一种改善循环性能的低温锂离子电池的制作方法

1.本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种改善循环性能的低温锂离子电池。


背景技术：

2.中国幅员辽阔，南北气候存在显著的差异，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
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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。
3.低温环境会严重影响锂离子电池的动力学性能，宏观表现为循环性能差，甚至低温无法充放电。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种改善循环性能的低温锂离子电池，本发明通过正极与负极材料的配合，有效改善电池低温下的循环性能。
5.为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种改善循环性能的低温锂离子电池，包括正极、负极、电解液和隔离膜；正极包括锰酸锂、导电剂、分散剂和粘结剂；负极包括二氧化钛、石墨、导电剂、分散剂和粘结剂。
6.优选正极还包括包覆有聚苯乙烯的ncm；其中，包覆有聚苯乙烯的ncm与锰酸锂的总量为100份计，锰酸锂占50份至80份。
7.本发明中锰酸锂与包覆有聚苯乙烯的ncm搭配，提升正极整体容量，同时，低温下，锂离子脱嵌位阻较小，与同样低温下锂离子脱嵌位阻较小的负极搭配，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌时，其阻力较小，sei膜消耗锂离子较少，宏观表现为循环性能增强。本发明中进一步限定锰酸锂与包覆有聚苯乙烯的ncm的用量比例，主要原因是锰酸锂的用量影响正极的容量，锰酸锂低温性能较包覆三元好，锰酸锂占比大，低温性能好。
8.优选负极按照质量分数包括：二氧化钛
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10%至30%；石墨
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61%至87%；导电剂
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1%至3%；分散剂
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1%至2%；粘结剂
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1%至5%。
9.本发明中负极掺杂二氧化钛比例越高，低温循环性能越好。
10.优选所述石墨的d50在5μm至15μm之间。本发明中石墨粒径小，所得低温电池动力学好，利于电池低温下运行。
11.优选所述导电剂为石墨烯、sp、碳纳米管和碳纤维中的一种或几种。本发明加入导电剂提升体系低温动力学性能。
12.优选所述粘结剂为聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的一种或几种。进一步优
选，优选pvdf，pvdf玻璃化转变温度为
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42℃，此列产品适用于
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40℃以上的低温体系。
13.本发明中其中，分散剂选用羧甲基纤维素钠（cmc）；隔膜选用聚乙烯涂覆陶瓷层隔膜，其中双面涂覆陶瓷层，陶瓷层总厚度为1μm至3μm，陶瓷层可提升保液量，有助于隔离膜低温下的导离子能力，陶瓷层太厚，降低体系能量密度。
14.优选所述电解液包括溶剂和锂盐；其中溶剂包括乙烯碳酸脂和甲酸甲酯，乙烯碳酸脂和甲酸甲酯的质量比为1至3：1。本发明中甲酸甲酯（mf）熔点达到
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99℃，是一种理想的低温溶剂，搭配乙烯碳酸脂（ec）可更好的溶解盐类和添加剂，mf可提升电解液低温离子电导率，但加量太多，影响锂盐和添加剂的溶解。
15.优选所述锂盐为liasf6，所述锂盐占电解液的质量百分比为1%至2%。liasf6作为锂盐添加量为1%至2%（质量百分比），锂盐提升电解液动力学性能，提升低温循环寿命。
16.优选所述电解液还包括添加剂，所述添加剂为亚硫酸丙酯，所述添加剂用量占电解液质量的1%至3%。本发明使用占电解液质量百分比为1%至3%的亚硫酸丙酯与锰酸锂搭配，可提升低温下体系的循环性能，添加剂太多，提升电解液阻抗，体系低温循环性能下降。
17.通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明正极选择低温性能好的锰酸锂材料，与含有石墨烯和二氧化钛的低温性能好的负极搭配，组成低温较好的体系；低温下，li

在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，所需的阻力较小，sei膜消耗较少，宏观表现为循环性能增强；本发明负极选用二氧化钛混合石墨，提升负极低温性能，通过优化电解液溶剂、添加剂和锂盐组成提高电解液的低温下工作能力，同时搭配适合的隔离膜，全方位的优化电池低温性能，使本体系下的电池可以在
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30℃下，完成充放电，并且循环寿命大于200周。
18.从而实现本发明的上述目的。
附图说明
19.图1是本发明中实施例1至5以及对比例所得锂离子电池在
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30℃的循环曲线。
具体实施方式
20.为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
21.实施例1本发明公开一种改善循环性能的低温锂离子电池，锂离子电池的组成以及各物质的用量详见表1所示；本实施例还公开了该锂离子电池制造工艺：正极或负极电极经过搅拌主材、涂布、冷压、分条，制片得到极片；将正负极极片与隔膜一起经过叠片或卷绕工艺制成裸电芯，再经过封装、注液、静置、化成后，制成2ah软包电池。
22.实施例2本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示。
23.实施例3本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示。
24.实施例4本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示。
25.实施例5本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示。
[0026] 表对比例和实施例1至5所得锂离子电池的组分和用量（质量百分比）将实施例1至5以及对比例将制得的软包电池，放置于
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30℃下，测试0.5c充电，1c放电的循环数据，记录200周循环曲线，数据如图1所示。
[0027]
计算实施例1至5以及对比例所得电池的能量密度如表2所示，其中，能量密度的计算方法为：第一圈循环容量比各电池整体质量所得数据。
[0028]
表2实施例1至5以及对比例所得锂离子电池在低温下的质量能量密度
结合图1和表2可知，对比例为常规电池体系，低温下能量密度有优势，但循环性能极差；实施例1至5所得低温电池在能量密度方面比常规电池体系略有降低，但循环性能有很大的提升，整体符合低温电池开发原则。
[0029]
本发明中锰酸锂与包覆有聚苯乙烯的ncm搭配，提升正极整体容量，同时，低温下，锂离子脱嵌位阻较小，与同样低温下锂离子脱嵌位阻较小的负极搭配，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌时，其阻力较小，sei膜消耗锂离子较少，宏观表现为循环性能增强。本发明中进一步限定锰酸锂与包覆有聚苯乙烯的ncm的用量比例，主要原因是锰酸锂的用量影响正极的容量，锰酸锂低温性能较包覆三元好，锰酸锂占比大，低温性能好。由实施例1与实施例5能量密度对比数据对比可见，正极混合改性三元材料，体系能量密度有所提升，但低温性能略有下降。
[0030]
由实施例1至3数据对比可见，负极掺杂二氧化钛比例越高，隔离膜陶瓷层越厚，提升保液量，低温循环性能越好，但体系能量密度下降；对比实施例1至5所得电池循环数据可知，电解液mf用量占比越大、锂盐用量越多，体系循环性能越好。
[0031]
本发明正极选择低温性能好的锰酸锂材料，与含有石墨烯和二氧化钛的低温性能好的负极搭配，组成低温较好的体系；低温下，li

在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，所需的阻力较小，sei膜消耗较少，宏观表现为循环性能增强；本发明负极选用二氧化钛混合石墨，提升负极低温性能，通过优化电解液溶剂、添加剂和锂盐组成提高电解液的低温下工作能力，同时搭配适合的隔离膜，全方位的优化电池低温性能，使本体系下的电池可以在
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30℃下，完成充放电，并且循环寿命大于200周。由此可见，本发明提出电池体系适用于低温环境。