一种低温锂离子电池及其充放电方法技术

一种低温软包锂离子电池，包括电解液和依次层叠的正极、隔膜、负极；通过对锂离子电池正极、负极活性材料、膜材料和电解液组成以及比例的优化匹配，最终达到能够在低温环境下实现充电和放电的目的，在

【技术实现步骤摘要】
一种低温锂离子电池及其充放电方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，特别涉及一种在低温环境中应用的锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有工作电压高、比能量高、循环寿命好，安全性能高等优势，被广泛应用在人类生产生活中，不论是便携式电子产品、电动汽车、通讯设备，还是储能产品都有锂离子电池的身影。在军用领域、极端环境，或是北方的冬季(气温≤
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35℃)，和一些特殊的低温应用环境，对锂离子电池的低温充放电性能有着更高的要求。目前，商业化的锂离子电池低温性能较差，在低温环境中使用时，容量衰减快，容易析出锂枝晶，安全风险增加。在低温环境下，商业化锂离子电池难以实现充电，或者低温充电会严重损害电池性能，同时在低温环境下放电时，电池容量也会急剧下降，能量密度降低，所有的这些缺点，都极大的降低了锂离子电池在低温环境中的适用性。因此，开发在低温环境下使用的锂离子电池具有十分重要的意义。
[0003]目前，低温锂离子电池大多只能够实现在低温环境下放电，并且放电容量较低，无法实现在低温环境下充电，因此并未能够从根本上解决锂离子电池在低温环境中应用的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了提高锂离子电池在低温环境中的适用性，提出了一种适用于低温环境的锂离子电池。该电池在低温条件下能够实现充电和放电，并且能够保持优异的性能。
[0005]本专利技术一方面提供一种低温软包锂离子电池，包括电解液以及依次层叠的正极、隔膜和负极；正极采用的活性材料为磷酸钒锂、镍钴锰酸锂(镍钴锰摩尔比为111，523，811，622)中的一种或几种混合，镍钴锰酸锂为镍钴锰摩尔比为111，523，811，622的镍钴锰酸锂中的一种或几种，镍钴锰酸锂优选111和523中的一种或二种；优选磷酸钒锂和镍钴锰酸锂按质量比1:9
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3:3的混合物；负极采用的活性材料为硬碳、软碳中的一种或几种混合，优选硬碳；隔膜为聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)中的一种或两种复合多孔膜；5μm≤膜厚度≤25μm；所用的电解液中锂盐溶质为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂中的一种或两种种混合；电解液溶剂为碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)的中的一种或几种混合，优选为碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)三种混合；添加剂为碳酸乙烯酯、硼酸脂、氟代碳酸乙烯脂中的一种或几种混合，添加剂于溶剂中的质量浓度为1％
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5％，优选为2％
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4％。；电解液的中锂盐的浓度为0.8～1.8mol/L，优选为0.9～1.2mol/L。
[0006]优选地，正极包括正极集流体和涂布于集流体上的正极材料，正极材料包括活性材料、导电剂和黏结剂；正极集流体上正极材料的涂布面密度为7～25mg/cm2，优选为9
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14mg/cm2。
[0007]优选地，负极包括负极集流体和涂布于集流体上的负极材料，负极材料包括活性材料、导电剂和黏结剂；负极活性材料的粒径应≤10μm；负极集流体上负极材料的涂布面密
度为2.5～11.5mg/cm2，优选为3.5
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6.5mg/cm2。
[0008]优选地，导电剂为导电碳黑、导电碳纤维和碳纳米管，于正极材料中的含量2％
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7％于负极材料中的含量2％
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7％。
[0009]优选地，正极材料中黏结剂为偏氟乙烯(PVDF)，于正极材料中的含量1％
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5％。
[0010]优选地，负极材料中黏结剂为羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)，于负极材料中的含量2％
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6％。
[0011]本专利技术的另一个方面，提供上述低温软包锂离子电池的制备过程，使用叠片工艺将正极片、隔膜和负极片依次堆叠组装得到裸电芯，然后使用铝塑膜对裸电芯进行封装，最后向其中注入电解液，得到适用于低温环境的软包锂离子电池。
[0012]低温软包锂离子电池的充电和放电在
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60℃～0℃(优选
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60℃～
