[发明专利]一种适合低温环境的正极材料和锂离子电池

说明书

本发明公开一种适合低温环境的正极材料，按照质量分数包括以下物质：87％至97％磷酸铁锂；1％至8％金属氧化物；1％至3％正极导电剂；1％至3％粘结剂；本发明还公开了使用该正极材料制成的适合低温环境的锂离子电池；本发明通过向磷酸铁锂添加均匀分布的金属氧化物，改善磷酸铁锂与集流体之间的电接触，降低接触电阻，降低正极的电极极化，改善低温下的导电性；本发明所得锂离子电池有效降低低温环境下的内部阻抗，提升电池充放电效率，延长循环寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种适合低温环境的正极材料和锂离子电池及制备方法。

背景技术

中国地域广，气候差异大，因此电动汽车在使用过程中面临着不同气候环境的严峻考验。特别是在温度方面，北方寒冷的冬季气温往往会下降到-30℃，而温度会对锂离子电池的性能、寿命和安全性等产生显著的影响。

LiFePO₄结构属于正交晶系，是橄榄石结构材料，其原料丰富、价格低廉、比容量高、工作电压高、结构稳定、循环性能良好、环境友好及安全等优点，被认为动力型锂离子电池理想的正极材料。但是材料本身存在着导电性差，锂离子在电极材料中的扩散速度慢，在高、低温条件下性能不够理想的缺点。

磷酸铁锂是一种安全性能高、循环寿命长的正极材料，但低温性能不佳，严重限制了其应用，急需通过一定手段提升低温性能。从材料层面进行改性会提升材料成本，程序较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合低温环境的正极材料，本发明通过向磷酸铁锂添加均匀分布的金属氧化物，改善磷酸铁锂与集流体之间的电接触，降低接触电阻，降低正极的电极极化，改善低温下的导电性。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种适合低温环境的正极材料，按照质量分数包括以下物质：

优选所述金属氧化物为氧化锌、二氧化钛以及氧化铈中的一种或者几种。本发明提出的氧化锌、二氧化钛以及氧化铈物质结构稳定，不与正极、电解液间发生任何的反应，可稳定存在于体系之中；氧化锌(ZnO)、二氧化钛(TiO₂)以及氧化铈(CeO₂)具有良好的机械加工性，锌、钛、铈三种金属质地柔软，其氧化物可适应锂离子电池制造中，涂覆、滚压等工艺加工，不对电极极片产生负面作用，属于理想添加物质。

优选正极导电剂为石墨烯、SP、碳纳米管、碳纤维中的一种或几种。本发明正极使用的粘结剂为聚乙烯醇(PVA)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚偏氟乙烯(PVDF)等可提升极片粘结力物质的一种或几种，其中，优选PVDF，PVDF玻璃化转变温度为-42℃，适用于低温体系。

优选按照质量分数包括以下物质：

本发明中上述组分及用量的正极材料搭配低温性能较好的小颗粒石墨做为负极主材，石墨粒径D50在8μm至12μm，石墨脱嵌锂离子的路径短，位阻小，适用于低温体系，且正极添加金属氧化物后，其动力学性能增强，电子脱嵌速度随之增加，需要搭配脱嵌锂速度较快的负极小颗粒，以达到体系正负极间脱嵌速度平衡，有效保证本发明所提出正极材料的低温性能。

本发明的目的在于提供一种适合低温环境的锂离子电池，本发明有效降低低温环境下的内部阻抗，提升电池充放电效率，延长循环寿命。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种适合低温环境的锂离子电池，包括正极、负极、低温电解液和隔膜；所述正极由本发明的正极材料制得。

优选所述负极活性物质为石墨。石墨具有良好的低温性能，利于保证电池的低温性能。