一種改善低溫充電性能的鋰離子電池的製作方法
2023-05-28 00:04:41
本發明屬於鋰離子電池
技術領域：
，尤其是涉及一種改善低溫充電性能的鋰離子電池。
背景技術：
：隨著能源危機、環境汙染、溫室效應等問題的日益突出，鋰離子電池作為綠色環保能源已經廣泛應用於各種領域，但是對於以石墨為負極材料的鋰離子電池來講，低溫充電一直是難以突破的問題。這是因為，在低溫下，電池內阻大幅增大，充電時極易導致鋰離子在負極表面析出，繼續使用會導致電芯損壞甚至燃燒爆炸等安全性問題。一方面，低溫下，脫鋰態的石墨負極SEI膜電阻和電荷傳遞電阻迅速增加，導致極化增大，低溫性能下降；另一方面，低溫下，電解液會發生凝固，電解液的粘度會變大，離子電導率隨之降低，鋰離子在電解液中的遷移會變得更加困難，SEI膜電阻和電化學反應電阻隨之增大，導致低溫下歐姆極化、濃差極化和電化學極化均增大，從而導致鋰離子電池在低溫條件下的性能下降；因此，可以通過優化電解液配方改善電極/電解液界面性質或者增加石墨負極表面的修飾以提升電化學反應活性兩種方式提高鋰離子電池在低溫條件下的電性能。技術實現要素：有鑑於此，本發明旨在提出一種改善低溫充電性能的鋰離子電池，通過降低電池的內阻，使電池可以在低溫下進行充電，且不會發生析鋰，改善了低溫下充放電的性能。為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：一種改善低溫充電性能的鋰離子電池，包括正極片、負極片、隔膜和電解液；所述負極片包括負極集流體以及如下質量份數的負極材料：94～96份包覆型人造石墨，1～2份導電炭黑，1～2份羧甲基纖維素鈉和2～3份丁苯橡膠，所述包覆層為軟碳或硬碳，所述負極集流體為銅箔；通過軟碳或硬碳的包覆可大幅度降低材料的電化學反應阻抗，減小極化，提高材料的低溫性能；所述人造石墨的顆粒為小顆粒二次粘接形貌；所述電解液包括電解質、溶劑和成膜添加劑，所述電解質為六氟磷酸鋰，所述六氟磷酸鋰的濃度為1～1.3mol/L；所述溶劑包括如下體積份數的物質：20～25份碳酸乙烯酯EC、2～5份碳酸丙烯酯PC，10～15份碳酸二乙酯DEC和50～55份碳酸甲乙烯酯EMC；所述的成膜添加劑包括如下體積份數的物質：0.5～2份碳酸亞乙烯酯VC，0.5～2份亞硫酸丙烯酯PS，0.5～2份氟代碳酸乙烯酯FEC中的任意兩種或三種。此電解液通過在基本溶劑碳酸乙烯酯EC中加入低熔點的有機溶劑碳酸甲乙烯酯EMC、碳酸二乙酯DEC和碳酸丙烯酯PC以拓寬電解液的應用溫度範圍，降低電解液的凝固點。並添加了成膜添加劑，保證電池SEI膜的穩固性，提升電池的低溫性能以及循環性能。優選的，所述正極片包括正極集流體以及如下質量份數的正極材料：94～96份鎳鈷錳酸鋰，2～3份導電炭黑和2～3份聚偏氟乙烯。優選的，電池容量為每1Ah的鋰離子電池注入電解液的質量為3.9～4.2g。優選的，所述溶劑包括如下體積份數的物質：25份碳酸乙烯酯EC、5份碳酸丙烯酯PC，15份碳酸二乙酯DEC和55份碳酸甲乙烯酯EMC。優選的，所述成膜添加劑包括如下體積份數的物質：2份碳酸亞乙烯酯VC，1份亞硫酸丙烯酯PS和1份氟代碳酸乙烯酯FEC。優選的，所述包覆層的質量佔包覆型人造石墨的質量的0.5％～5％。優選的，所述包覆層的質量佔包覆型人造石墨的質量的5％。優選的，所述正極片上的正極材料的塗布面密度為30～32mg/cm2,負極片上的負極材料的塗布面密度為16～18mg/cm2。優選的，所述負極集流體為銅箔，所述正極集流體為鋁箔。優選的，所述隔膜為陶瓷塗層隔膜，且陶瓷塗層隔膜的厚度為20～25μm，孔隙率為25％～50％。