一种高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池及其制备方法，所述高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和铝塑复合膜，所述正极片包括正极浆料、正极集流体，所述正极浆料由正极粉体材料和有机溶剂组成，所述正极粉体材料按重量百分比由以下物质组成：改性钴酸锂96～99.45wt％、单壁碳纳米管0.05～1.0wt％、正极粘结剂0.5～3.0wt％；本发明专利技术通过优化正极活性材料、负极活性材料和正极导电剂提高了锂离子电池的比能量和在低温下的安全性能，且在‑40℃下，在针刺、挤压、过充、过放、短路、振动、跌落、温度冲击等情况下，电池不起火、不爆炸，不泄露。

A High Specific Energy Ultra-low Temperature and High Safety Polymer Lithium Ion Battery and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池因能量密度大、电压平台高、循环性能优良、自放电小、绿色无污染，便于携带且安全环保而备受关注，被广泛应用于各类产品中。聚合物锂离子电池又称为软包锂离子电池，是在液态锂离子电池套上一层聚合物外壳，在结构上采用铝塑膜包装，在发生安全隐患的情况下软包电池最多只会鼓气裂开，提高了电池的安全性。低温性能作为考量电池环境适用性的一个重要指标，显得尤为重要，然而现有的聚合物锂离子电池在使用过程中仍然存在一些问题，例如：1、现有的聚合物锂离子电池在低温环境下小电流放电，电池极化会增大，导致放电平台降低，容量降低甚至于放不出来电；2、现有的聚合物锂离子电池循环性能差，循环条件下，电池内部极化增大，内阻增大，随着循环次数增多，电解液及正负极材料出现不同程度的损耗，降低了电池的容量与寿命。3.改善低温性能后，由于负极表面的SEI膜结构不够稳定，电池在针刺、挤压等安全测试时会起火、爆炸。因此，开发一种高比能量超低温高安全性的聚合物锂离子电池已成为当前技术人员急需研究开发的重要课题之一。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一是提供高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池，它具有高的比能量，且工作温度低至-40℃，具有安全性能高的特点。本专利技术的目的之二是提供一种高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术的一方面提供一种高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和铝塑复合膜，所述正极片包括正极浆料、正极集流体，所述正极浆料由正极粉体材料和有机溶剂组成，所述正极粉体材料按重量百分比由以下物质组成：改性钴酸锂96～99.45wt％、单壁碳纳米管0.05～1.0wt％、正极粘结剂0.5～3.0wt％；其中，所述单壁碳纳米管的比表面积为800～1000m2/g、长度5～10μm、壁厚0.3～0.5nm；所述负极片包括负极浆料、负极集流体，所述负极浆料由负极粉体材料和有机溶剂组成，所述负极粉体材料按重量百分比由以下物质组成：生焦粉碎超高温石墨化材料92～97wt％、负极导电剂1～3wt％、负极粘结剂2～5wt％，草酸0.1～0.4wt％；所述电解液由电解质和有机溶剂组成，所述电解质为LiPF6，所述有机溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯按照重量比为1：(0.8～1.2)：(0.8～1.2)组成，所述电解液中还包括0.5～3wt％的添加剂，所述添加剂选自碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和亚硫酸酯中的至少一种。本专利技术第二方面提供一种所述高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：(1)正极片和负极片的制备；(2)将正极片、隔膜和负极片卷绕成形，装入冲坑成型的铝塑复合膜内；接着烘烤电芯，然后注入电解液，再对软包外壳进行热密封；(3)对组装好的聚合物锂离子电池进行预化成，然后再常温搁置，再进行抽液成型、分容，得到高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池；其中，所述预化成在65～75℃、0.52-0.58Mpa的条件下进行，所述预化成的制度为：将锂离子电池搁置1～3min，接着以2000mAh恒流充电30～50min，至电压为3.45V，再搁置1～5min；接着再以5000mAh恒流充电100～110min，至截止电压为4.2V，再搁置1～5min；接着再以5000mA恒流放电60～90min，至电压为3.4V。通过上述技术方案，本专利技术具有以下技术效果：1、本专利技术通过优化正极粉体材料、负极粉体材料、电解液的种类和含量，提高了锂离子电池的能量密度和在低温下的充放电性能，制备得到的锂离子电池能量密度大于250Wh/kg，在0.5C充电0.5C放电条件下，循环1000次，残余容量≥80％额定容量；低温-40℃0.5C下放电≧85％额定容量，并确保针刺、挤压、过充、过放、短路、振动、跌落、温度冲击等情况下，电池不起火、不爆炸，不泄露。2、通过加入微量的单壁碳纳米管提高了正极材料的导电性，达到提高正极片比能量的作用。3、本专利技术通过先高速搅拌配置胶水，后将导电剂、主料混合搅拌，然后加入胶水搅拌，随后将溶剂分批次加入搅拌的方法，可以使不同材料组分混合更均匀，缩短混合时间，提高生产效率。4、本专利技术采用夹住加热化成机下的化成工艺的制度对电芯进行预化成，使极片表面形成的SEI膜更致密、稳定，从而提高锂离子电池的比能量、使用寿命和安全性能。