[发明专利]一种超低温锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超低温锂离子电池及其制备方法，本发明从提高锂离子在活性材料中的扩散能力和电极界面性能的角度入手，通过优化材料性能和改进制浆工艺，有效提高了锂离子电化学可逆性能和低温导电性能，改善了电极比容量。本发明所述制备方法制备出的锂离子电池在‑60℃的超低温环境条件下0.2C放电，容量保持率仍可达到80％以上，并且‑60℃的温度条件下可以正常充电，突破了传统锂离子电池在低于‑20℃低温条件时难以正常使用的技术难题，大大拓宽了锂离子电池在军用装备上的应用范围。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池，具体涉及一种超低温锂离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为新一代的绿色能源，具有工作电压高、循环寿命长、质量轻、能量密度高、倍率性能和安全性能好、自放电小、无记忆效应、无环境污染等优点，被广泛的应用到电子、交通、医疗、航空等各个领域中，随着应用领域及应用范围的不断拓展，对电池的性能也提出了更高的要求。而传统锂离子电池的低温放电性能较差，尤其是低温充电性能差，大多数锂电池在-20℃以下难以正常使用，大大制约了其在高纬度、高海拔地区和水下低温环境中的应用。

另外，锂离子电池在低温环境下充电会极大地影响电池的电化学性能。锂离子电池低温无法充电的问题，大大制约了其在特殊环境领域的应用。传统的锂离子电池工作温度一般在-20℃到60℃，相当多的应用环境尤其是军用装备需要达到比这个工作温度更宽的适应范围。但低温下锂电池的放电容量会严重下降，如在-40℃时，锂离子电池的低温放电容量只能达到室温放电容量10％-30％，放电倍率性能也下降很大，在-60℃的超低温环境根本无法正常使用。因此提高锂离子电池在超低温状态下的性能是锂离子电池广泛应用迫切要解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种超低温锂离子电池及其制备方法，突破了传统锂离子电池在低于-20℃低温条件时难以正常使用的技术难题，大大拓宽了锂离子电池在军用装备上的应用范围。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种正极活性材料的制备方法，首先将稀土金属氧化物和碱土金属氧化物按质量比1:1混合均匀，然后按质量份计，取0.05-5份混合好的粉体添加到100份LiCoO₂中，混合均匀后进行烧结，形成LiCoMO化合物，经气流粉碎和分级处理后即得，其中M表示稀土元素和碱土金属的混合物。

进一步地，所述烧结的条件为在惰性气体氛围中温度850℃-950℃下烧结10h～15h；所述稀土元素包括Sc、Y、La、Ce、Nd、Gd和Sm中的一种，所述碱土金属包括Mg。

一种正极活性材料，所述正极活性材料由上述制备方法制备而成，所述正极活性材料的粒径D50为4μm-7μm。

一种超低温锂离子电池制备方法，首先分别制备正极浆料和负极浆料，然后将制备的正极浆料按面密度300g/m²-400g/m²，压实密度3.4kg/m³-4.0kg/m³进行涂布，负极浆料按面密度150g/m²-220g/m²，压实密度1.3kg/m³-1.6kg/m³进行涂布；最后再经裁切、卷绕或叠层、封装后，即可；所述正极浆料通过正极活性材料制备而成，所述正极活性材料上述制备方法制备而成。

进一步地，所述正极浆料的制备方法如下：

(1)按重量份计，将90-97份正极活性材料、1.5-6份聚偏氟乙烯和1-2份超导炭黑在行星式搅拌机中以每分钟5m-10m的线速度混合30min-60min后，再加入0.5-2份碳纳米管，继续在行星式搅拌机中混合；

(2)加注N-甲基吡咯烷酮溶液进行稀释，停止加注后，继续搅拌一定时间；