用于超低温放电的聚合物锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了用于超低温放电的聚合物锂离子电池及其制备方法，正极片组成的质量比为：钴酸锂：粘结剂：导电剂＝94.0‑96％：1.3‑2.0％：2.5‑4％；负极片组成的质量比为：中间相炭微球：导电剂：悬浮剂：丙烯酸树脂＝94‑95.5％：1.5‑2.5％：0.5‑1.5％：3.0‑3.5％；所述隔离膜为油性双面涂胶隔膜；所述电解液由LIPF6、溶剂组成。本申请的聚合物锂离子电池在‑50℃低温环境下，电池内部的正负极材料中的辅材未出现玻璃化，能够以0.2C进行正常放电，多次循环后电池容量保持率高，适合在我国北方、俄罗斯或欧洲地区(高纬度地区)等气温较低环境中长期循环工作；安全性高、符合国家标准。

Polymer lithium ion battery for ultra-low temperature discharge and its preparation method

The invention discloses a polymer lithium ion battery and its preparation method of ultra low temperature discharge, the quality of anode plate composition ratio: lithium cobalt binder:: conductive agent = 94 96%:1.3 2.0%:2.5 4%; quality of cathode sheet composition ratio: MCMB: conductive agent: suspension: acrylic resin = 94 95.5%:1.5 2.5%:0.5 1.5%:3.0 3.5%; the isolation membrane for oily double-sided adhesive membrane; the electrolyte and solvent composition by LIPF6. The application of polymer lithium ion battery in 50 DEG C under the low temperature environment, positive and negative electrode materials in the battery internal auxiliary without vitrification, can carry out normal discharge to 0.2C, after repeated cycles of battery capacity retention rate is high, suitable for North China, Russia or Europe (high latitudes) and low temperatures in the environment of long cycle work; high safety, in line with national standards.

【技术实现步骤摘要】
用于超低温放电的聚合物锂离子电池及其制备方法
本专利技术涉及低温锂离子电池领域，具体涉及一种用于超低温放电的聚合物锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
聚合物锂电池(Li-polymer，又称高分子锂电池)：它也是锂离子电池的一种，但是与液锂电池(Li-ion)相比具有能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化，以及高安全性等多种明显优势，是一种新型电池。在形状上，锂聚合物电池具有超薄化特征，可以配合各种产品的需要，制作成任何形状与容量的电池。与液态锂离子电池相比，聚合物锂离子电池不但安全性高，同时还具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点，外壳也使用了更轻的铝塑复合薄膜。不过，现有聚合物锂电池的低温放电性能还有待提升。现有的聚合物锂电池在低温放电方面主要是可以保持在-20℃至-10℃的0.2C放电，部分特种低温电池(军工用品类电池)可以控制在-40℃至-30℃的温度区间下进行0.2C放电，但在-50℃下的低温放电电池在市场上暂未有相关产品大量投放，在
