[发明专利]一种低温型长循环磷酸铁锂电池

说明书

本发明涉及磷酸铁锂电池技术领域，公开了一种低温型长循环磷酸铁锂电池，包括正极片、负极片和电解液，所述正极片包括正极集流体及涂覆在正极集流体上的正极浆料；所述正极浆料包括磷酸铁锂、多孔g‑C₃N₄纳米球、石墨烯和聚合物固体电解质；所述负极片包括负极集流体及涂覆在负极集流体上的负极浆料；所述负极浆料包括天然石墨、导电剂和粘结剂；所述电解液包括有机溶剂、锂盐、成膜添加剂和低温添加剂；所述有机溶剂包括不溶解锂盐的非水有机溶剂和羧酸酯类溶剂。本发明中的电解液中各组分及其配比可以优化SEI膜，还可以提高电池的低温放电和长循环性能；正极片和电解液的配合使用促进锂盐离子化，改善电池的循环性能和使用寿命。

技术领域

本发明涉及磷酸铁锂电池技术领域，尤其是涉及一种低温型长循环磷酸铁锂电池。

背景技术

目前，国内锂离子电池正极材料主要集中在锰酸锂、三元锂以及磷酸铁锂，其中，由于磷酸铁锂具有循环稳定性好、安全性高、原料来源丰富、不含有毒金属等优势，被认为是现存正极材料中最具有发展前景的材料之一。近几年来，磷酸铁锂动力电池以其绝对安全可靠、超长循环寿命、平稳的放电平台等优点备受全球锂电池专家的青睐，取得了迅速的发展。可以说磷酸铁锂动力电池完全解决了钴酸锂和锰酸锂电池的安全隐患问题，引领中国锂电池行业迈向新的时代。尤其是优异的循环性能，与其他传统的锂离子电池相比，磷酸铁锂动力电池1C放电使用长达2000次，容量保持率不低于80％。

尽管如此，但其自身也存在一定的不足，低温性能较差，使得磷酸铁锂电池在比较寒冷的地区无法使用，这在某种程度上也限制了磷酸铁锂电池的大规模商业化推广应用。为解决这一难题，进一步拓宽磷酸铁锂电池的应用领域，迫切需要改善磷酸铁锂电池的低温放电性能。另外，磷酸铁锂电池的能量密度偏低，可以通过增加正负极膜片的压实密度提高能量密度。但其会导致锂离子的扩散困难，同时电极片与电解液的浸润性变差，使得磷酸铁锂电池的循环寿命减少。公开号为CN106450436B的中国发明专利公开了一种低温型高能量密度磷酸铁锂电池，正极包括包覆型纳米级磷酸铁锂、聚偏氟乙烯、油性碳纳米管；负极包括多孔硅碳、羧甲基纤维素钠、粘结剂、SP型导电炭黑、C45型导电炭黑、KS-6型导电石墨；电池的电解液为添加离子液体的五元体系功能材料。其不足之处在于电极片与电解液的浸润性不佳，且并未提高电池的循环性能。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种低温型长循环磷酸铁锂电池，改善电池的低温性能，且克服了在提高正极片压实密度后的循环性能下降问题，有效延长磷酸铁锂电池的使用寿命。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现。

第一方面，本发明提供了一种低温型长循环磷酸铁锂电池，包括正极片、负极片和电解液，所述正极片包括正极集流体及涂覆在正极集流体上的正极浆料；所述正极浆料包括磷酸铁锂、多孔g-C₃N₄纳米球、石墨烯和聚合物固体电解质；所述负极片包括负极集流体及涂覆在负极集流体上的负极浆料；所述负极浆料包括天然石墨、导电剂和粘结剂；所述电解液包括有机溶剂、锂盐、成膜添加剂和低温添加剂；所述有机溶剂包括不溶解锂盐的非水有机溶剂和羧酸酯类溶剂。

本发明中的正极片具备较高的压实密度，且可以通过其与电解液的配合使用提高电池整体的循环寿命。正极片中添加的多孔g-C₃N₄纳米球表面具有丰富的氮原子，可以增加电解液中锂盐的解离度。通过聚合物固体电解质和g-C₃N₄中氧、氮等杂原子与锂离子的配位作用促进锂盐离子化，并均匀分散于正极片表面形成致密的固体电解质界面膜，避免了因溶剂分子共嵌入对正极材料造成的破坏，因而大大提高了电池的循环性能和使用寿命。电解液中不溶解锂盐的非水有机溶剂可以均匀化电解液中的锂离子分布，避免集中分布于在正极片表面造成的高浓度梯度。但其不利于电解液的电导性，而羧酸酯类溶剂可以改善电解液的电导率和粘度，改善负极片与电解液的浸润性。