一种低温工作型锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术公开一种低温工作型锂离子二次电池。该电池包括正极极片、负极极片和电解液，所述负极极片的活性物质涂敷层的孔隙率为２０～５０％；所述电解液的溶剂为五元混合溶剂，其组分及其体积比为：１０～２５％的环状碳酸酯，１５～２５％的丁酸烷基酯，１０～２０％的乙基甲基碳酸酯，１０～２０％的二乙基碳酸酯和１０～１５％的二甲基碳酸酯。根据本发明专利技术的锂离子二次电池突破了目前商用锂离子二次电池低温性能差的瓶颈，可以在－２０℃～－５０℃的环境中工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低温工作型锂离子二次电池。
技术介绍
锂离子电池由于具有能量密度高，循环寿命长，开路电压高，安全无污染等一系列优 点，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、数码相机、摄像机、PDA、 MP3、 Bluetooth、 PMP等众多便携式通信、娱乐等电子产品中，并逐步向电动自行车、电动汽车等领域拓展 应用范围，其市场占有率达到90%以上。因此，锂离子电池是目前最具竞争力的、且已经 实现商业化发展的新一代二次能源。航天、深海探测以及军事领域等特殊领域的很多设备要求终端电源工作电压高、比能 量大、循坏寿命高、环境友好、最重要的一点是温度适用范围广(-5(TC 6(TC)，目前的 铅酸、镍镉、镍氢等二次电池已经不能满足要求。传统的锂离子电池工作温度在-20 60 'C之间，在低于一20'C的环境中无法正常工作，因此，低温性能差这一缺点成为锂离子电池在航空航天及军事领域应用的瓶颈。影响锂离子电池低温放电性能的主要因素有锂离子在负极中的固态扩散速度和电解 液电导率。负极极片的孔隙率过小，电解液浸润少，负极活性物质利用率低，锂离子迁移 速度慢；反之，负极极片的孔隙率过大，负极活性物质含量少，容量发挥不完全。孔隙率 (￡ )计算公式e = (Vl-V3) / (V2-V4)其中，V1和V2分别是正极(或负极)活性物质涂层的微孔面积和整个涂层的表面积； V3和V4分别是正极(或负极)集流体的微孔面积和整个集流体的表面积。以上的孔积通 过压亲法(mercury porosimetry)观!l试。此外，常规的锂离子电池用非水电解液，在低于-2(TC时粘度增大，离子迁移速度大 幅度减慢，这是由于常规电解液的熔点偏高，液程窄。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种克服上述不足、能够在超低温下工作的锂离 子二次电池。本专利技术通过以下技术方案实现一种低温工作型锂离子二次电池，包括正极极片、负极极片和电解液，所述负极极片 的活性物质涂敷层的孔隙率为20 50%;所述电解液的溶剂为五元混合溶剂，其组分及其 体积比为10 25%的环状碳酸酯，15 25%的丁酸烷基酯，10 20%的乙基甲基碳酸酯， 10 20%的二乙基碳酸酯和10 15%的二甲基碳酸酯。所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯或者碳酸丙烯酯中的任一种。所述丁酸烷基酯为丁酸乙酯、丁酸丙酯、丁酸甲酯中的任一种。所述负极极片活性物质涂层单面的面密度为40 100g/m2。所述正极极片的活性物质涂层单面的面密度为100 150g/m2。所述负极极片的活性物质为天然石墨、人工石墨、中间相碳微球中一种或一种以上的 混合物，所述活性物质的含量占涂敷层干物质的85 95%。所述正极极片的活性物质选自锂钴氧化物、锰锂氧化物、镍钴锂氧化物、锰钴锂氧化 物、锰钴镍锂氧化物中一种或一种以上的混合物，所述活性物质的含量占涂敷层干物质的 80 95%。本专利技术具有以下有益效果本专利技术通过优化负极孔隙率，并调整溶剂的组分及比例，在降低电解液熔点的同时， 扩宽液程，保持稳定性及提高低温电导率，从而达到增加电池低温放电性能的效果，突破 了目前商用锂离子电池低温性能差的瓶颈，可以在-2(TC -50'C的环境中工作。具体实施例方式实施例l将钴酸锂、导电剂、粘结剂按照80: 10: IO的重量比混合后，制备的浆料涂敷在厚度约20微米的铝箔上，烘干后辊压得到面密度为120g/cn^的正极；将中间相碳微球(MCMB)、导电剂、粘结剂按照85: 8: 7的重量比混合后，制备的 浆料涂敷在厚度约15微米的铜箔上，烘干后辊压得到面密度为60g/ci^的负极，孔隙率控 制在30%左右；将TF.