[发明专利]一种磁热辅助提高磷酸铁锂低温性能的方法及锂电池电芯

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种磁热辅助提高磷酸铁锂低温性能的方法及锂电池电芯。本发明通过卷绕电芯并进行磁性同向排布，使各电芯产生的磁场扩大，在电池启动过程中，快速提高的磁场使极片内的低居里点铁磁性颗粒产生微振动，从而对极片进行加热。在加热至铁磁性颗粒居里点附近时，铁磁性颗粒失去磁性，不再产生微振动，防止由于磁热效应导致电池温度过高。本发明通过磁热效应和电芯本身的磁场扩大使电池在低温下可以迅速启动，无需外加热源，其工艺简单可靠，具有极高的实用价值。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种磁热辅助提高磷酸铁锂低温性能的方法及锂电池电芯。

背景技术

近年来，锂离子电池在手机、笔记本电脑、新能源汽车以及储能等领域的广泛应用，对锂离子电池也提出了更高的要求，需要更高的能量密度、更好的循环寿命、更好的高低温充放电性能和安全性能等，这就要求锂离子电池用正极、负极材料需要得到进一步地发展与完善。锂离子电池的主要组成为正极、负极、电解液、隔膜以及封装组件。锂电池的负极材料对于电池的安全性能，能量密度及循环寿命等技术指标有重要的影响。

锂电池有很多种分类，其中的一种为磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池全称磷酸铁锂锂离子电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，现阶段，我们通常用正极材料来给电池命名，负极一般都是用石墨做负极，如三元电池，指的是用做正极材料的NCM或NCA，钴酸锂电池，则是用作正极材料的钴酸锂，同样，磷酸铁锂则是指用于正极的磷酸铁锂材料。

锂离子电池的正极为磷酸铁锂材料，其安全性能与循环寿命有较大优势，这些也正是动力电池最重要的技术指标之一。1C充放循环寿命可做到2000次，穿刺不爆炸，过充时不容易燃烧和爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易并串联使用。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入、脱嵌过程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。

和铅酸电池比起来，他有着良好的寿命，铅酸电池一般1-1.5年；和镍氢电池比起来，他有着更高的工作电压；和镍镉电池比起来，他有着更好的环境友好性，这也是磷酸铁锂战胜这些电池，掀起一阵锂电风暴的重要原因，虽然现阶段，三元电池的流行，但是由于三元电池存在高能量密度下难以控制的安全性问题，磷酸铁锂电池还处于大规模应用之中，不过，国内电池企业正在把磷酸铁锂电池向大型化发展，采取用高容量磷酸铁锂电池（100AH，甚至200AH的电池）。

磷酸铁锂电池的主要优势：

安全性能高

磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，磷酸铁锂分解温度约在600℃，因此拥有良好的安全性。虽然在过充情况下，出现过燃烧和爆炸，但其过充安全性较之普通液态电解液钴酸锂电池、三元电池，已大有改善。

长寿命

铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高约500次，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电(0.2C,5小时)使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池则是“新半年、旧半年、修修补补又半年”，最多也就1~1.5年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，理论寿命将达到7~8年。综合考虑，性能价格比理论上为铅酸电池的4倍以上。大电流放电可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C,而铅酸电池无此性能。

高温性能好

磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。工作温度范围宽广(-20C--+75C)，有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃，而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。

容量大

具有比普通电池(铅酸等)更大的容量，通过电池的能力密度就知道，铅酸电池的能量密度约在40WH/kg，市场上主流的磷酸铁锂电池，能量密度均做到90WH/kg以上。