一种超低温锰酸锂电池制造技术

本发明专利技术提供了一种超低温锰酸锂电池，该超低温锰酸锂电池的低温放电性能优异、同时具有优异的倍率性能和循环性能。正极活性物质采用改性单颗粒锰酸锂，负极活性物质采用人造石墨和硬碳复合体系，正负极导电剂体系均采用由点、线、面组成的复合导电剂，并采用羧酸酯和碳酸酯混合溶剂的低温有机电解液，配合大孔隙率的功能型聚合物膜，各种制备步骤和工艺参数协同作用保证了锂离子在电池中的传递速度及其安全性，该超低温锰酸锂电池在

【技术实现步骤摘要】
一种超低温锰酸锂电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种超低温锰酸锂电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为绿色环保能源，具有高工作电压、高比能量、长循环电寿命、低自放电率和无记忆效应等优点，已广泛应用于便携式电子设备、电动自行车以及电动汽车等领域。中国的东北、西北、青藏高原，北欧、北美、俄罗斯等高海拔、高严寒地域，环境较为恶劣，该地区通信基站，通信工具，救援，驱动工具，汽车启动均需要电源，其对电池低温性能，安全性能，可靠性要求较高，为满足此类特殊环境需求的电池，锂离子电池逐渐成为了主角。
[0003]锂离子电池也存在自身缺陷，如低温条件下使用，锂离子迁移受动力学因素限制，仅能释放少量容量，特别在超低温(
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60℃)条件下，电解液粘度急剧增加，且电解液对隔膜的浸湿性以及锂离子对隔膜的穿透性较差，电池容量基本无法放出。因此开发出超低温条件下仍可正常工作，且综合性能良好的锂离子电池成为新能源行业重点研究的内容。
[0004]公开号为CN109888368A的中国专利文献中公开了一种低温锂离子电池，包括：正极片、隔膜、负极片和电解液，该正极片包括三元镍钴锰酸锂材料，三元镍钴锰酸锂材料为团聚体材料和类单晶材料的复合材料；负极片包括碳材料，碳材料包括人造石墨和天然石墨；电解液包括溶剂、锂盐和添加剂，溶剂包括EC、DEC、EMC和辅助溶剂，锂盐包括LiPF6、LiFSI和LiPO2F2，添加剂包括VEC、DTD和GBL。实施例的数据表明，所述的低温锂离子电池在
>–
40℃/1C条件下放电容量保持率仅在70％～82％之间。
[0005]公开号为CN112864393A的中国专利文献中公开了一种低温高倍率锂离子电池，包括：正极片、负极片、隔膜、电解液，正极活性物质一次颗粒为纳米级包覆磷酸铁锂，负极活性物质为小颗粒无定型固相软碳或硬碳包覆石墨，粒径D
50
为5～10μm，同时选用低温导电低粘度电解液，可以使得该低温高倍率锂离子电池在
–
40℃环境温度下3C倍率放电以及0.2C充电容量保持率>90％。但是该专利技术并未研究该低温高倍率锂离子电池在更严苛的温度条件下的放电性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种超低温锰酸锂电池，该超低温锰酸锂电池的低温放电性能优异、同时具有优异的倍率性能和循环性能，在
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60℃条件下仍能放出超过50％的容量，20C持续放电容量仍可大于92％。
[0007]具体采用的技术方案如下：
[0008]一种超低温锰酸锂电池，包括正极片、负极片、功能型聚合物膜和有机电解液，所述的正极片、功能型聚合物膜以及负极片依次层叠设置，且封装在密封空间内，所述的有机电解液填充所述的密封空间；
[0009]所述的正极片包括铝箔集流体和正极活性物质，正极活性物质包括改性锰酸锂和
复合导电剂，改性锰酸锂与复合导电剂的质量比为83～90∶5～12；所述的改性锰酸锂为单颗粒尖晶石型锰酸锂或单颗粒类球型锰酸锂；
[0010]所述的负极片包括铜箔集流体和负极活性物质,负极活性物质包括人造石墨、硬碳和复合导电剂，人造石墨、硬碳与复合导电剂的质量比为30～63.2∶25～58.2∶4～15；所述的复合导电剂包括导电石墨、科琴黑、导电炭黑、碳纳米管/石墨烯复合导电浆料和纳米炭纤维VGCF中的至少两种；
[0011]所述的功能型聚合物膜为PVDF
‑
陶瓷涂层聚合物膜。
[0012]优选的，所述的改性锰酸锂为磷酸盐包覆的单颗粒尖晶石型锰酸锂或磷酸盐包覆的单颗粒类球型锰酸锂，由磷酸盐包覆共沉淀
‑
高温固相烧结制备的尖晶石型富锂锰酸锂或类球型富锂锰酸锂制备得到。选用上述改性锰酸锂可以保证锂离子在正极片中的传递速度，并抑制氢氟酸对锰的溶解，从而有利于提高超低温锰酸锂电池的充放电性能、保证其安全性。
[0013]优选的，所述的正极片还包括粘结剂，正极活性物质还包括活性炭，正极活性物质、粘结剂与正极溶剂混合制成正极浆料，所述的正极片由正极浆料涂覆于铝箔集流体、压实、冲片、烘干得到；所述的正极浆料中，改性锰酸锂、活性炭、复合导电剂、粘结剂的质量比为：83～90∶2～8∶5～12∶3～8，正极溶剂为N
