[发明专利]一种兼顾能量密度和安全的低温锂离子电池

权利要求书

1.一种兼顾能量密度和安全的低温锂离子电池，包括：正极片、负极片、隔膜、电解液以及电池封装材料；其特征在于：

所述正极片包括一定厚度的铝箔以及涂覆在铝箔上的正极活性物质、粘结剂和导电剂组成的混合物；其中正极活性物质使用4.45V高电压钴酸锂，正极的压实密度为3.8g/cm³-4.3g/cm³；铝箔的厚度为16μm-30μm；

负极片包括一定厚度的铜箔以及涂覆在铜箔上的负极活性物质、粘结剂和导电剂组成的混合物；其中负极活性物质为二维硅基纳米片与石墨的混合物；铜箔的厚度为10μm-25μm；

负极活性物质的容量与正极活性物质的容量比值为1.08-1.1；二维硅基纳米片选自二维硅氧纳米片、二维硅纳米片中的至少一种；所述二维硅氧纳米片占负极活性活性物质的质量分数为8.5-9.5%，所述二维硅纳米片占负极活性物质的质量分数为3-5%；二维硅基纳米片的平均厚度为50nm、平面尺寸为8-25μm；

二维硅氧纳米片通过下述方法制备：采用CaSi₂粉末作为硅源，利用盐酸作为剥离剂，在室温下超声剥离CaSi₂得到二维的硅氧烯纳米片，最后，在300-900℃真空或保护性气氛下退火1-2小时，得到二维硅氧纳米片；

二维硅纳米片通过下述方法制备：将CaSi₂粉末在真空的MCl_x熔盐的环境下进行剥离，经过酸洗后得到二维硅纳米片；所述M选自Cu, Zn, Al中的至少一种元素；

隔膜使用湿法PE基膜加单面陶瓷涂层；隔膜厚度为16±2μm，陶瓷涂层由三氧化二铝和聚偏氟乙烯的混合物组成；

电解液为低温电解液，包括溶剂、锂盐和添加剂；其中溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯组成；锂盐选自LiPF₆、LiPF₂O₂、LiTFSI、LiFSI中的一种或多种；锂盐浓度为14%-18wt%；添加剂包括1,3-丙烷磺内酯 、FEC氟代碳酸乙烯酯、己二腈、乙二醇双（丙腈）醚； 添加剂占整个电解液质量的百分比为3-11%；所述添加剂由1,3-丙烷磺内酯 、氟代碳酸乙烯酯、己二腈、乙二醇双（丙腈）醚按质量比，1,3-丙烷磺内酯：氟代碳酸乙烯酯：己二腈：乙二醇双（丙腈）醚=2:6:1:1组成；

所得低温锂离子电池的能量密度大于等于250Wh/kg，-40℃下0.5C放电容量保持率大于等于79%；

所得低温锂离子电池在4.45V满电状态下，能通过针刺和重物冲击试验。

2.根据权利要求1所述的一种兼顾能量密度和安全的低温锂离子电池；其特征在于：正极活性物质的克容量为180mAh/g以及其D50为15.5μm，Dmax≤55μm。

3.根据权利要求1所述的一种兼顾能量密度和安全的低温锂离子电池；其特征在于：正极中所使用的导电剂选自炭黑、碳纳米管以及石墨烯中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种兼顾能量密度和安全的低温锂离子电池；其特征在于：负极使用的导电剂选自炭黑、碳纳米管以及石墨烯中的一种或多种。