[发明专利]一种具有低温快充性能的锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有低温快充性能的锂离子二次电池。

背景技术

锂离子电池作为一种清洁环保的功能元件，目前已经在越来越多的领域得到了越来越广泛的应用。例如，在消费电子产品领域、电动车领域、储能系统领域以及最近新兴的平衡车领域等。

其中，在电动车领域，例如快递电动车，在我国北方寒冷的冬季，低温条件下，放电困难，更不用说在室外低温环境下进行充电操作了，为此，给使用者带来了很大的不便。因此，如何在低温下实现充放电是本领域技术人员急需解决的技术问题。而为了解决上述技术问题，申请号2016101846435（非水电解液及包含它的锂离子电池）中提出了对电池的电解液进行改进，即电解液中采用了环状硫酸酯类化合物和钠盐作为添加剂，从而不仅能够提高锂离子电池的高温循环性能，同时还能在-10℃的温度条件下，0.5C放电至3.0V，其放电容量能达到常温放电容量的78.37%，而申请号2014103742643（锂离子电池及其电解液）中通过改进电解液，添加氟代碳酸乙烯酯，使得该锂电池在-10℃的温度条件下，0.5C放电至3.0V，其放电容量能达到常温放电容量的95%，而对于快递员来说，如果在户外作业过程中电量不足时，则需在户外进行充电，而目前并没有能够在低温下充电的锂电池以满足其需要。为此，如何在低温条件下实现充电是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有低温快充性能的锂离子二次电池，其在-20℃、-30℃的低温下仍有较好的充电性能，能够满足用户需求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有低温快充性能的锂离子二次电池，所述电池包括正极活性材料、负极活性材料，所述负极活性材料包括如下质量分数的组分：30%~45%表面包覆有一层超导炭黑的多晶硅、20%~40%天然石墨、10%~20%锗材料、5%~10%中间相碳微球、5%~10%氟化碳、1%~3%镍化物。

优选地，所述负极活性材料中还掺杂有1%~5%的焦粉。

优选地，所述的锗材料选自二氧化锗、纳米锗中的一种或两者的组合。

优选地，所述正极活性材料包括如下质量分数的组分：40%~70%镍钴锰酸锂、10%~30%锰酸锂、10%~30钴酸锂，其中，所述锰酸锂的表面还包覆有一层包含选自镁、锌、硼、钛、钒、铝、锆元素中的至少一种的氧化物。

进一步优选地，所述正极活性材料中还掺杂有1%~5%的钛酸锂。

进一步优选地，所述正极活性材料中还掺杂有0.5%~1%石墨烯。

优选地，所述电池的电解液按重量份数计，包括有机溶剂73%~90%、添加剂7%~25%、锂盐0.5%~2%，其中的锂盐包括三氟甲基磺酸锂、高氯酸锂、甲基磺酰亚胺锂盐。

进一步优选地，所述的有机溶剂包括二甲基四氢呋喃、丙酸甲酯、碳酸甲异丙酯。

进一步优选地，所述的添加剂包括1,3-丙烷磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯。1,3-丙烷磺酸内酯能与氟代碳酸乙烯酯在负极表面还原形成HF气体之前在正极表面形成稳定的正极SEI保护膜，避免正极活性材料受到HF气体的腐蚀，同时还可在负极表面形成稳定的负极SEI保护膜，并提高负极SEI保护膜处的锂离子的传导性能，因此，锂离子电池的阻抗得到明显的降低，有效改善锂离子电池的低温放电倍率性能。

更进一步优选地，所述的添加剂中还包括亚硫酸丙烯酯、三（三甲基硅烷）硼酸酯、乙腈、碳酸亚乙烯酯中的至少一种。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的锂离子二次电池，其负极材料采用了包覆有一层超导炭黑的多晶硅、天然石墨、锗材料、中间相碳微球、氟化碳、镍化物，能够在电池充放电过程中向同向性的锂离子扩散提供通道，有效地改善了锂离子电池在低温下的充电性能，以满足用户的需求。本发明的锂离子二次电池，以容量为5000mAH的电池为例，其在-20℃，采用2C恒流充电至4.2V，再以4.2V的恒压充电至0.05C，期间，恒流充电时间19min时，其充电量能达到满容量的60%，而整个电池充满时间不超过91min；而在-30℃，采用1C恒流充电至4.2V，再以4.2V的恒压充电至0.05C过程中，恒流充电时间42min时，其充电量能达到满容量的68%，而整个电池充满时间不超过140min。

附图说明

附图1为实施例6中的锂离子电池在-20℃温度条件下，2C充电曲线图；