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术实施例1聚合物锂离子电池的低温放电曲线图；图2是本专利技术实施例1电池在25℃下以0.5C充电、0.5C放电的循环曲线图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供一种高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和铝塑复合膜，所述正极片包括正极浆料、正极集流体，所述正极浆料由正极粉体材料和有机溶剂组成，所述正极粉体材料按重量百分比由以下物质组成：改性钴酸锂96～99.45wt％、单壁碳纳米管0.05～1.0wt％、正极粘结剂0.5～3.0wt％；其中，所述单壁碳纳米管的比表面积为800～1000m2/g、长度5～10μm、壁厚0.3～0.5nm；所述负极片包括负极浆料、负极集流体，所述负极浆料由负极粉体材料和有机溶剂组成，所述负极粉体材料按重量百分比由以下物质组成：生焦粉碎超高温石墨化材料92～97wt％、负极导电剂1～3wt％、负极粘结剂2～5wt％，草酸0.1～0.4wt％；所述电解液由电解质和有机溶剂组成，所述电解质为LiPF6，所述有机溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯按照重量比为1：(0.8～1.2)：(0.8～1.2)组成，所述电解液中还包括0.5～3wt％的添加剂，所述添加剂选自碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和亚硫酸酯中的至少一种。本专利技术的专利技术人发现，采用单壁碳纳米管在作为正极导电剂，微量的单壁碳纳米管就能够起到良好的导电效果，不仅能够提高正极粉体材料的导电性，而且在锂离子电池的充放电过程中，单壁碳纳米管能够抑制正极的膨胀，从而提高锂离子电池的比能量、循环寿命和安全性；此外，单壁碳纳米管作为导电剂在正极粉体材料中的含量降低，也提高了正极活性材料的含量，从而提高了正极片的比能量。优选条件下，所述单壁碳纳米管的比表面积为850～950m2/g、长度5～10μm、壁厚0.3～0.5nm。本专利技术中，通过正极、负极与电解液的相互配合，才能进一步提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和铝塑复合膜，所述正极片包括正极浆料、正极集流体，所述正极浆料由正极粉体材料和有机溶剂组成，其特征在于，所述正极粉体材料按重量百分比由以下物质组成：改性钴酸锂96～99.45wt％、单壁碳纳米管0.05～1.0wt％、正极粘结剂0.5～3.0wt％；其中，所述单壁碳纳米管的比表面积为800～1000m

【技术特征摘要】
1.一种高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和铝塑复合膜，所述正极片包括正极浆料、正极集流体，所述正极浆料由正极粉体材料和有机溶剂组成，其特征在于，所述正极粉体材料按重量百分比由以下物质组成：改性钴酸锂96～99.45wt％、单壁碳纳米管0.05～1.0wt％、正极粘结剂0.5～3.0wt％；其中，所述单壁碳纳米管的比表面积为800～1000m2/g、长度5～10μm、壁厚0.3～0.5nm。所述负极片包括负极浆料、负极集流体，所述负极浆料由负极粉体材料和有机溶剂组成，所述负极粉体材料按重量百分比由以下物质组成：生焦粉碎超高温石墨化材料92～97wt％、负极导电剂1～3wt％、负极粘结剂2～5wt％，草酸0.1～0.4wt％；所述电解液由电解质和有机溶剂组成，所述电解质为LiPF6，所述有机溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯按照重量比为1：(0.8～1.2)：(0.8～1.2)组成，所述电解液中还包括0.5～3wt％的添加剂，所述添加剂选自碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和亚硫酸酯中的至少一种。2.根据权利要求1所述的高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池，其特征在于，所述改性钴酸锂的粒径分布D50为4.0～8.0μm、振实密度不小于2.7g/cm3、比表面积为0.1～0.4m2/g；和/或所述单壁碳纳米管的比表面积为850～950m2/g、长度5～10μm、壁厚0.3～0.5nm。3.根据权利要求1所述的高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池，其特征在于，所述生焦粉碎超高温石墨化材料的粒径分布D50为3～8μm、振实密度不小于1.2g/cm3，压实密度不小于1.8g/cm3，比表面积不大于1.5m2/g。4.根据权利要求1～3中任意一项所述的高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池，其特征在于，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯；和/或所述正极集流体为厚度12～14μm的铝箔；和/或所述负极导电剂为乙炔黑、SP中的一种或两种；和/或所述负极粘结剂为聚偏氟乙烯；和/或所述负极集流体为厚度6～8μm的铜箔；所述隔膜为表面涂覆一层纳米级三氧化二铝材料的具有微孔结构的聚丙烯或聚乙烯陶瓷薄膜，隔膜的厚度为10～15μm。5.一种权利要求1～4中任意一项所述的高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)正极片和负极片的制备；(2)将正极片、隔膜和负极片卷绕成形，装入冲坑成型的铝塑复合膜内；接着烘烤电芯，然后注入电解液，再对软包外壳进行热密封；(3)对组装好的聚合物锂离子电池进行预化成，然后再常温搁置，再进行抽液成型、分容，得到高比能量超低温高安全性聚合物锂离子电池；其中，所述预化成在65～75℃、0.52-0.58Mpa的条件下进行，所述预化成的制度为：将锂离子电池搁置1～3min，接着以2000mAh恒流充电30～50min，至电压为3.45V，再搁置1～5min；接着再以5000mAh恒流充电100～110min，至截止电压为4.2V，再搁置1～5min；接着再以5000mA恒流放电60～90min，至电压为3.4V。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈晓彦，沙永香，黄佳俊，季丹丹，
申请(专利权)人：江苏海四达电源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32