一种耐低温锂离子电池的制备方法与流程

1.本发明涉及锂离子电池，具体公开了一种耐低温锂离子电池的制备方法。


背景技术：

2.锂离子电池是一种二次电池即充电电池，俗称锂电池，它依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。锂离子电池通过锂离子在两极之间往返嵌入和脱嵌来实现充放电，充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电则相反。
3.锂离子电池具有电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能好、自放电小、快速充电等优点，一般锂离子电池的工作温度为
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25～40℃，随着应用的领域越来越广，现需要锂离子电池能够在
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40℃的环境也能够实现正常工作，但现有技术中，锂离子电池在低温环境下活性物质的扩散系数低、离子的电导率低，严重影响锂离子电池的运行效率。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种耐低温锂离子电池的制备方法，在低温环境下能够保持较高的离子嵌入和脱嵌效率，低温条件下的充放电性能好。
5.为解决现有技术问题，本发明公开一种耐低温锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：s1、制备低温电解液，混合以下质量份数的材料：10～15份锂盐、80～90份非水有机溶剂和1～5份耐低温添加剂；s2、制备正极浆料，混合以下质量份数的材料：88～95份锂金属氧化物颗粒、3～6份导电剂、3～7份水性粘结剂和1～3份耐低温活性剂；s3、制备负极浆料，混合以下质量份数的材料：89～96份石墨、2～5份导电剂、3～8份聚合物、1～3份纤维素、2～6份水性粘结剂和1～3份耐低温活性剂；s4、准备洁净铝片，将铝箔放入弱酸溶液和去离子水中清洗表面的氧化层，将清洗后铝箔放入充满惰性气体的密闭空间中，使用惰性气体组成的高温气流对铝箔进行烘干，获得洁净铝片；s5、制备电极基体，在密闭空间内使用惰性气体携带纯铝颗粒喷射洁净铝片的表面，令洁净铝片的表面形成粗糙的结构面，获得电极基体；s6、制备正极片，在密闭空间内对电极基体的表面先喷涂纳米氧化银和/或导电碳纳米管，再对电极基体喷涂正极浆料，干燥后获得正极片；s7、制备负极片，在密闭空间内对电极基体的表面先喷涂纳米氧化银和/或导电碳纳米管，再对电极基体喷涂负极浆料，干燥后获得正极片；s8、叠片组装，准备隔膜、电池壳、电池盖，叠放正极片、隔膜和负极片获得电芯，将电芯放入电池壳中，向电池壳中注入耐低温电解液，使用电池盖对电池壳进行密封，获得耐低温锂离子电池。
6.进一步的，在步骤s1中，锂盐包括摩尔比为3:7的以下组份：二氟草酸硼酸锂和二
草酸硼酸锂，非水有机溶剂包括以下质量份数的组份：1份碳酸丙烯酯、2份亚硫酸二甲酯和1份亚硫酸丙烯酯。
7.进一步的，在步骤s1中，耐低温添加剂包括以下质量份数的组份：4份甲酸甲酯和1份亚硫酸乙烯酯。
8.进一步的，在步骤s2中，锂金属氧化物颗粒为磷酸铁锂颗粒。
9.进一步的，在步骤s2和s3中，导电剂为乙炔黑、石墨烯和科琴黑中的一种或多种，水性粘结剂为聚丙烯酸酯、聚乙烯醇或聚四氟乙烯乳液中的一种。
10.进一步的，在步骤s2和s3中，耐低温活性剂包括以下质量份数的组份：5～10份氯化钾、1～5份甲基磺酸锡和0.1～1份钨酸亚钴。
11.进一步的，在步骤s3中，聚合物为聚苯胺，纤维素为羧甲基纤维素。
12.进一步的，在步骤s4中，烘干温度为100～150℃。
13.进一步的，在步骤s5中，纯铝颗粒的喷射压强为1.2～2mpa。