相對於現有技術，本發明所述的改善低溫充電性能的鋰離子電池具有以下優勢：本發明所述的改善低溫充電性能的鋰離子電池，通過對負極材料和電解液的優選處理，以及與正極的相互配合，極大的降低低溫下電池的內阻，提升電池的低溫充放電能力。具體實施方式除非另外說明，本文中所用的術語均具有本領域技術人員常規理解的含義，為了便於理解本發明，將本文中使用的一些術語進行了下述定義。所有的數字標識，例如pH、溫度、時間、濃度，包括範圍，都是近似值。要了解，雖然不總是明確的敘述所有的數字標識之前都加上術語「約」。同時也要了解，雖然不總是明確的敘述，本文中描述的試劑僅僅是示例，其等價物是本領域已知的。下面結合實施例來詳細說明本發明。對比例一種改善低溫充電性能的鋰離子電池，包括正極片、負極片、隔膜和電解液；所述正極片包括正極集流體以及如下質量份數的正極材料：95份鎳鈷錳酸鋰，3份導電炭黑和2份聚偏氟乙烯。所述負極片包括負極集流體以及如下質量份數的負極材料：94份人造石墨，2份導電炭黑，2份羧甲基纖維素鈉和2份丁苯橡膠。所述隔膜為陶瓷塗層隔膜，所述陶瓷塗層隔膜的厚度為22μm，孔隙率為25％～50％。所述電解液包括電解質、溶劑和成膜添加劑，所述電解液的質量為39g，所述電解質為六氟磷酸鋰，所述六氟磷酸鋰的濃度為1.0mol/L，所述溶劑包括如下體積份數的物質：25份碳酸乙烯酯EC、5份碳酸丙烯酯PC，15份碳酸二乙酯DEC和55份碳酸甲乙烯酯EMC，所述成膜添加劑包括如下體積份數的物質：2份碳酸亞乙烯酯VC，1份亞硫酸丙烯酯PS。正極集流體為鋁箔，負極集流體為銅箔，所述正極片上正極材料的塗布面密度為30～32mg/cm2,負極片上負極材料的塗布面密度為16～18mg/cm2。實施例1一種改善低溫充電性能的鋰離子電池，包括正極片、負極片、隔膜和電解液；所述正極片包括正極集流體以及如下質量份數的正極材料：95份鎳鈷錳酸鋰，3份導電炭黑和2份聚偏氟乙烯。所述負極片包括負極集流體以及如下質量份數的負極材料：94份包覆型人造石墨，2份導電炭黑，2份羧甲基纖維素鈉和2份丁苯橡膠，所述包覆層為軟碳，包覆層的質量佔包覆型人造石墨的質量的3％。所述隔膜為陶瓷塗層隔膜，所述陶瓷塗層隔膜的厚度為22μm，孔隙率為25％～50％。所述電解液包括電解質、溶劑和成膜添加劑，所述電解液的質量為39g，所述電解質為六氟磷酸鋰，所述六氟磷酸鋰的濃度為1.2mol/L，所述溶劑包括如下體積份數的物質：25份碳酸乙烯酯EC、5份碳酸丙烯酯PC，15份碳酸二乙酯DEC和55份碳酸甲乙烯酯EMC，所述成膜添加劑包括如下體積份數的物質：1.5份碳酸亞乙烯酯VC，0.5份亞硫酸丙烯酯PS和1份氟代碳酸乙烯酯FEC。正極集流體為鋁箔，負極集流體為銅箔。所述正極片上正極材料的塗布面密度為30～32mg/cm2,負極片上負極材料的塗布面密度為16～18mg/cm2。實施例2一種改善低溫充電性能的鋰離子電池，包括正極片、負極片、隔膜和電解液；所述正極片包括正極集流體以及如下質量份數的正極材料：95份鎳鈷錳酸鋰，3份導電炭黑和2份聚偏氟乙烯。所述負極片包括負極集流體以及如下質量份數的負極材料：94份包覆型人造石墨，2份導電炭黑，2份羧甲基纖維素鈉和2份丁苯橡膠，所述包覆層為軟碳，包覆層的質量佔包覆型人造石墨的質量的5％。所述隔膜為陶瓷塗層隔膜，所述陶瓷塗層隔膜的厚度為22μm，孔隙率為25％～50％。所述電解液包括電解質、溶劑和成膜添加劑，所述電解液的質量為40g，所述電解質為六氟磷酸鋰，所述六氟磷酸鋰的濃度為1.2mol/L，所述溶劑包括如下體積份數的物質：25份碳酸乙烯酯EC、5份碳酸丙烯酯PC，15份碳酸二乙酯DEC和55份碳酸甲乙烯酯EMC；所述成膜添加劑包括如下體積份數的物質：2份碳酸亞乙烯酯VC，1份亞硫酸丙烯酯PS和1份氟代碳酸乙烯酯FEC。正極集流體為鋁箔，負極集流體為銅箔，所述正極片上正極材料的塗布面密度為30～32mg/cm2,負極片上負極材料的塗布面密度為16～18mg/cm2。