放电性能和充放电的次数。进一步优选地，所述的碳基材料选自软碳、硬碳、碳纤维、人造石墨、天然石墨、石墨烯中的一种或多种的组合，所述的硅基材料选自硅、氧化硅中的一种或两者的组合。进一步优选地，所述的负极活性材料中还掺杂有氟化物。更进一步优选地，所述的氟化物选自六氟化碳、四氟化碳中的一种或两者的组合。通过在负极材料中掺杂氟化物，有效地提高了锂离子电池的低温放电性能。优选地，所述的电解液按质量百分比计，包括85%-90%有机溶剂、5%-10%锂盐及1%-5%添加剂，其中，所述的有机溶剂是由氟代酯溶剂、碳酸酯溶剂按照质量比1:1-3混合而成。进一步优选地，所述的氟代酯溶剂选自三氟代碳酸丙烯酯、二氟代乙酸甲酯、二氟代乙酸乙酯中的一种或多种的组合；所述的碳酸酯溶剂选自氯代碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸亚丁酯、碳酸丙烯酯中的一种或多种的组合。有机溶剂中采用的碳酸酯，能够提高锂离子的导电率，同时降低电解液的粘度；而氟代酯溶剂具有较高的闪点甚至无闪点，能够提高锂电池的安全性能，两者结合后，不仅提高了锂离子的导电率，同时还确保了锂电池使用的安全性。进一步优选地，所述的添加剂选自氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、硫酰基化合物、亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯、1,4-丁烷磺酸内酯、甲基磺酸乙酯中的一种或多种的组合。由于上述技术方案的运用，本专利技术的低温锂离子二次电池与现有技术相比具有下列优点：本专利技术的低温锂离子二次电池，其正极活性材料采用了组分A与组分B的混合，其组分A的化学式为LiNixCoyMn（1-x-y）O2，组分B选自含K、Mg、Zr、Zn、Ti、Cr、Al、V或Cu元素的含锂化合物中的至少一种，采用本专利技术的正极活性材料所制得的锂离子二次电池，循环性能及低温性能好，其可在-20℃的温度条件下，1C放电，放电效率达97.8%以上；-30℃的温度条件下，1C放电，放电效率达90%以上；-40℃的温度条件下，1C放电，放电效率在80%以上；常温下1C充电/1C放电，循环500次，容量保持率在85%以上。具体实施方式下面结合具体实施例来对本专利技术的技术方案作进一步的阐述。实施例1一种低温锂离子二次电池，包括正极、负极、置于正极与负极间的隔膜与电解液。正极：本例中，正极采用的正极活性材料由组分A与组分B的混合而成，其中，组分A按照质量百分比，由30%LiNiO2、30%LiCoO2、40%LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2混合而成，组分B按照质量百分比，由40%Li4O4Ti、20%Li2CrO4、15%Li3V2(PO4)3、25%Li2O3Zr混合而成，且组分B占整个正极活性材料质量的12%。该正极活性材料的外表面还包覆有一层包覆层，包覆层按质量份数计由20份MgO、55份Al2O3及25份V2O5混合而成，采用该包覆层，不仅有效地防止了正极板与负极板间发生短路的现象，同时还提高了锂电池放电过程中的安全系数。负极：该负极采用的负极活性材料包括碳基材料、硅基材料及锗材料，本例中，该负极活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温锂离子二次电池，包括正极、负极、置于所述正极与所述负极间的隔膜及电解液，其特征在于，所述正极采用的正极活性材料是由组分A与组分B混合而成，所述组分A的化学式为LiNixCoyMn（1‑x‑y）O2，其中：0≤x≤1，0≤y≤1，且0≤x+y≤1；所述组分B选自含K、Mg、Zr、Zn、Ti、Cr、Al、V或Cu元素的含锂化合物中的至少一种，按质量百分比计，所述组分B占所述正极活性材料的10%~15%。

【技术特征摘要】
1.一种低温锂离子二次电池，包括正极、负极、置于所述正极与所述负极间的隔膜及电解液，其特征在于，所述正极采用的正极活性材料是由组分A与组分B混合而成，所述组分A的化学式为LiNixCoyMn（1-x-y）O2，其中：0≤x≤1，0≤y≤1，且0≤x+y≤1；所述组分B选自含K、Mg、Zr、Zn、Ti、Cr、Al、V或Cu元素的含锂化合物中的至少一种，按质量百分比计，所述组分B占所述正极活性材料的10%~15%。2.根据权利要求1所述的低温锂离子二次电池，其特征在于，所述组分B按质量份数计，是由50-60份钛酸锂、10-15份磷酸钒锂、1-5份铌酸锂钾、20-30份铝酸锂混合而成。3.根据权利要求1所述的低温锂离子二次电池，其特征在于，所述正极活性材料的外表面上还包覆有一层包覆层，所述包覆层按质量份数计由如下组分混合而成：10-20份MgO、50-60份Al2O3及20-30份ZnO。4.根据权利要求1所述的低温锂离子二次电池，其特征在于，所述负极采用的负极活性材料包括碳基材料、硅基材料及锗材料，其中，所述的锗材料选自纳米锗、二氧化锗中的一种或两者的组合。5.根据权利要求4所述的低温锂电池二次电池，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋以仁，敖晓凭，
申请(专利权)人：张家港金盛莲能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32