[发明专利]一种锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池，包括正极片、负极片、设置在所述正极片与所述负极片之间的隔膜以及电解液；其中，所述正极片的活性物质包括纳米化的镍基普鲁士蓝材料；所述负极片的活性物质包括表面经过碳包覆处理的石墨材料；所述隔膜为表面涂覆有陶瓷材料的聚烯烃膜；所述电解液为具有低温性能的电解液。相比于现有技术，本发明提供的电池，以纳米化的镍基普鲁士蓝材料为正极、碳包覆的石墨材料为负极，与表面涂覆陶瓷材料的隔膜制备成电芯，并置于具有低温性能的电解液中共同作用，使得本电池实现了在超低温‑70℃下仍具有可逆的充放电性能和优异的容量保持率，同时保证了电池使用的安全性能。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种锂离子电池及其制备方法。

背景技术

常规使用的锂离子电池在低温下表现出较差的放电比容量，甚至很难进行正常的充放电。这主要存在两方面原因：一方面是由于所用碳酸酯类电解液在低温下凝固或者部分凝固，导致离子电导率急剧下降；另一方面则是受到传统的嵌入化合物单机材料在低温下界面脱溶剂化和电荷转移的限制，再加上本征离子扩散系数降低，因此电池整体的电化学性能迅速下降。

据报道，当前的锂离子电池在-40℃时的放电容量仅保持常温容量的12％左右，显然不能满足特殊使用环境，如高海拔地区、航空航天、军事应用等领域的应用需求。因此，如何改善锂离子电池的低温性能，设计并开发高性能的低温电池体系，是当前研究的热点方向。

发明内容

本发明的目的之一在于：通过提供一种锂离子电池，解决了现有的锂离子电池在低温条件下充放电性能差的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子电池，包括正极片、负极片、设置在所述正极片与所述负极片之间的隔膜以及电解液；其中，所述正极片的活性物质包括纳米化的镍基普鲁士蓝材料；所述负极片的活性物质包括表面经过碳包覆处理的石墨材料；所述隔膜为表面涂覆有陶瓷材料的聚烯烃膜；所述电解液为具有低温性能的电解液。

本发明提供的电池，以纳米化的镍基普鲁士蓝材料为正极、碳包覆的石墨材料为负极，与表面涂覆陶瓷材料的隔膜制备成电芯，并置于具有低温性能的电解液中共同作用，使得本电池实现了在超低温-70℃下仍具有可逆的充放电性能和优异的容量保持率，同时保证了电池使用的安全性能。

其中，纳米化的镍基普鲁士蓝材料具有嵌入式赝电容行为，该行为可促进界面处脱溶剂化过程；同时，碳包覆的负极可增加石墨的导电性，不仅提高锂离子的传输速率且可以提供更多的嵌入锂位点，降低了低温情况下的充电析锂风险，降低了不可逆容量损失，还改善了电解液与负极的相容性，降低了具有低温性能电解液中的溶剂分子容易与锂离子一起共嵌进石墨负极中的概率，与正极协同作用使得电池内部具有较快的离子扩散系数，可加速离子从界面到本征材料的扩散；而采用的隔膜可中和电解液中游离的HF，提升电池的耐酸性，提高安全性能。通过四者的相互影响，相互促进，保证了本电池在低温下表现出的优异低温性能。

优选的，所述镍基普鲁士蓝材料为开放式框架结构。该开放式框架结构可进行快速离子传导的开放纳米框架，离子扩散系数在常温下可达到10^-9cm²/s，在低温-70℃时仍高达10^-10cm²/s。

优选的，所述石墨材料为具有大层间距小粒径的石墨材料。采用大层间距的石墨材料可以提高锂离子传输的速率，而控制石墨的粒径为小粒径则可以减少锂离子传输路径，更加配合正极材料、隔膜和电解液的作用，提升电池的低温性能。

优选的，所述电解液包括LiPF₆、LiBF₄、LiBOB、LiDFOB、LiFSi、LiTFSi、LiPF₂O₂中的至少两种锂盐和溶剂。