一种超低温锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超低温锂离子电池及其制备方法，锂离子电池主要由正极片、负极片、陶瓷隔膜、电解液、电池壳这五部份组成，经“正极片‑陶瓷隔膜‑负极片‑陶瓷隔膜”组合并层叠或卷绕后放入电池壳、注入电解液、开口化成、封口、分容制成，S1、制备正极片；S2、制备负极片；S3、制备陶瓷隔膜，S4、制备电解液；S5、制备干电芯；S6、制备电池壳：电池壳包括内壳和外壳，内壳和外壳之间形成缓冲空间，缓冲空间的内部为真空状态，缓冲空间的内部设有隔离支撑内壳、外壳的壳骨架，本发明专利技术通过通过对材料的科学应用和电池结构的合理优化，以实现不同规格型号锂离子电池超低温电性能的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种超低温锂离子电池及其制备方法
本专利技术涉及二次锂离子电池
，特别是涉及一种超低温锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池因其循环寿命长、无记忆效应、自放电率低、安全可靠和环境友好等优点，已在市场上得到广泛应用。而将其用于-40～-50℃的超低温环境中则很难满足高电压、大电流充放电的需求，超低温的充放电容量也很难得到提升。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种超低温锂离子电池及其制备方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种超低温锂离子电池的制备方法，锂离子电池包括正极片、负极片、陶瓷隔膜、电解液以及电池壳，经正极片-陶瓷隔膜-负极片-陶瓷隔膜组合并层叠或卷绕形成为干电芯，锂离子电池由干电芯放入电池壳并经过注入电解液、开口化成、封口、分容制成，其创新点在于：具体步骤如下S1、制备正极片：正极片的活性材料为磷酸亚铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的任意一种；S2、制备负极片：负极片的活性材料为中间相碳微球、人造石墨、钛酸锂、硅碳负极中的一种或两种以上的组合；S3、制备陶瓷隔膜：陶瓷隔膜为机械强度高、热稳定性强的纳米微孔陶瓷隔膜；S4、制备电解液：电解液锂盐和低粘度兼低熔点的有机溶剂组合混合制成，有机溶剂为碳酸脂或羧酸脂；S5、制备干电芯：干电芯在层叠或卷绕时，层叠或卷绕的设计层数为常规锂离子电池设计层数的2～5倍，干电芯的表面包裹有高效隔热保温材料，干电芯的预留极耳延伸在高效隔热保温材料的外侧；S6、制备电池壳：电池壳包括内壳和外壳，内壳和外壳之间形成缓冲空间，缓冲空间的内部为真空状态，缓冲空间的内部设有隔离支撑内壳、外壳的壳骨架，壳骨架制备的原材料包括：二氧化硅气凝胶、聚氨酯、酚醛、石墨聚苯。进一步的，上述高效隔热保温材料为纳米二氧化硅气凝胶、聚氨酯、酚醛、石墨聚苯中的任意一种。进一步的，上述锂盐为:六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂；碳酸脂为:碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯；羧酸脂为:甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、γ-丁内酯、δ-戊内酯。进一步的，上述内壳的外壁和外壳的内壁均涂覆有防辐射隔热涂层，防辐射隔热涂层的主要成分为纳米二氧化硅气凝胶、聚氨酯、酚醛、石墨聚苯的任意一种。进一步的，上述电池壳底部设有一个真空密封件，真空密封件连通在所述缓冲空间的内部，真空密封件包括环形支撑凹口、真空气嘴、气嘴密封圈、密封螺片以及螺片密封圈；上述环形支撑凹口与电池壳底部无缝焊接结合，环形支撑凹口包括内环形支撑平台和外环形支撑平台，内环形支撑平台用于支撑真空气嘴和气嘴密封圈，外环形支撑平台用于支撑密封螺片和螺片密封圈；真空气嘴的外侧设有多角形的外腰凸起，外腰凸起和内环形支撑平台对接的一端设有内螺牙丝扣，气嘴密封圈环抱套在内螺牙丝扣的外侧，真空气嘴包括气体过渡仓、设置在气体过渡仓内部的弹簧以及套在弹簧中心位置的的气针，气针的内外两端均设有蘑菇盖，气体过渡仓的内端和外端设有气孔，弹簧的内端固定在气体过渡仓的内端处，气针的内端穿出气体过渡仓内端的外部，气体过渡仓内端的气孔连通在缓冲空间的内部，气针内端的蘑菇盖位于缓冲空间的内部，弹簧的外端设置在气体过渡仓的外端位置且和气针外端的蘑菇盖固定，气针外端的蘑菇盖封堵在气体过渡仓外端的气孔；密封螺片的一端设有专用启闭的多角槽，密封螺片的侧边缘设有与外环形支撑平台连接时匹配的外螺牙丝扣，螺片密封圈设置在外螺牙丝扣的外侧。