14.进一步的，在步骤s6和s7中，正极浆料和负极浆料的喷涂厚度均为5～10μm。
15.本发明的有益效果为：本发明公开一种耐低温锂离子电池的制备方法，通过在电解液中增加能与废水有机溶剂有效相融的耐低温添加剂，能够有效提高电解液在低温环境下的电导率，从而有效避免低温下两极间锂离子往返运动的阻抗增大，且在正负极片中均加入有耐低温活性剂，能够有效确保低温环境下电极片的活性，在低温环境下能够保持有较高的离子嵌入和脱嵌效率，低温条件下的充放电性能好；铝箔在喷涂电极浆料前经过弱酸清洁和纯铝颗粒冲刷，能够有效令铝箔形成导电效果好且粘附效率高的表面，可进一步其提高电极片中铝箔与电极浆料之间的紧密接触效果，此外，电极浆料和铝箔之间形成的纳米级导电材料能够进一步确保电极片的导电性能。
具体实施方式
16.为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
17.本发明实施例公开一种耐低温锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：s1、制备低温电解液，使用真空搅拌桶混合以下质量份数的材料：10～15份锂盐、80～90份非水有机溶剂和1～5份耐低温添加剂，获得耐低温电解液；s2、制备正极浆料，使用真空搅拌桶混合以下质量份数的材料：88～95份锂金属氧化物颗粒、3～6份导电剂、3～7份水性粘结剂和1～3份耐低温活性剂，获得正极浆料；s3、制备负极浆料，使用真空搅拌桶混合以下质量份数的材料：89～96份石墨、2～5份导电剂、3～8份聚合物、1～3份纤维素、2～6份水性粘结剂和1～3份耐低温活性剂，获得负极浆料，优选地，石墨为升温至300摄氏度的人造石墨，能够有效提高混合的效果，还能有效提高石墨的活性，从而提高负极浆料的性能；s4、准备洁净铝片，将至少两片铝箔放入弱酸溶液和去离子水中清洗铝箔表面的氧化层，优选地，弱酸采用质量浓度为3～5％的硝酸溶液，弱酸和去离子水混合的质量份数为6～10份和30～40份，将清洗后铝箔放入充满惰性气体的密闭空间中，使用惰性气体组成的高温气流对铝箔进行烘干，获得洁净铝片；s5、制备电极基体，在密闭空间内通过气泵或喷枪使用惰性气体携带纳米级的纯
铝颗粒喷射洁净铝片的表面，进一步清除其表面的杂质，并令洁净铝片的表面形成粗糙的结构面，获得电极基体；s6、制备正极片，在密闭空间内对电极基体的表面先喷涂纳米氧化银和/或导电碳纳米管，再对涂布有纳米氧化银和/或导电碳纳米管层的电极基体喷涂正极浆料，干燥后获得正极片；s7、制备负极片，在密闭空间内对电极基体的表面先喷涂纳米氧化银和/或导电碳纳米管，再对，涂布有纳米氧化银和/或导电碳纳米管层的电极基体喷涂负极浆料，干燥后获得正极片；s8、叠片组装，准备隔膜、电池壳、电池盖，叠放至少一组正极片、隔膜和负极片获得电芯，即交替叠放正极片和负极片，隔膜叠放于相邻的正极片和负极片之间，将电芯放入电池壳中，向电池壳中注入耐低温电解液，最后使用电池盖对电池壳进行密封，获得耐低温锂离子电池，对耐低温锂离子电池进行化成能够激活正极片和负极片的活性。
18.本发明在耐低温电解液中增加能与非水有机溶剂可有效相融的耐低温添加剂，可有效提高电解液在低温环境下的性能，在正极浆料和负极浆料中加入耐低温活性剂，能够有效提高电极浆料在低温环境下的充放电性能，而电极片的表面为电极浆料，能够高效地提高锂离子电池在低温环境下的充放电性能；铝箔表面的氧化铝会影响铝箔与电极浆料之间的导电效果，通过弱酸能够有效清除铝箔表面的氧化膜，确保铝箔与电极浆料之间能够获得可靠的导电接触效果，且携带纯铝颗粒的气流不仅能够通过提高铝箔表面粗糙度来提高后续电极片制备的可靠性，还能够进一步清除铝箔表面的杂质，进一步提高铝箔与电极浆料之间的导电接触效果；在喷涂电极浆料之间，先喷涂纳米级的导电材料可有效确保电极浆料与铝箔之间能够进一步形成优良可靠的导电接触结构，可有效提高电极在各种环境条件下充放电性能。
