[发明专利]快速充电且安全的低温锂离子电池及其制造方法

权利要求书

1.一种快速充电且安全的低温锂离子电池，所述锂离子电池主要由正极片、负极片、陶瓷隔膜、高低温电解液和电池壳体组成，所述低温小于-45℃，所述高倍率快速充电分别为：“1C充/1C放”、“3C充/1C放”、“5C充/1C放”、“20C充/1C放”；所述锂离子电池由干电芯经入壳、注入电解液、化成、封口、分容制成，所述干电芯由正极片、陶瓷隔膜、负极片、陶瓷隔膜组合经卷绕形成；其特征在于，所述陶瓷隔膜（2）位于正极片（9）与负极片（8）之间；所述正极片（9）包括纳米微孔覆碳铝网（7），纳米微孔覆碳铝网（7）的表面设置有正极涂层（1）；所述负极片（8）包括纳米微孔铜网（4），纳米微孔铜网（4）的表面设置有负极涂层（5）；所述正极涂层（1）和负极涂层（5）的外侧表面均设置有高温绝缘胶带（3），高温绝缘胶带（3）表面设置有高分子胶（6）；

所述正极涂层：将一次纳米粒子构成二次微米颗粒的活性正极材料、正极电子导电添加剂加入适当大分子增塑剂，通过粘结剂涂布在纳米微孔覆碳铝网上；并通过烘干和辊压后，借助IPA把大分子增塑剂从正极涂层内萃取出来，得到纳米微孔正极涂层；

所述陶瓷隔膜：为低温环境中具有高孔隙率和高润湿性的多孔陶瓷隔膜；

所述负极涂层：将一次纳米粒子构成二次微米颗粒的活性负极材料、负极电子导电添加剂加入适当大分子增塑剂，通过粘结剂涂布在纳米微孔铜网上；并通过烘干和辊压后，借助IPA把大分子增塑剂从负极涂层内萃取出来，得到纳米微孔负极涂层；

所述电解液：将低粘度、低熔点的溶剂和低温环境下高离子电导率的锂盐-溶剂组合混合形成电解液；

所述纳米微孔覆碳铝网表面喷涂有Super-P、PAA。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述活性正极材料为具有一次纳米粒子构成二次微米颗粒的磷酸亚铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中一种或多种的混合；所述活性负极材料为具有一次纳米粒子构成二次微米颗粒的中间相碳微球、人造石墨、钛酸锂、硅碳负极中的一种或多种的混合；所述正极电子导电添加剂为KS6或碳纳米管或VGCF或石墨烯或Super-P；所述负极电子导电添加剂为KS6或碳纳米管或VGCF或石墨烯或Super-P；所述大分子增塑剂为DBP或PTP或DOP或DIDP，所述粘结剂为可溶于丙酮类的聚偏氟乙烯共聚物PVDF-HFP、 聚丙烯晴、 聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氧化乙烯中的至少一种的混合。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述陶瓷隔膜（2）机械强度高、热稳定性强，其制作方法为静电纺丝法，厚度在6～45um之间；所述陶瓷隔膜（2）比负极涂层（5）的面积大。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述高温绝缘胶带（3）包括基材和胶层两层结构，基材为聚酰亚胺、聚砜、聚苯硫醚和聚醚酮中的至少一种的混合，胶层为硅胶；整体厚度在10～60um, 其热稳定性大于200℃；所述高分子胶为PVDF、PAN中的至少一种的混合。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述低粘度、低熔点的溶剂由两种溶剂混合形成，其中一种为碳酸酯，另外一种为酯类；所述碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中一种或多种的混合；所述酯类为γ-丁内酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯中一种或多种的混合；所述锂盐-溶剂组合为高纯锂盐和多元碳酸酯组成的溶液, 所述锂盐为LiPF₆、LiBF₄、LiBOB、LiBC₂O₄F₂中的一种或多种的混合，锂盐的浓度为0.7M～2M；所述碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、单氟代碳酸乙烯酯、γ-丁内酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的至少两种的混合。

6.权利要求1～5中任意所述的一种快速充电且安全的低温锂离子电池的制造方法，其特征在于，它包括如下步骤：

A.正极片

将85%～98%重量的正极活性物质、1%～10%的导电剂、含1%～15%有机粘结剂的溶液、10%～35%的大分子增塑剂混合制成正极浆料均匀涂布于10～45um厚的纳米微孔覆碳铝网的上下两面，其中上下两面涂层的一侧与纳米微孔覆碳铝网对齐，另一侧则比纳米微孔覆碳铝网稍短，将正极涂层与铝网片对齐的一侧浅浸在高分子胶中使该侧为高分子胶所包裹，取出干燥；辊压后，借助IPA把大分子增塑剂从正极涂层内萃取出来，得到纳米微孔正极片；

B.负极片

将85%～98%重量的负极活性物质、1%～5%的导电剂、含1%～5%粘结剂的溶液混合制成负极浆料均匀涂布于5～25um厚的纳米微孔铜网的上下两面，涂布宽度要比正极稍长，其中上下两面涂层的一侧与纳米微孔铜网对齐，另一侧则比纳米微孔铜网稍短，将负极涂层与铜网片对齐的一侧浅浸在高分子胶中使该侧为高分子胶所包裹，取出干燥；辊压后，借助IPA把大分子增塑剂从正极涂层内萃取出来，得到纳米微孔负极片；

C.干电芯

将正极片、陶瓷隔膜、负极片、陶瓷隔膜组合经卷绕形成干电芯；在卷绕过程中，用高温绝缘胶带U型包裹正极片涂布的起始端和末端，比活性物质正极涂层稍长多余出来的铝网部分在后续经过卷绕而聚集在一起形成多重正极极耳；用高温绝缘胶带U型包裹负极片涂布的起始端和末端，比活性物质负极涂层稍长多余出来的铜网部分在后续经过卷绕而聚集在一起形成多重负极极耳；将多重正极极耳、多重负极极耳通过与平面金属薄片集流体焊接在一起形成全极耳；

D.电池组装

干电芯经入壳，在真空条件下在60～80℃烘烤24～120小时，注入电解液，化成，封口，分容后得到所述快速充电且安全的低温锂离子电池。