實施例3一種改善低溫充電性能的鋰離子電池，包括正極片、負極片、隔膜和電解液；所述正極片包括正極集流體以及如下質量份數的正極材料：94份鎳鈷錳酸鋰，2份導電炭黑和2份聚偏氟乙烯。所述負極片包括負極集流體以及如下質量份數的負極材料：94份包覆型人造石墨，1.5份導電炭黑，1.5份羧甲基纖維素鈉和2份丁苯橡膠，所述包覆層為硬碳，包覆層的質量佔包覆型人造石墨的質量的3％。所述隔膜為陶瓷塗層隔膜，所述陶瓷塗層隔膜的厚度為22μm，孔隙率為25％～50％。所述電解液包括電解質、溶劑和成膜添加劑，所述電解液的質量為39g，所述電解質為六氟磷酸鋰，所述六氟磷酸鋰的濃度為1.3mol/L，所述溶劑包括如下體積份數的物質：23份碳酸乙烯酯EC、3份碳酸丙烯酯PC，13份碳酸二乙酯DEC和53份碳酸甲乙烯酯EMC；所述成膜添加劑包括如下體積份數的物質：1.0份碳酸亞乙烯酯VC，1.0份亞硫酸丙烯酯PS和1.0份氟代碳酸乙烯酯FEC。正極集流體為鋁箔，負極集流體為銅箔，所述正極片上正極材料的塗布面密度為30～32mg/cm2,負極片上負極材料的塗布面密度為16～18mg/cm2。實施例4一種改善低溫充電性能的鋰離子電池，包括正極片、負極片、隔膜和電解液；所述正極片包括正極集流體以及如下質量份數的正極材料：96份鎳鈷錳酸鋰，3份導電炭黑和3份聚偏氟乙烯。所述負極片包括負極集流體以及如下質量份數的負極材料：96份包覆型人造石墨，2份導電炭黑，2份羧甲基纖維素鈉和3份丁苯橡膠，所述包覆層為軟碳，包覆層的質量佔包覆型人造石墨的質量的4％。所述隔膜為陶瓷塗層隔膜，所述陶瓷塗層隔膜的厚度為23μm，孔隙率為25％～50％。所述電解液包括電解質、溶劑和成膜添加劑，所述電解液的質量為42g，所述電解質為六氟磷酸鋰，所述六氟磷酸鋰的濃度為1.3mol/L，所述溶劑包括如下體積份數的物質：25份碳酸乙烯酯EC、5份碳酸丙烯酯PC，15份碳酸二乙酯DEC和55份碳酸甲乙烯酯EMC，所述成膜添加劑包括如下體積份數的物質：2份碳酸亞乙烯酯VC和2份亞硫酸丙烯酯PS。正極集流體為鋁箔，負極集流體為銅箔，所述正極片上正極材料的塗布面密度為30～32mg/cm2,負極片上負極材料的塗布面密度為16～18mg/cm2。以上對比例和實施例1～4中的電池均由以下生產工藝製得：勻漿、塗布、碾壓、模切、疊片、焊接、封裝、注液和預化成。為便於比較，上述對比例和實施例1～4中採用的電池均為同一型號(55140185)10Ah的電池，且電芯的生產工藝相同，上述對比例和實施例1～4不同之處在於負極材料和注入的電解液不同。對製備完成的電池進行如下的低溫測試：-10℃下將電芯0.2C恆流充電到4.15V，0.3C放電至2.75V，測試了電芯低溫充電前後2C倍率放電DCR的變化，及低溫充電容量保持率，測試結果見表1和表2。表1電芯低溫充電前後2C倍率放電DCR的變化方案低溫充電前2C放電DCR/mΩ低溫充電後2C放電DCR/mΩ對比例6.98.5實施例15.355.42實施例25.055.13實施例35.525.64實施例45.395.35表2低溫充電容量保持率方案0.2C充電容量@-10℃/0.2C充電容量@25℃對比例80.3％實施例190.23％實施例291.5％實施例387.2％實施例492.3％從數據可以看出，使用包覆後負極材料以及低溫電解液配方的實施例1～4電芯2C放電DCR均低於對比例，且在低溫充電後電芯的DCR增幅不大。可見，本發明的電池在低溫下具有較優異的充電性能，且電芯拆解後沒有出現析鋰現象。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。當前第1頁1 2 3