19.在本实施例中，在步骤s1中，锂盐包括摩尔比为3:7的以下组份：二氟草酸硼酸锂和二草酸硼酸锂，非水有机溶剂包括以下质量份数的组份：1份碳酸丙烯酯、2份亚硫酸二甲酯和1份亚硫酸丙烯酯。
20.在本实施例中，在步骤s1中，耐低温添加剂包括以下质量份数的组份：4份甲酸甲酯和1份亚硫酸乙烯酯。
21.在本实施例中，在步骤s2中，锂金属氧化物颗粒为磷酸铁锂颗粒。
22.在本实施例中，在步骤s2和s3中，导电剂为乙炔黑、石墨烯和科琴黑中的一种或多种，水性粘结剂为聚丙烯酸酯、聚乙烯醇或聚四氟乙烯乳液中的一种。
23.在本实施例中，在步骤s2和s3中，耐低温活性剂包括以下质量份数的组份：5～10份氯化钾、1～5份甲基磺酸锡和0.1～1份钨酸亚钴。
24.在本实施例中，在步骤s3中，聚合物为聚苯胺，纤维素为羧甲基纤维素。
25.在本实施例中，在步骤s4中，烘干温度为100～150℃。
26.在本实施例中，在步骤s5中，纯铝颗粒的喷射压强为1.2～2mpa，能够有效确保高压纯铝颗粒对洁净铝片表面形成的冲击效果，能够提高其清洁和粗化的效果。
27.在本实施例中，在步骤s6和s7中，正极浆料和负极浆料的喷涂厚度均为5～10μm，优选地，铝箔的厚度为12～30μm，喷涂压力为0.8～1.5mpa。
28.实施例一一种耐低温锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：s1、制备低温电解液，使用真空搅拌桶混合以下质量份数的材料：12份锂盐、85份非水有机溶剂和2份耐低温添加剂，获得耐低温电解液，锂盐包括摩尔比为3:7的以下组份：二氟草酸硼酸锂和二草酸硼酸锂，非水有机溶剂包括以下质量份数的组份：1份碳酸丙烯酯、2份亚硫酸二甲酯和1份亚硫酸丙烯酯，耐低温添加剂包括以下质量份数的组份：4份甲酸甲酯和1份亚硫酸乙烯酯；s2、制备正极浆料，使用真空搅拌桶混合以下质量份数的材料：90份锂金属氧化物颗粒、3份导电剂、4份水性粘结剂和1份耐低温活性剂，获得正极浆料，锂金属氧化物颗粒为磷酸铁锂颗粒，导电剂为乙炔黑，水性粘结剂为聚丙烯酸酯，耐低温活性剂包括以下质量份数的组份：6份氯化钾、2份甲基磺酸锡和0.3份钨酸亚钴；s3、制备负极浆料，使用真空搅拌桶混合以下质量份数的材料：90份石墨、3份导电剂、4份聚合物、1份纤维素、3份水性粘结剂和1份耐低温活性剂，获得负极浆料，导电剂为乙炔黑，水性粘结剂为聚丙烯酸酯，耐低温活性剂包括以下质量份数的组份：6份氯化钾、2份甲基磺酸锡和0.3份钨酸亚钴，聚合物为聚苯胺，纤维素为羧甲基纤维素；s4、准备洁净铝片，将至少两片铝箔放入弱酸溶液和去离子水中清洗铝箔表面的氧化层，弱酸采用质量浓度为3％的硝酸溶液，弱酸和去离子水混合的质量份数为8份和32份，将清洗后铝箔放入充满惰性气体的密闭空间中，使用惰性气体组成的120℃的气流对铝箔进行烘干，获得洁净铝片，铝箔的厚度为20μm；s5、制备电极基体，在密闭空间内通过气泵或喷枪使用惰性气体携带纳米级的纯铝颗粒喷射洁净铝片的表面，进一步清除其表面的杂质，并令洁净铝片的表面形成粗糙的结构面，获得电极基体，纯铝颗粒的喷射压强为1.8mpa；s6、制备正极片，在密闭空间内对电极基体的表面先喷涂纳米氧化银和/或导电碳纳米管，再对涂布有纳米氧化银和/或导电碳纳米管层的电极基体喷涂正极浆料，干燥后获得正极片，喷涂压力为1.2mpa，正极浆料的喷涂厚度为8μm；s7、制备负极片，在密闭空间内对电极基体的表面先喷涂纳米氧化银和/或导电碳纳米管，再对，涂布有纳米氧化银和/或导电碳纳米管层的电极基体喷涂负极浆料，干燥后获得正极片，喷涂压力为1.2mpa，正极浆料的喷涂厚度为5μm；s8、叠片组装，准备隔膜、电池壳、电池盖，叠放至少一组正极片、隔膜和负极片获得电芯，将电芯放入电池壳中，向电池壳中注入耐低温电解液，最后使用电池盖对电池壳进行密封，获得耐低温锂离子电池，对耐低温锂离子电池进行化成激活正极片和负极片的活性。
