[发明专利]一种低温锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种低温锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高，自放电低，无记忆效应等突出优点已经成为移动能源的主要解决方案，并广泛应用在手机，平板，电动汽车以及家庭储能等多个领域。锂离子电池的使用环境相对复杂，因此对锂离子电池的性能提出了更高的要求。目前的锂离子电池低温性能相对较差，已经制约锂离子电池在电动汽车领域的推广使用，主要表现在温度降低后(<0℃)锂离子内部电解液的黏度上升，锂离子的流动性变差，锂离子电导率急剧下降，电池内部极化加剧，在负极低电位析出锂晶枝，安全风险高，一般电池制造商严格限制低温充电。由于极化增加，锂离子电池放电特性也急剧恶化。放电里程明显变短。

现有技术中，传统锂离子电池低温解决方案，主要为电池包外加热方式，存在加热时间长的诟病，而且电池系统地成本大幅增加；一为添加低熔点、低温下粘度低的电解液溶剂方式为主，在低温性能提升的同时，严重削弱了电池的高温性能，且长期低温循环性能也难以保证，应用领域较为局限。武汉中聚能源科技有限公司公开了申请号为200910063261.7的发明专利，在发明中提到了一种正极主材为锰酸锂或磷酸铁锂的聚合物锂离子电池，可满足-40℃低温放电容量达初始容量的70％，对于充电方面的改善不明显；湖南天恒新能源有限公司公开了申请号为201010534033.6的发明专利，在发明中提到了一种正极主材为锰酸锂或镍钴锰酸锂、钴酸锂中的一种或几种的聚合物锂离子电池，可满足-40℃低温0.2C小倍率放电容量达初始容量的85％以上，放电倍率较少，难以满足大功率车载应用。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种能量密度高，-40℃超低温1C大倍率放电性能好、常温循环性能优良、同时高温性能佳的超低温锂离子电池。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种低温锂离子电池，包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，以及电解液；

所述正极片的正极活性材料为三元材料掺杂锰酸锂，且所述三元材料的表面包覆快离子导体。拥有三维锂离子通道的锰酸锂的掺入可以显著降低锂离子在正极活性层的脱嵌速度，并提升电池的工作电压；本发明优选表面包覆有快离子导体的三元材料，利用快离子导体导体显著降低阻层状三元的表面阻抗，提升动力学性能。

所述负极片的负极活性材料为石墨或者无定型碳包覆石墨；所述无定型碳为软碳、硬碳、石墨烯中的至少一种；

所述电解液包括锂盐、溶剂和添加剂，所述锂盐为LiPF₆、LiBOB、LiODFB、LiFSI、LiTFSI、LiPO₂F₂中至少两种的混合，所述锂盐的溶度为1.0～1.5mol/L。

作为本发明所述的低温锂离子电池的优选方案，所述锰酸锂占正极活性材料的重量比为3～20％；所述快离子导体占正极活性材料的重量比为0.01％～5.0％。

作为本发明所述的低温锂离子电池的优选方案，所述快离子导体为Li₇La₃Zr₂O₁₂、Li₁₄Zn(GeO₄)₄、Li_3.3La_0.56TiO₃、LiTi₂PO₄中的至少一种。

作为本发明所述的低温锂离子电池的优选方案，所述三元材料为镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的至少一种，所述三元材料的中值粒径D50为3～11μm。本发明优选半团聚半单晶形貌、中小粒径的三元材料，利用团聚态颗粒中一次粒子小的特性，降低低温下极化及锂离子传输阻抗，获得优良低温性能；适当含量的类大单晶形貌颗粒存在，利于增强电芯在低温系电解液下的高温、安全和长循环性能；控制适当的颗粒粒径，在保证低温性能的同时，不降低材料压实，保证电池能量密度。

作为本发明所述的低温锂离子电池的优选方案，所述锰酸锂的中值粒径D50为3～20μm。

作为本发明所述的低温锂离子电池的优选方案，所述石墨颗粒包括二次颗粒和一次颗粒，所述二次颗粒的中值粒径为3～20μm，所述一次颗粒的中值粒径为1μm～10μm。本发明的负极活性材料优选高容量快充型人造石墨，使用锂离子易于嵌脱的快充型人造石墨，同时优化导电剂、粘结剂配方，从而降低低温阻抗，获得优良的低温性能。