类也存在着一定的空白，其所包含的技术要点存在于电池的正负极主材，配方，隔膜，电解液与设计等各方面问题中。在我国北方，俄罗斯或欧洲地区(高纬度地区)，气温较低，冬天普遍在-20℃以下。在此温度下，相比常温下，电池的内部发生了强烈改变，主要情况为：1.电解液的粘度提高导致导电率降低，正负极之间的锂离子传递的速率和嵌锂难度增加；2.电池内部的正负极材料中的辅材出现玻璃化，阻碍了锂离子的导电(阻碍出现在整个极片的全部位置，但最大阻力在主材与集流体之间)。现有的专利中一种低温高容量聚合物锂离子电池制备方法(ZL201610649334.0)，其的工作温度范围为-40～50℃，低温性能良好，可在-40℃下1C放电约40％，能量密度可达250-255Wh/kg，但无法满足在-50℃下的低温使用。同时该专利的正极片中采用的是钴酸锂，常规的钴酸锂颗粒较大，大颗粒的材料在辊压后形成的颗粒与颗粒之间的离子通道较少，而低温状态下，这些离子通道缺少将直接导致正极导电性能的下降，无法满足-50℃的低温环境；同时该专利的负极片采用的是普通石墨，而复合石墨与天然石墨的石墨化颗粒度分布广，造成的离子通道数量相对较少，在超低温环境下，该结构的问题被更加放大，所表现出来的性能较差，难以满足-50℃的低温环境。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术旨在提供一种能够满足-50℃下的低温放电使用的用于超低温放电的聚合物锂离子电池及其制备方法。为实现该技术目的，本专利技术的方案是：用于超低温放电的聚合物锂离子电池及其制备方法，包括正极片、负极片、隔离膜、电解液；所述正极片组成的质量比为：钴酸锂：粘结剂：导电剂＝94.0-96％：1.3-2.0％：2.5-4％；所述负极片组成的质量比为：中间相炭微球：导电剂：悬浮剂：丙烯酸树脂＝94-95.5％：1.5-2.5％：0.5-1.5％：3.0-3.5％；所述隔离膜为油性双面涂胶隔膜；所述电解液由LIPF6、溶剂组成。作为优选，所述正极片中钴酸锂的D50为5-12um；比表面积：0.2-0.7m2/g；振实密度≥2.7g/cm3；克容量≥142mAh/g；所述负极片中石墨的D50为10-22um；比表面积：2.5-3.8m2/g；振实密度≥1.0g/cm3；克容量≥320mAh/g；所述隔离膜的孔隙率为35-50％，基膜厚度≤9um；所述电解液的电导率为≥9.5mS/cm；密度≥1.125g/cm3；水份含量≤20PPM。作为优选，正极极片的面密度为30.0-38.0mg/cm2；压实密度为3.3-3.8g/m3；负极极片的面密度为：13.0-18.0mg/cm2；压实密度为1.4-1.6g/m3。作为优选，所述电解液中的溶剂为EC或者EMC或者DEC中的一种或多种。所述正极片中的钴酸锂为单晶钴酸锂。一种用于超低温放电的聚合物锂离子电池的制备方法，第一步，正极片按钴酸锂：粘结剂：导电剂＝94.0-96％：1.3-2.0％：2.5-4％的质量比，通过搅拌机混料得到正极浆料；第二步，负极片按中间相炭微球：导电剂：悬浮剂：丙烯酸树脂＝94-95.5％：1.5-2.5％：0.5-1.5％：3.0-3.5％的比例，通过搅拌机混料得到负极浆料；第三步，电解液为1mol/LIPF6及溶剂配得；第四步，使用涂布机按设计的工艺标准涂布-辊压-制片-卷绕-装配-烘烤-注液-化成-真空封口成型等工序制成聚合物锂离子电芯；第五步，高温夹具化成工艺：通过第一次恒流充电：电流0.05C/时间10+30min，充电电量1.0-2.5％；第二次步恒流充电：电流0.1C/时间30-100min，充电电量5-16.7％；第三次步恒流充电：电流0.2C/时间120-180min，充电电量40.0-60％，得出最优化成工艺参数。第六步，真空封口成型工艺：电芯卸下化成柜进入(10-20℃)低温控制房进行急冷，使电解液回吸入电池内部，提高电池保液量，通过测量计算控制电芯电解液保液量。本专利技术的有益效果，本申请的聚合物锂离子电池在-50℃低温环境下，电池内部的正负极材料中的辅材未出现玻璃化，能够以0.2C进行正常放电，多次循环后电池容量保持率高，适合在我国北方、俄罗斯或欧洲地区(高纬度地区)等气温较低环境中长期循环工作；安全性高、符合国家标准。