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甲基吡咯烷酮，正极浆料固含量为35％～50％。
[0014]优选的，所述的正极片中，铝箔集流体的两侧表面均涂覆有功能涂层，每侧功能涂层的厚度为1～2μm，功能涂层的外侧涂覆正极浆料，所述的功能涂层由纳米导电石墨和聚偏氟乙烯组成，纳米导电石墨和聚偏氟乙烯的质量比为80～92:5～20。功能涂层均匀覆盖于铝箔集流体表面，导电石墨间、导电石墨和聚偏氟乙烯间，形成多孔结构大大提升了铝箔集流体收集活性物质电流的能力，同时提高了集流体与活性物质间粘附力。
[0015]优选的，所述的正极片的单面面密度≤100g/m2；压实密度≥2.0g/m3。
[0016]优选的，所述的负极片还包括粘结剂，负极活性物质、粘结剂与负极溶剂混合制成负极浆料，所述的负极片由负极浆料涂覆于铜箔集流体、压实、冲片、烘干得到；所述的负极浆料中，人造石墨、硬碳、复合导电剂、粘结剂的质量比为30～63.2∶25～58.2∶4～15∶3～8，负极溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮，负极浆料固含量30％～45％。
[0017]优选的，所述的人造石墨是由粒径为1～3μm的中间相碳微球二次造粒形成的中位粒径为8～20μm的类球型石墨。
[0018]优选的，所述的硬碳为由天然植物合成的热解碳，层间距d002约0.38nm，具有优异的各向异性，有利于Li
+
的扩散，提高了超低温锰酸锂电池的充放电性能和安全性。
[0019]优选的，所述的铜箔集流体为压延铜箔，该压延铜箔厚度为12
±
2μm，电导率为97％～102％IACS，表面粗糙度＜1μm，抗拉强度＞450MPa。
[0020]优选的，所述的负极片的单面面密度≤70g/m2；压实密度≤1.35g/cm3。
[0021]优选的，所述的活性炭孔径＜2nm，比表面积＞2000m2/g，充/放电过程可快速吸附/脱附锂离子。
[0022]所述的复合导电剂可以形成由点、线，面构成的导电网络。优选的，所述的复合导电剂中碳纳米管/石墨烯复合导电浆料的碳纳米管长径比大于1000，石墨烯层数为5～20层，固含量2％～5％。
[0023]优选的，所述的PVDF
–
陶瓷涂层聚合物膜具有多孔结构，孔隙率为42％～48％；表面涂层为纳米级PVDF混合陶瓷粒子，膜基体为聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。
[0024]进一步优选的，所述的陶瓷粒子具有优异的耐高温性能，包括但不限于Al2O3，ZrO2，SiO2，Mg(OH)2等，确保功能型聚合物膜在300℃以不收缩。
[0025]优选的，PVDF<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超低温锰酸锂电池，包括正极片、负极片、功能型聚合物膜和有机电解液，所述的正极片、功能型聚合物膜以及负极片依次层叠设置，且封装在密封空间内，所述的有机电解液填充所述的密封空间，其特征在于，所述的正极片包括铝箔集流体和正极活性物质，正极活性物质包括改性锰酸锂和复合导电剂，改性锰酸锂与复合导电剂的质量比为83～90∶5～12；所述的改性锰酸锂为单颗粒尖晶石型锰酸锂或单颗粒类球型锰酸锂；所述的负极片包括铜箔集流体和负极活性物质，负极活性物质包括人造石墨、硬碳和复合导电剂，人造石墨、硬碳与复合导电剂的质量比为30～63.2∶25～58.2∶4～15；所述的复合导电剂包括导电石墨、科琴黑、导电炭黑、碳纳米管/石墨烯复合导电浆料和纳米炭纤维VGCF中的至少两种；所述的功能型聚合物膜为PVDF
‑
陶瓷涂层聚合物膜。2.根据权利要求1所述的超低温锰酸锂电池，其特征在于，所述的正极片还包括粘结剂，正极活性物质还包括活性炭，正极活性物质、粘结剂与正极溶剂混合制成正极浆料，所述的正极片由正极浆料涂覆于铝箔集流体、压实、冲片、烘干得到；所述的正极浆料中，改性锰酸锂、活性炭、复合导电剂、粘结剂的质量比为：83～90∶2～8∶5～12∶3～8，正极溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮，正极浆料固含量为35％～50％。3.根据权利要求1所述的超低温锰酸锂电池，其特征在于，所述的正极片中，铝箔集流体的两侧表面均涂覆有功能涂层，每侧功能涂层的厚度为1～2μm，功能涂层的外侧涂覆正极浆料，所述的功能涂层由纳米导电石墨和聚偏氟乙烯组成，纳米导电石墨和聚偏氟乙烯的质量比为80～92:5～20。4.根据权利要求1所述的超低温锰酸锂电池，其特征在于，所述的正极片的单面面密度≤100g/m2；压实密度≥2.0g/m3。5.根据权利要求1所述的超低温锰酸锂电池，其特征在于，所述的负极片还包括粘结剂，负极活性物质、粘结剂与负极溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：高伟伟，张元春，陈鹏，李丹，刘红杰，谷瑞青，
申请(专利权)人：天能电池集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：