负极极片与隔膜通过叠片或者巻绕的方式组装，然后放入铝塑复合膜中，注入电 解液，将电池做首次充放电。在lmol/L的电解液中，六氟磷酸锂(LiPF6)、碳酸乙烯酯(EC)、 丁酸乙酯(EB)、 二乙基碳酸酯(DEC)、乙基甲基碳酸酯(EMC)、 二甲基碳酸酯(DMC)的体积比为25: 25: 18: 20: 12。以上操作即得到低温工作型锂离子二次电池。在-40'C静置16小时后，0.2C放电至2.75V，放电容量为标称容量的80%。 实施例2将重量比l: l的镍钴酸锂和钴酸锂的混合物、导电剂、粘结剂按照85: 10: 5的重量 比混合后，制备的浆料涂敷在厚度约20微米的铝箔上，烘干后辊压得到面密度为130g/cm2 的正极；将人工石墨、导电剂、粘结剂按照90: 5: 5的重量比混合后，制备的浆料涂敷在厚度约15微米的铜箔上，烘干后辊压得到面密度为75g/cr^的负极，孔隙率控制在25%左右；将正负极极片与隔膜通过叠片或者巻绕的方式组装，然后放入铝塑复合膜中，注入电 解液，将电池做首次充放电。在lmol/L的电解液中，六氟磷酸锂(LiPF6)、碳酸乙烯酯(EC)、 丁酸丙酯(PB)、 二乙基碳酸酯(DEC)、乙基甲基碳酸酯(EMC)、 二甲基碳酸酯(DMC) 的体积比为25: 20: 20: 20: 15。以上操作即得到低温工作型锂离子二次电池。在-40'C 静置16小时后，0.2C放电至2.75V，放电容量为标称容量的85%。权利要求1、一种低温工作型锂离子二次电池，包括正极极片、负极极片和电解液，其特征在于所述负极极片的活性物质涂敷层的孔隙率为20～50％；所述电解液的溶剂为五元混合溶剂，其组分及其体积比为10～25％的环状碳酸酯，15～25％的丁酸烷基酯，10～20％的乙基甲基碳酸酯，10～20％的二乙基碳酸酯和10～15％的二甲基碳酸酯。2、 根据权利要求l所述低温工作型锂离子二次电池，其特征在于所述环状碳酸酯为碳酸 乙烯酯或者碳酸丙烯酯中的任一种。3、 根据权利要求l所述低温工作型锂离子二次电池，其特征在于所述丁酸烷基酯为丁酸 乙酯、丁酸丙酯、丁酸甲酯中的任一种。4、 根据权利要求l所述低温工作型锂离子二次电池，其特征在于所述负极极片活性物质涂层单面的面密度为40 100g/m2。5、 根据权利要求l所述低温工作型锂离子二次电池，其特征在于所述正极极片的活性物质涂层单面的面密度为100 150g/m2。6、 根据权利要求1或4之一所述低温工作型锂离子二次电池，其特征在于所述负极极片 的活性物质为天然石墨、人工石墨、中间相碳微球中一种或一种以上的混合物，所述 活性物质的含量占涂敷层干物质的85 95% 。7、 根据权利要求1或5所述低温工作型锂离子二次电池，其特征在于所述正极极片的活 性物质选自锂钴氧化物、锰锂氧化物、镍钴锂氧化物、锰钴锂氧化物、锰钴镍锂氧化 物中一种或一种以上的混合物，所述活性物质的含量占涂敷层干物质的80 95%。全文摘要本专利技术公开一种低温工作型锂离子二次电池。该电池包括正极极片、负极极片和电解液，所述负极极片的活性物质涂敷层的孔隙率为20～50％；所述电解液的溶剂为五元混合溶剂，其组分及其体积比为10～25％的环状碳酸酯，15～25％的丁酸烷基酯，10～20％的乙基甲基碳酸酯，10～20％的二乙基碳酸酯和10～15％的二甲基碳酸酯。根据本专利技术的锂离子二次电池突破了目前商用锂离子二次电池低温性能差的瓶颈，可以在-20℃～-50℃的环境中工作。文档编号H01M4/02GK10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温工作型锂离子二次电池，包括正极极片、负极极片和电解液，其特征在于：所述负极极片的活性物质涂敷层的孔隙率为２０～５０％；所述电解液的溶剂为五元混合溶剂，其组分及其体积比为：１０～２５％的环状碳酸酯，１５～２５％的丁酸烷基酯，１０～２０％的乙基甲基碳酸酯，１０～２０％的二乙基碳酸酯和１０～１５％的二甲基碳酸酯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高蕾，候敏，黄睿，王路，张小聪，
申请(专利权)人：浙江南都电源动力股份有限公司，杭州南都电池有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]