[发明专利]改性磷酸铁锂材料、锂离子电池、动力电池组及其应用

说明书

本发明涉及动力电池领域，具体而言，提供了一种改性磷酸铁锂材料、锂离子电池、动力电池组及其应用。所述改性磷酸铁锂材料采用掺杂和包覆共同改性，掺杂元素包括钛、铝、钇或镧中的至少一种，包覆材料包括石墨烯、葡萄糖或聚乙烯醇中的至少一种以及快离子导体。上述改性磷酸铁锂材料采用特定的掺杂元素进行掺杂和特定的包覆材料进行包覆来共同改性，能够有效提高该材料的导电性能，特别是低温状态下的导电性，从而提高材料的低温性能，其能够在‑40℃超低温下保证较高的放电容量，在‑20℃低温下可正常充放电。

技术领域

本发明涉及动力电池领域，具体而言，涉及一种改性磷酸铁锂材料、锂离子电池、动力电池组及其应用。

背景技术

近年来，节能减排的需求促进了电动汽车电池的发展，对电池的综合性能提出了更高的要求。新能源汽车的推广，要求电芯具备更优的低温性能。目前行业现状为不增加外部辅助加热设备情况下，磷酸铁锂动力电池在-40℃超低温1C无法放电，-20℃低温下难充电、或充电易发生析锂风险。

低温下，一方面电解液的粘度增加，另外磷酸铁锂导电性太差，造成充放电极化增加，电池内部的过电势增加，充电时，阳极出现析锂；低温大电流放电，电池因极化大，很容易达到下限电压被cutoff，因而不能放电。为了达到低温下充放电的要求，很多电池厂家在电芯外表面包裹一层保温棉，在低温充放电前，先对电池加热处理，待达到电池的安全工作温度时，再开始充放电。但是这样电池成本太高，加热棉的加热时间太长，在实际使用中效果不好。

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，其在低温环境中可满足在温度-40℃条件下放电容量可达初始容量的70％(未指出具体的放电倍率)；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，其在低温环境中可满足在温度-40℃条件下0.2C小倍率放电容量可达初始容量的85％以上。可见，急需从电芯层面解决动力电池超低温无法正常工作的问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本专利的目的是从电芯层面解决动力电池超低温无法正常工作的问题，在保证高能量密度基础上，-40℃超低温下能正常行驶、在-20℃低温的室外环境可充电，减少或不用外部保温措施，降低动力电池成本，加快新能源汽车在北方市场的推广。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种改性磷酸铁锂材料，所述磷酸铁锂采用掺杂和包覆共同改性，掺杂元素包括钛、铝、钇或镧中的至少一种，包覆材料包括石墨烯、葡萄糖或聚乙烯醇中的至少一种以及快离子导体。

作为进一步优选的技术方案，所述掺杂元素的掺入量为0.05％-0.2％，优选为0.1％-0.15％。

作为进一步优选的技术方案，所述改性磷酸铁锂的含碳量为1.0％-2.0％，优选为1.2％-1.8％。

作为进一步优选的技术方案，所述快离子导体包括Li₇La₃Zr₂O₁₂、Li₁₀GeP₂S₁₂或(100-y-x)Li₂O:yB₂O₃:xLi₂SO₄(x+y<100)中的至少一种；

优选地，所述快离子导体的包覆量为0.01％-0.05％，进一步优选为0.02％-0.03％。