【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池的制备，尤其涉及一种高能量密度的低温锂电池及其制备方法。
技术介绍
1、锂离子电池是当今最成功的化学储能电池之一，在消费类电子市场、电化学储能市场和电动汽车领域大放异彩。随着常规锂电池的逐步发展，过渡金属氧化物容量正在接近极限，环境适用性能需求提高，市场急需一种高能量密度且低温放电性能好的产品，市场上使用高容量材料(高镍三元、硅碳负极)与较高的压实密度，但是电芯能量密度达到目前极限，环境适用窄，尤其在低温下放电能力差，续航时间短。
2、因此，本领域亟需发展一种高能量密度的低温锂电池，以提高锂电池的环境适用性以及在低温下的电性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的为提供一种高能量密度的低温锂电池及其制备方法，以解决现有的使用高容量材料(高镍三元、硅碳负极)与较高的压实密度制备的锂电池存在的电芯能量密度达到目前极限，环境适用窄，尤其在低温下放电能力差，续航时间短的问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术提供了一种高能量密度的低温锂电池的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)导电网络包覆正极的制备：将磷酸钛铝锂和聚丙烯腈混合后干燥，得到复合固态电解质；将复合固态电解质沉积于正极材料表面，得到复合固态正极材料；将复合固态正极材料、碳纳米管、聚偏氟乙烯和n-甲基-2-吡咯烷酮混合，后涂布于铝箔表面，得到导电网络包覆正极；
5、(2)纳米多孔硅碳负极的制备：将纳米硅进行碳包覆，得到
6、(3)低温锂电池的制备：将铝塑膜、卷芯和电解液进行装配，得到低温锂电池；
7、所述卷芯包括导电网络包覆正极、纳米多孔硅碳负极、隔膜和极耳。
8、作为优选，所述步骤(1)中，磷酸钛铝锂的制备包括如下步骤：将锂源、铝源、钛源和酸液混合，得混合液；向混合液中加入多元醇进行加热处理，得到固态聚合酯；将固态聚合酯和无机阴离子盐顺次经过烘烤和烧结，得到磷酸钛铝锂。
9、作为优选，锂源为硝酸锂；铝源为硝酸铝；钛源为钛酸四丁酯；酸液为柠檬酸；多元醇为异丙醇；无机阴离子盐为磷酸二氢铵；按摩尔比li+：al3+：ti4+：po43-＝(1+x)：x：(2-x)：3，0＜x≤0.5加入锂源、铝源、钛源和无机阴离子盐；按摩尔比po43-：酸液＝1.5～1.8：0.5～1加入酸液；多元醇和混合液的质量比为1：1～1.5；加热处理的温度为70～90℃，加热处理的时间为3～4h；烘烤的温度为360～390℃，烘烤的时间为20～40min；烧结的温度为380～420℃，烧结的时间为5～7h。
10、作为优选，所述步骤(1)中，磷酸钛铝锂和聚丙烯腈的质量比为0.1～0.2：1；混合的温度为70～90℃，混合的时间为4～5h，混合的搅拌转速为600～1200r/min；干燥的温度为120～150℃，干燥的时间为16～20h。
11、作为优选，所述步骤(1)中，沉积的具体步骤如下：将复合固态电解质进行气化，后沉积于正极材料表面；沉积的温度为400～500℃。
12、作为优选，所述步骤(1)中，正极材料为炭黑；复合固态正极材料中复合固态电解质的沉积厚度为20～30nm；复合固态正极材料、碳纳米管和聚偏氟乙烯的质量比为97.2～98：1～1.2：1.2～1.6；复合固态正极材料和n-甲基-2-吡咯烷酮的质量体积比为1g：0.05～0.1ml。
13、作为优选，所述步骤(2)中，碳包覆在氩气环境下进行，碳包覆的碳源为石墨烯、蔗糖、葡萄糖和柠檬酸中的一种或多种；负极材料中所包覆的碳的厚度为10～15nm；碳包覆的温度为20～800℃，碳包覆的升温速率为8～12℃/min。
14、作为优选，所述步骤(2)中，粘结剂为聚丙烯酸；负极材料、粘结剂和导电剂的质量比为96.8～98：1.2～2.8：0～0.8；负极材料和水的质量体积比为1g：0.2～0.5ml。
15、本专利技术还提供了所述高能量密度的低温锂电池的制备方法制备得到的低温锂电池。
16、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：
17、(1)本专利技术提供了一种高能量密度的低温锂电池，通过固态电解质掺杂导电剂包覆正极材料构建网络状导电通道与纳米多孔结构碳硅负极的方式，实现了高能量密度的低温放电能力，硅碳体积膨胀缓冲，循环寿命得到提升，解决了电池能量密度达到极限，低温放电性能差的难题，即用新型正、负极材料结构，大大提升了锂电池的能量密度，延长锂电池使用续航时间，用户体验感增强；
18、(2)本专利技术提升了固态锂电池的热稳定性，对比普通固态锂电池具有更加良好的高温存储性能，在85℃、8h的存储测试中剩余容量提升至93.82％，恢复容量提升至96.92％。该锂电池在低温条件下性能也得到提升，在满电状态、-10℃条件下进行放电，容量保持率提升至93.6％，能量密度高达370wh/kg。