进一步的，上述螺片密封圈的材质为有良好韧性和弹性的高分子胶。进一步的，上述纳米微孔陶瓷隔膜的制备方法如下：在陶瓷隔膜的正反两面涂覆纳米氧化铝涂层，并借助真空烘烤箱除去氧化铝涂层内的溶剂，得到纳米微孔陶瓷隔膜，纳米微孔陶瓷隔膜的厚度为6～30um。进一步的，上述电池壳的形状为方型、圆柱型的任意一种，上述电池壳的材质为钢、铝、铝塑的任意一种。本专利技术还涉及一种根据上述方法制备的超低温锂离子电池，应用于-40～-50℃的超低温工作环境。有益效果：1.通过优选干电芯的层叠或卷绕的设计层数为常规设计层数的2～5倍，更有利于减缓锂离子电池工作时其极片表面的热能过快传导出电芯外；例如：常规的锂离子电池以5Ah的容量设计叠片或卷绕的层数时，本专利技术按10～25Ah的容量设计叠片或卷绕的层数，在同一超低温度环境中以同等的充电电流和放电电流工作时，本专利技术1个电池的充放电容量远远高于2～5个常规电池充放电容量的总和。2.通过优选采用高效隔热保温材料将干电芯包裹，高效隔热保温材料的导热系数均小于0.035W/(m·K)，大幅降低了电芯内热量以传导和对流的方式散发。3.通过优选对内壳的外壁和外壳的内壁涂覆防辐射隔热涂层，能更有效的阻止热能以辐射方式从电池壳的内壳传递到电池壳的外壳。4.通过优选壳骨架对内壳和外壳进行隔离，有效避免了因负压作用力引起内壳、外壳形变和触碰而导致热能向外转递。5.通过优选真空密封结构的二次密封功能，更有利于内壳与外壳之间的空间保持稳定的真空状态，防止电池外部的空气进入其内部形成热能传递的介子。6.综合以上优选项，本专利技术有效防止了锂离子电池内部所产生的热能以传导、对流和辐射的方式传递出其外部，将热量最大化地存留在电池内部，以热能克服Li+在极低温度环境中的惰性，激发Li+的活跃性，改善锂离子电池在超低温环境中的充放电平台和充放电倍率，实现了其在超低温环境中充放电容量的提升。附图说明图1为本专利技术圆柱型锂离子电池侧面结构示意图。图2为本专利技术圆柱型锂离子电池壳底部的剖面图。图3为本专利技术方型锂离子电池侧面结构示意图。图4为本专利技术方型锂离子电池壳底部的剖面图。图5为本专利技术局部D的放大图。图6为本专利技术锂离子电池低温放电保持率曲线图。图7为常规锂离子电池低温放电保持率曲线图。具体实施方式本专利技术提供一种超低温锂离子电池的制备方法，如图1到图5所示，锂离子电池包括正极片、负极片、陶瓷隔膜、电解液以及电池壳1，经正极片-陶瓷隔膜-负极片-陶瓷隔膜组合并层叠或卷绕形成为干电芯2，锂离子电池由干电芯2放入电池壳1并经过注入电解液、开口化成、封口、分容制成，具体步骤如下：S1、制备正极片：正极片的活性材料为磷酸亚铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的任意一种；S2、制备负极片：负极片的活性材料为中间相碳微球、人造石墨、钛酸锂、硅碳负极中的一种或两种以上的组合；S3、制备陶瓷隔膜：陶瓷隔膜为机械强度高、热稳定性强的纳米微孔陶瓷隔膜；S4、制备电解液：电解液锂盐和低粘度兼低熔点的有机溶剂组合混合制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超低温锂离子电池的制备方法，所述锂离子电池包括正极片、负极片、陶瓷隔膜、电解液以及电池壳(1)，经正极片-陶瓷隔膜-负极片-陶瓷隔膜组合并层叠或卷绕形成为干电芯(2)，所述锂离子电池由所述干电芯(2)放入电池壳(1)并经过注入电解液、开口化成、封口、分容制成，其特征在于：具体步骤如下：/nS1、制备正极片：所述正极片的活性材料为磷酸亚铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、外壳(12)S2、制备负极片：所述负极片的活性材料为中间相碳微球、人造石墨、钛酸锂、硅碳负极中的一种或两种以上的组合；/nS3、制备陶瓷隔膜：所述陶瓷隔膜为机械强度高、热稳定性强的纳米微孔陶瓷隔膜；/nS4、制备电解液：所述电解液锂盐和低粘度兼低熔点的有机溶剂组合混合制成，所述有机溶剂为碳酸脂或羧酸脂；/nS5、制备干电芯(2)：所述干电芯(2)在层叠或卷绕时，层叠或卷绕的设计层数为常规锂离子电池设计层数的2～5倍，所述干电芯(2)的表面包裹有高效隔热保温材料(3)，所述干电芯(2)的预留极耳延伸在所述高效隔热保温材料(3)的外侧；/nS6、制备电池壳(1)：所述电池壳(1)包括内壳(11)和外壳(12)，所述内壳(11)和所述外壳(12)之间形成缓冲空间(4)，所述缓冲空间(4)的内部为真空状态，所述缓冲空间(4)的内部设有隔离支撑所述所述内壳(11)、所述外壳(12)的壳骨架(41)，所述壳骨架(41)制备的原材料包括：二氧化硅气凝胶、聚氨酯、酚醛、石墨聚苯。/n...