29.实施例一制得的锂离子电池，在
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40℃的环境下2c的放电效率为81.2％，在25℃的环境下2c的首次放电效率为87.1％，实施例一制得的锂离子电池在
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40℃的低温环境下的放电效率明显高于一般锂离子电池50～60％的低温放电效率。
30.实施例二一种耐低温锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：s1、制备低温电解液，使用真空搅拌桶混合以下质量份数的材料：13份锂盐、86份非水有机溶剂和3份耐低温添加剂，获得耐低温电解液，锂盐包括摩尔比为3:7的以下组份：
二氟草酸硼酸锂和二草酸硼酸锂，非水有机溶剂包括以下质量份数的组份：1份碳酸丙烯酯、2份亚硫酸二甲酯和1份亚硫酸丙烯酯，耐低温添加剂包括以下质量份数的组份：4份甲酸甲酯和1份亚硫酸乙烯酯；s2、制备正极浆料，使用真空搅拌桶混合以下质量份数的材料：92份锂金属氧化物颗粒、4份导电剂、4份水性粘结剂和2份耐低温活性剂，获得正极浆料，锂金属氧化物颗粒为磷酸铁锂颗粒，导电剂为乙炔黑，水性粘结剂为聚丙烯酸酯，耐低温活性剂包括以下质量份数的组份：6份氯化钾、3份甲基磺酸锡和0.4份钨酸亚钴；s3、制备负极浆料，使用真空搅拌桶混合以下质量份数的材料：91份石墨、4份导电剂、4份聚合物、2份纤维素、3份水性粘结剂和2份耐低温活性剂，获得负极浆料，导电剂为乙炔黑，水性粘结剂为聚丙烯酸酯，耐低温活性剂包括以下质量份数的组份：6份氯化钾、3份甲基磺酸锡和0.4份钨酸亚钴，聚合物为聚苯胺，纤维素为羧甲基纤维素；s4、准备洁净铝片，将至少两片铝箔放入弱酸溶液和去离子水中清洗铝箔表面的氧化层，弱酸采用质量浓度为3％的硝酸溶液，弱酸和去离子水混合的质量份数为8份和32份，将清洗后铝箔放入充满惰性气体的密闭空间中，使用惰性气体组成的120℃的气流对铝箔进行烘干，获得洁净铝片，铝箔的厚度为18μm；s5、制备电极基体，在密闭空间内通过气泵或喷枪使用惰性气体携带纳米级的纯铝颗粒喷射洁净铝片的表面，进一步清除其表面的杂质，并令洁净铝片的表面形成粗糙的结构面，获得电极基体，纯铝颗粒的喷射压强为2mpa；s6、制备正极片，在密闭空间内对电极基体的表面先喷涂纳米氧化银和/或导电碳纳米管，再对涂布有纳米氧化银和/或导电碳纳米管层的电极基体喷涂正极浆料，干燥后获得正极片，喷涂压力为1.2mpa，正极浆料的喷涂厚度为7μm；s7、制备负极片，在密闭空间内对电极基体的表面先喷涂纳米氧化银和/或导电碳纳米管，再对，涂布有纳米氧化银和/或导电碳纳米管层的电极基体喷涂负极浆料，干燥后获得正极片，喷涂压力为1.2mpa，正极浆料的喷涂厚度为5μm；s8、叠片组装，准备隔膜、电池壳、电池盖，叠放至少一组正极片、隔膜和负极片获得电芯，将电芯放入电池壳中，向电池壳中注入耐低温电解液，最后使用电池盖对电池壳进行密封，获得耐低温锂离子电池，对耐低温锂离子电池进行化成激活正极片和负极片的活性。
31.实施例二制得的锂离子电池，在
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40℃的环境下2c的放电效率为83.4％，在25℃的环境下2c的首次放电效率为88.2％，实施例二制得的锂离子电池在
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40℃的低温环境下的放电效率明显高于一般锂离子电池50～60％的低温放电效率。
32.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。