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40℃)的低温环境温度进行；充电采用先恒电流CC后恒电压CV的充电模式，CC充电电流倍率≤0.5C，CC充电过程充电至电压范围为4～4.5V，然后CV充电截止电流倍率≤0.05C；或者，使用恒电流CC的充电模式，CC充电电流倍率≤0.5C。
[0013]放电采用恒电流CC的放电模式，恒流放电电流倍率为0.1～5C，恒流放电过程的终止电压范围为2～3V。
[0014]本专利技术通过对锂离子电池正极、负极活性材料、膜材料和电解液组成以及比例的优化匹配，最终达到能够在低温环境下实现充电和放电的目的，在
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40℃条件下容量保持率为室温下的80％以上，
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50度容量保持率为室温下的65％以上，
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60度容量保持率为室温下的50％以上，与现有的技术相比，不但实现了低温环境下的充放电，同时在低温下具有良好的充放电性能和安全性能。
具体实施方式
[0015]下面结合具体的实施方式对本专利技术的优势做进一步说明。
[0016]在实施例中，使用的镍钴锰酸锂三元材料的质量比容量≥140mAh/g，磷酸铁锂材料的质量比容量≥135mAh/g，磷酸钒锂材料的质量比容量≥110mAh/g。
[0017]在实施例中，使用的硬碳材料的质量比容量≥300mAh/g，软碳材料的质量比容量≥280mAh/g、石墨材料的质量比容量≥300mAh/g、中间相碳微球≥310mAh/g。
[0018]实施例1
[0019]本实施例中低温锂离子电池包括依次层叠的正极、隔膜、负极，以及电解液；
[0020]正极采用的活性材料为磷酸钒锂(LVP)和镍钴锰酸锂(NCM)(镍钴锰摩尔比为111)两种混合，磷酸钒锂和镍钴锰酸锂按质量比5:5混合；
[0021]负极采用的活性材料为硬碳和软碳两种混合，硬碳和软碳按照质量比1:1混合；
[0022]隔膜为PP和PE复合多孔膜；膜厚度12μm；
[0023]所用的电解液中锂盐溶质为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂两种混合，电解液的中锂盐的浓度为1.5mol/L；电解液溶剂为为碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)的中的三种混合；添加剂为碳酸乙烯酯、硼酸脂、氟代碳酸乙烯脂，添加剂于溶剂中的质量浓度为5％。
[0024]正极集流体上正极材料的涂布面密度为18.0mg/cm2；
[0025]负极活性材料的粒径为5μm；负极集流体上负极材料的涂布面密度为7.0mg/cm2。
[0026]导电剂为导电碳黑、导电碳纤维和碳纳米管，于正极材料中的含量4％，于负极材料中的含量4％；
[0027]正极材料中黏结剂为偏氟乙烯(PVDF)，于正极材料中的含量3％；
[0028]负极材料中黏结剂为羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温软包锂离子电池，其特征在于：包括电解液和依次层叠的正极、隔膜、负极；正极采用的活性材料为磷酸钒锂、镍钴锰酸锂中的一种或几种混合；优选磷酸钒锂和镍钴锰酸锂按质量比1:9
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5:5的混合物；镍钴锰酸锂为镍钴锰摩尔比为111，523，811，622中的一种；负极采用的活性材料为硬碳、软碳中的一种或几种混合；隔膜为聚丙烯、聚乙烯中的一种或两种复合多孔膜；所用的电解液由锂盐溶质、添加剂和溶剂组成，其中锂盐溶质为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂中的一种或两种种混合。2.根据权利要求1所述的低温软包锂离子电池，其特征在于：所用的电解液的溶剂为碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯的中的一种或几种混合。3.根据权利要求1所述的低温软包锂离子电池，其特征在于：所用的电解液的添加剂为碳酸乙烯酯、硼酸脂、氟代碳酸乙烯脂中的一种或几种混合，添加剂于溶剂中的质量浓度为1％
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5％，优选为2％
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4％。4.根据权利要求1所述的低温软包锂离子电池，其特征在于：所述电解液的中锂盐的浓度为0.8～1.8mol/L，优选为0.9～1.2mol/L。5.根据权利要求1所述的低温软包锂离子电池，其特征在于：隔膜的厚度为，5μm≤膜厚度≤25μm。6.根据权利要求1所述的低温软包锂离子电池，其特征在于：正极包括正极集流体和涂布于集流体上的正极材料，正极材料包括活性材料、导电剂和黏结剂；正极集流体上正极材料的涂布面密度为7～20mg/cm2，优选为9
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14mg/cm2；负极包括负极集流体和涂布于集流体上的负极材料，负极材料包括活性材料、导电剂和黏结剂；负极活性材料的粒径应≤10μm；负极集流体上负极材料的涂布面密度为2.7～8.0mg/cm2，优选为3.5
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【专利技术属性】
技术研发人员：韩建鑫，李先锋，郑琼，张华民，国海鹏，赵晓伟，
申请(专利权)人：风帆有限责任公司，
类型：发明
国别省市：