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1.一种高能量密度的低温锂电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述高能量密度的低温锂电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，磷酸钛铝锂的制备包括如下步骤：将锂源、铝源、钛源和酸液混合，得混合液；向混合液中加入多元醇进行加热处理，得到固态聚合酯；将固态聚合酯和无机阴离子盐顺次经过烘烤和烧结，得到磷酸钛铝锂。
3.根据权利要求2所述高能量密度的低温锂电池的制备方法，其特征在于，锂源为硝酸锂；铝源为硝酸铝；钛源为钛酸四丁酯；酸液为柠檬酸；多元醇为异丙醇；无机阴离子盐为磷酸二氢铵；按摩尔比Li+：Al3+：Ti4+：PO43-＝(1+x)：x：(2-x)：3，0＜x≤0.5加入锂源、铝源、钛源和无机阴离子盐；按摩尔比PO43-：酸液＝1.5～1.8：0.5～1加入酸液；多元醇和混合液的质量比为1：1～1.5；加热处理的温度为70～90℃，加热处理的时间为3～4h；烘烤的温度为360～390℃，烘烤的时间为20～40min；烧结的温度为380～420℃，烧结的时间为5～7h。
4.根据权利要求1或2所述高能量密度的低温锂电
5.根据权利要求4所述高能量密度的低温锂电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，沉积的具体步骤如下：将复合固态电解质进行气化，后沉积于正极材料表面；沉积的温度为400～500℃。
6.根据权利要求5所述高能量密度的低温锂电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，正极材料为炭黑；复合固态正极材料中复合固态电解质的沉积厚度为20～30nm；复合固态正极材料、碳纳米管和聚偏氟乙烯的质量比为97.2～98：1～1.2：1.2～1.6；复合固态正极材料和N-甲基-2-吡咯烷酮的质量体积比为1g：0.05～0.1mL。
7.根据权利要求1、5或6所述高能量密度的低温锂电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，碳包覆在氩气环境下进行，碳包覆的碳源为石墨烯、蔗糖、葡萄糖和柠檬酸中的一种或多种；负极材料中所包覆的碳的厚度为10～15nm；碳包覆的温度为20～800℃，碳包覆的升温速率为8～12℃/min。
8.根据权利要求7所述高能量密度的低温锂电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，粘结剂为聚丙烯酸；负极材料、粘结剂和导电剂的质量比为96.8～98：1.2～2.8：0～0.8；负极材料和水的质量体积比为1g：0.2～0.5mL。
9.权利要求1～8任一项所述高能量密度的低温锂电池的制备方法制备得到的低温锂电池。
...【技术特征摘要】
1.一种高能量密度的低温锂电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述高能量密度的低温锂电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，磷酸钛铝锂的制备包括如下步骤：将锂源、铝源、钛源和酸液混合，得混合液；向混合液中加入多元醇进行加热处理，得到固态聚合酯；将固态聚合酯和无机阴离子盐顺次经过烘烤和烧结，得到磷酸钛铝锂。
3.根据权利要求2所述高能量密度的低温锂电池的制备方法，其特征在于，锂源为硝酸锂；铝源为硝酸铝；钛源为钛酸四丁酯；酸液为柠檬酸；多元醇为异丙醇；无机阴离子盐为磷酸二氢铵；按摩尔比li+：al3+：ti4+：po43-＝(1+x)：x：(2-x)：3，0＜x≤0.5加入锂源、铝源、钛源和无机阴离子盐；按摩尔比po43-：酸液＝1.5～1.8：0.5～1加入酸液；多元醇和混合液的质量比为1：1～1.5；加热处理的温度为70～90℃，加热处理的时间为3～4h；烘烤的温度为360～390℃，烘烤的时间为20～40min；烧结的温度为380～420℃，烧结的时间为5～7h。
4.根据权利要求1或2所述高能量密度的低温锂电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，磷酸钛铝锂和聚丙烯腈的质量比为0.1～0.2：1；混合的温度为70～90℃，混合的时间为4～5h，混合的搅拌转速为600～1200r/min；干燥的温度为120～150℃，干燥的...
【专利技术属性】
技术研发人员：戈志敏，肖海燕，明应时，余小旦，王威，
申请(专利权)人：新余赣锋电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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