【技术特征摘要】
1.一种超低温锂离子电池的制备方法，所述锂离子电池包括正极片、负极片、陶瓷隔膜、电解液以及电池壳(1)，经正极片-陶瓷隔膜-负极片-陶瓷隔膜组合并层叠或卷绕形成为干电芯(2)，所述锂离子电池由所述干电芯(2)放入电池壳(1)并经过注入电解液、开口化成、封口、分容制成，其特征在于：具体步骤如下：
S1、制备正极片：所述正极片的活性材料为磷酸亚铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、外壳(12)S2、制备负极片：所述负极片的活性材料为中间相碳微球、人造石墨、钛酸锂、硅碳负极中的一种或两种以上的组合；
S3、制备陶瓷隔膜：所述陶瓷隔膜为机械强度高、热稳定性强的纳米微孔陶瓷隔膜；
S4、制备电解液：所述电解液锂盐和低粘度兼低熔点的有机溶剂组合混合制成，所述有机溶剂为碳酸脂或羧酸脂；
S5、制备干电芯(2)：所述干电芯(2)在层叠或卷绕时，层叠或卷绕的设计层数为常规锂离子电池设计层数的2～5倍，所述干电芯(2)的表面包裹有高效隔热保温材料(3)，所述干电芯(2)的预留极耳延伸在所述高效隔热保温材料(3)的外侧；
S6、制备电池壳(1)：所述电池壳(1)包括内壳(11)和外壳(12)，所述内壳(11)和所述外壳(12)之间形成缓冲空间(4)，所述缓冲空间(4)的内部为真空状态，所述缓冲空间(4)的内部设有隔离支撑所述所述内壳(11)、所述外壳(12)的壳骨架(41)，所述壳骨架(41)制备的原材料包括：二氧化硅气凝胶、聚氨酯、酚醛、石墨聚苯。


2.根据权利要求1所述的一种超低温锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述高效隔热保温材料(3)为纳米二氧化硅气凝胶、聚氨酯、酚醛、石墨聚苯中的任意一种。


3.根据权利要求1所述的一种超低温锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述锂盐为:六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂；所述碳酸脂为:碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯；所述羧酸脂为:甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、γ-丁内酯、δ-戊内酯。


4.根据权利要求1所述的一种超低温锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述内壳(11)的外壁和外壳(12)的内壁均涂覆有防辐射隔热涂层，所述防辐射隔热涂层的主要成分为纳米二氧化硅气凝胶、聚氨酯、酚醛、石墨聚苯的任意一种。


5.根据权利要求1所述的一种超低温锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述电池壳(1)底部...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄碧英，黄耀泽，唐天文，
申请(专利权)人：隆能科技南通有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32