一种用特殊石墨与碳酸丙烯酯提升锂离子电池低温性能的方法技术

本发明专利技术提供了一种用特殊石墨与碳酸丙烯酯提升锂离子电池低温性能的方法，涉及锂离子电池技术领域。所述锂离子电池电芯包括正极极片、负极极片、隔离膜、电解液以及极耳，所述的负极极片中的负极活性材料采用石墨，所述的石墨为2H相和3R相的复合结构，且在40

【技术实现步骤摘要】
一种用特殊石墨与碳酸丙烯酯提升锂离子电池低温性能的方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种用特殊石墨与碳酸丙烯酯提升锂离子电池低温性能的方法。

技术介绍

[0002]在全球低碳减排大趋势引导下，新能源行业成为大众焦点。而其中，锂离子电池由于其比能量高、比功率密度高、循环寿命长等优点，作为已经走上市场的新能源储能器件，也是备受关注。
[0003]现有锂离子电池低温性能较差。主要表现在温度降至0℃以下后，锂离子电池电解液黏度陡然上升，且存在逐渐析出凝结的点，导致锂离子电导率降低，极化增大，电池放电能量急剧下降。从而影响了锂离子电池在低温下的使用。不仅表现在低温下放电性能差，低温下充电更是困难或几乎不可能。
[0004]现有改良技术中，大多集中在对电池管理系统BMS的改进以及外加辅助加热装置上，如表1。而这些技术大大增加了电池的使用成本，且会带来潜在的安全隐患。
[0005]表1电池管理系统的改进以及外加加热装置改善锂电池低温性能
[0006][0007]而现有低温锂离子电池大多是采用钛酸锂负极，如表2，避开石墨低温析锂的问题，但同时是以损失能量密度为前提，无法满足更高能量密度的使用需求。
[0008]表2钛酸锂负极低温锂电池
[0009][0010]此外，还有使用石墨掺杂或包覆来达到提升能量密度的目的，如表3，但增加了原材料及使用成本，以及会引入更多副反应。
[0011]表3石墨掺杂或包覆低温锂离子电池
[0012][0013]另外，还有通过引入羧酸酯、各种氟代化合物改性电解液来达到电池低温使用的目的，如表4，但同时会引入产气的问题。
[0014]表4羧酸酯、各种氟代化合物改性电解液低温锂离子电池
[0015][0016][0017]即使在采取以上措施的背景下，锂离子电池低温充电仍然是个尚未解决的难点，如表5，这为该类电池的低温使用带来了诸多不便。
[0018]表5锂离子电池低温性能
[0019]
技术实现思路