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术所述的具体实施例为用于超低温放电的聚合物锂离子电池及其制备方法，其特征在于：包括正极片、负极片、隔离膜、电解液；所述正极片组成的质量比为：钴酸锂(LiCoO2)：粘结剂(PVDF)：导电剂(SUPER-P)＝94.0-96％：1.3-2.0％：2.5-4％；所述负极片组成的质量比为：中间相炭微球(C)：导电剂(SUPER-P)：悬浮剂(CMC)+丙烯酸树脂(PC)＝94-95.5％：1.5-2.5％：0.5-1.5％：3.0-3.5％；所述隔离膜为油性双面涂胶隔膜；所述电解液由LIPF6、溶剂组成。为了满足低温性能，所述正极片中钴酸锂的D50为5-12um；比表面积：0.2-0.7m2/g；振实密度≥2.7g/cm3；克容量≥142mAh/g的单晶钴酸锂。所述负极片中石墨的D50为10-22um；比表面积：2.5-3.8m2/g；振实密度≥1.0g/cm3；克容量≥320mAh/g的中间相碳微球；中间相炭微球在微观下的外形呈现为圆球形，相比其他石墨，由于它是在中间态的状态下生成，形貌，颗粒度等理化参数较为一致，所以其性能一致性较好，人造石墨形貌多有锐利尖角，极化相对较大。复合石墨与天然石墨的石墨化程度较高，颗粒度分布也广，造成的离子通道数量也少，在低温环境下所表现出来的性能也不佳，同时这些与中间相炭微球的结构差异在超低温条件下被更加放大，故中间相炭微球最为适合。所述隔离膜的孔隙率为35-50％的油性双面涂胶隔膜，基膜厚度≤9um；涂胶隔膜既可以提高电池内电解液的保液量又能够使正负极进行贴合，减少层间距，缩短锂离子在正负极之间游离的路径，提高导电效率；所述电解液的电导率为≥9.5mS/cm；密度≥1.125g/cm3；水份含量≤20PPM。电解液方面最主要的是提升导电率，提高低温下的锂离子迁移能力，同时为本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于超低温放电的聚合物锂离子电池，其特征在于：包括正极片、负极片、隔离膜、电解液；所述正极片组成的质量比为：钴酸锂：粘结剂：导电剂＝94.0‑96％：1.3‑2.0％：2.5‑4％；所述负极片组成的质量比为：中间相炭微球：导电剂：悬浮剂：丙烯酸树脂＝94‑95.5％：1.5‑2.5％：0.5‑1.5％：3.0‑3.5％；所述隔离膜为油性双面涂胶隔膜；所述电解液由LIPF6、溶剂组成。

【技术特征摘要】
1.用于超低温放电的聚合物锂离子电池，其特征在于：包括正极片、负极片、隔离膜、电解液；所述正极片组成的质量比为：钴酸锂：粘结剂：导电剂＝94.0-96％：1.3-2.0％：2.5-4％；所述负极片组成的质量比为：中间相炭微球：导电剂：悬浮剂：丙烯酸树脂＝94-95.5％：1.5-2.5％：0.5-1.5％：3.0-3.5％；所述隔离膜为油性双面涂胶隔膜；所述电解液由LIPF6、溶剂组成。2.根据权利要求1所述的用于超低温放电的聚合物锂离子电池，其特征在于：所述正极片中钴酸锂的D50为5-12um；比表面积：0.2-0.7m2/g；振实密度≥2.7g/cm3；克容量≥142mAh/g；所述负极片中石墨的D50为10-22um；比表面积：2.5-3.8m2/g；振实密度≥1.0g/cm3；克容量≥320mAh/g；所述隔离膜的孔隙率为35-50％，基膜厚度≤9um；所述电解液的电导率为≥9.5mS/cm；密度≥1.125g/cm3；水份含量≤20PPM。3.根据权利要求1所述的用于超低温放电的聚合物锂离子电池，其特征在于：正极极片的面密度为30.0-38.0mg/cm2；压实密度为3.3-3.8g/m3；负极极片的面密度为：13.0-18.0mg/cm2；压实密度为1.4-1.6g/m3。4.根据权利要求1所述的用于超低温放电的聚合物锂离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢灿生，文志宇，黄曙映，孙玉平，
申请(专利权)人：广东美尼科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44