[发明专利]改善锂离子电池三元正极材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2低温性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及改善锂离子电池三元正极材料LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂低温性能的方法，属于化工电极材料制造工艺技术领域。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、使用温度范围宽、自放电率低和无记忆效应等一系列优点，应用范围越来越广泛，包括便携式电子设备、工业应用和电动工具等民用市场。在军用航天方面，锂离子电池也将逐渐成为主角。在对储能电源的电性能、可靠性、安全性要求较高的场合如卫星、空间站、星际登陆器及宇航设备等，锂离子电池组将成为首选对象。若用锂离子电池取代目前卫星等航天器普遍采用的镉镍或氢镍电池，可将储能电源在电源系统所占重量由现在的30％～40％降低至10％，从而大大降低发射成本，增加有效载荷。为此美国已将锂离子电池在空间的应用研究列入21世纪新卫星计划之一。在这些特殊领域，由于使用环境比较苛刻，往往需要电池能在-30℃甚至更低温度下工作。然而，当使用温度低于-20℃时，锂离子电池并不能维持其在常温条件下的性能。

一般，当温度降至-10℃时，锂离子电池的放电容量和工作电压都会降低。锂离子电池具有工作电压高、比能量高、充放电寿命长、自放电率低和无记忆效应等优点，在全球二次电池市场占据主导地位，应用范围越来越广泛，包括便携式电子设备、工业应用和电动工具等民用市场。在那些对电池电性能、可靠性、安全性要求较高的场合，比如航空、航天和军事领域，锂离子电池也将逐渐成为主角。但目前锂离子电池的低温性能，特别是在-30℃以下低温环境中的工作性能较差，抑制了其在特殊领域的应用。

锂离子电池的低温性能与所使用的电解液有着很大的关系，电解液是锂离子电池的重要组成部分，在电池内部正、负极之问担负传递离子的作用，一般采用溶有锂盐的非水有机溶剂混合物。碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)等是目前几种广泛应用于锂离子电池电解液中的有机溶剂。电解液对低温性能的影响主要体现在其对电导率和固体电解质相界面(SEI)膜性质的影响上。砜类添加剂优先于电解液中溶剂分子的还原，在初次循环过程中能形成稳定的SEI保护膜，阻止溶剂分子在电极上的还原分解，起到保护溶剂分子的作用。向锂离子电池电解液中添加氟代碳酸乙烯酯(FEC)作为添加剂，形成固体电解质膜的性能更好，形成紧密结构层但又不增加阻抗，能阻止电解液进一步分解，可以提高电解液的低温性能。链状羧酸酯具有较低的熔点。在电解液中添加适量链状羧酸酯，锂离子电池的低温性能同样也可以得到改善。可以使用的链状羧酸酯主要包括乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、甲酸甲酯(MF)、丙酸甲酯(MP)和丙酸乙酯(EP)、丁酸甲酯(MB)、丁酸乙酯(EB)等。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前锂离子电池在低温下电化学性能较差的问题，提出改善锂离子电池三元正极材料LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂低温性能的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的改善锂离子电池三元正极材料LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂低温性能的方法，通过选择电解液中使用的溶剂及配比，并加入适量的成膜添加剂，从而改善了电解液电导率，形成了较为理想的固体电解质相界面(SEI)膜；具体步骤为：

1)在氩气气氛手套箱中，以金属锂片为对电极，Celgard2300为隔膜，LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂为正极材料，选用不同的电解液，组装成CR2025扣式电池；

2)将组装好的CR2025扣式电池静置陈化，静置时间为10～24h，然后将电池放到高低温箱中进行静置，静置温度为-20℃～-40℃，静置时间为10～24h，在充放电区间为2.8～4.5V的条件下进行电化学性能测试。