[0020]本专利技术的目的在于提供一种特殊石墨与碳酸丙烯酯提升锂离子电池低温性能的方法，本专利技术的电池在4.5V高电压下循环稳定，且可以实现
‑
40℃极低温充放电。
[0021]本专利技术的上述目的采用以下方式实现：
[0022]本专利技术提供了一种用特殊石墨与碳酸丙烯酯提升锂离子电池低温性能的方法，所述锂离子电池电芯包括正极极片、负极极片、隔离膜、电解液以及极耳，所述的负极极片中的负极活性材料采用石墨，所述的石墨为2H相和3R相的复合结构，且在40
°
～48
°
之间的XRD峰中3R相面积P(A
3R
)占总体峰面积比例范围为0.3≤P(A
3R
)≤0.60；
[0023]所述的电解液为含有碳酸丙烯酯的电解液。
[0024]优选的是，所述的碳酸丙烯酯的重量含量为10％≤W
PC
≤40％。
[0025]优选的是，所述正极极片的正极活性物质为含锂金属氧化物。
[0026]优选的是，所述的含锂金属氧化物为锂镍钴锰层状氧化物。
[0027]优选的是，所述的电解液还包括锂盐、添加剂和其他溶剂。
[0028]优选的是，所述的其他溶剂选自砜类、碳酸酯、羧酸酯、亚砜类、磷酸酯、亚磷酸酯、醚类或卤素溶剂中的一种或几种。
[0029]优选的是，所述的电解液中的锂盐为LiPF6、LiTFSI、LiFSI、LiBOB或LiDFOB中的一种或几种组合。
[0030]优选的是，所述的锂盐的浓度为0.8mol/L～1.5mol/L。
[0031]优选的是，所述的电解液中的添加剂为FEC、VC、VEC、DTD、PS或LiPO2F2中的一种或几种组合。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果为：
[0033]其一，本申请通过使用具有特殊构造的石墨，实现了在低浓度(0.8mol/L～1.5mol/L)锂盐的电解液中，石墨与PC良好的兼容性。
[0034]其二，本申请通过在负极极片上首次选用具有低温充电性能较好的石墨，保证了电池在低温下可充电，解决了人们期望已久的电池在低温下可充电的问题；如附图5和附图6，所述锂离子全电池软包可在
‑
20℃至
‑
40℃下可逆充放电。附图5在
‑
30℃低温条件下，电池可持续在2.75V～4.5V电压区间内充放电50次，且容量保持率高达96％；附图6是在低温
‑
20℃至
‑
40℃下温度梯度式充放电，在
‑
40℃下循环完成后恢复至常温，容量保持率(相对初始常温循环容量)可达98.2％。对比专利“以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液及二次注液的锂离子电池”(专利申请号为201511007747.0)也是用PC基电解液改善锂离子电池的低温性
能，但该专利只改善了锂离子电池的低温放电性能，且需要2.6M以上的锂盐浓度，极大地增加了电池制作的成本。本申请却可以在低盐浓度(0.8mol/L～1.5mol/L)下实现锂离子电池在低温
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20℃至
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40℃下良好的低温放电以及低温充电性能。
[0035]其三，本申请通过在负极极片上选用具有比容量高且电压平台低的石墨，保证了电池的功率密度和能量密度；如附图3，所述石墨在半电池中的放电电压平台在0.15V～0.05V之间；如附图5，在
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30℃低温条件下，电池可持续在2.75V～4.5V电压区间内充放电。
[0036]其四，本申请通过在电解液中引入碳酸丙烯酯(PC)，PC的冰点是
‑
49℃，即使在
‑
40℃低温下电解液也还可以保持液态，PC电解液这个特点保证了电池电解液在低温下仍然具有高的锂离子电导率；
[0037]其五，本申请通过在电解液中引入添加剂，保证了电解液在低温下良好的成膜性能。
附图说明
[0038]图1是实施例4XRD衍射曲线图。
[0039]图2是本专利技术实施例4采用的2H和3R混合相结构石墨在锂金属/石墨半电池中，以1.0MLiPF6inPC为电解液的半电池循环性能图。
[0040]图3是本专利技术实施例4采用的2H和3R混合相结构石墨在锂金属/石墨半电池中，以1.0MLiPF6inPC为电解液的半电池首次充放电比容量
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电压曲线图。
[0041]图4是本专利技术实施例2的锂离子全电池软包在室温25℃下循环性能图。图5是本专利技术实施例3的锂离子全电池软包在低温
‑
30℃下长循环充放电曲线图。
[0042]图6是本专利技术实施例5的锂离子全电池软包在低温
‑
20℃至
‑
40℃下充放电曲线图。
具体实施方式
[0043]本专利技术提供了一种用特殊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用特殊石墨与碳酸丙烯酯提升锂离子电池低温性能的方法，其特征在于，所述锂离子电池电芯包括正极极片、负极极片、隔离膜、电解液以及极耳，所述的负极极片中的负极活性材料采用石墨，所述的石墨为2H相和3R相的复合结构，且在40
°
～48
°
之间的XRD峰中3R相面积P(A
3R
)占总体峰面积比例范围为0.3≤P(A
3R
)≤0.60；所述的电解液为含有碳酸丙烯酯的电解液。2.根据权利要求1所述的一种用特殊石墨与碳酸丙烯酯提升锂离子电池低温性能的方法，其特征在于，所述的碳酸丙烯酯的重量含量为10％≤W
PC
≤40％。3.根据权利要求1所述的一种用特殊石墨与碳酸丙烯酯提升锂离子电池低温性能的方法，其特征在于，所述正极极片的正极活性物质为含锂金属氧化物。4.根据权利要求1所述的一种用特殊石墨与碳酸丙烯酯提升锂离子电池低温性能的方法，其特征在于，所述的含锂金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：程勇，张姣，周琳，尹东明，吴耀明，王立民，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：