專利名稱：一種低溫工作型鋰離子二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫工作型鋰離子二次電池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池由于具有能量密度高，循環(huán)壽命長，開路電壓高，安全無污染等一系列優(yōu) 點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于移動電話、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、PDA、 MP3、 Bluetooth、 PMP等眾多便攜式通信、娛樂等電子產(chǎn)品中，并逐步向電動自行車、電動汽車等領(lǐng)域拓展 應(yīng)用范圍，其市場占有率達(dá)到90%以上。因此，鋰離子電池是目前最具競爭力的、且已經(jīng) 實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展的新一代二次能源。
航天、深海探測以及軍事領(lǐng)域等特殊領(lǐng)域的很多設(shè)備要求終端電源工作電壓高、比能 量大、循壞壽命高、環(huán)境友好、最重要的一點(diǎn)是溫度適用范圍廣(-5(TC 6(TC)，目前的 鉛酸、鎳鎘、鎳氫等二次電池已經(jīng)不能滿足要求。傳統(tǒng)的鋰離子電池工作溫度在-20 60 'C之間，在低于一20'C的環(huán)境中無法正常工作，因此，低溫性能差這一缺點(diǎn)成為鋰離子電
池在航空航天及軍事領(lǐng)域應(yīng)用的瓶頸。
影響鋰離子電池低溫放電性能的主要因素有鋰離子在負(fù)極中的固態(tài)擴(kuò)散速度和電解 液電導(dǎo)率。負(fù)極極片的孔隙率過小，電解液浸潤少，負(fù)極活性物質(zhì)利用率低，鋰離子遷移 速度慢；反之，負(fù)極極片的孔隙率過大，負(fù)極活性物質(zhì)含量少，容量發(fā)揮不完全?？紫堵?(￡ )計(jì)算公式e = (Vl-V3) / (V2-V4)
其中，V1和V2分別是正極(或負(fù)極)活性物質(zhì)涂層的微孔面積和整個(gè)涂層的表面積； V3和V4分別是正極(或負(fù)極)集流體的微孔面積和整個(gè)集流體的表面積。以上的孔積通 過壓親法(mercury porosimetry)觀!l試。
此外，常規(guī)的鋰離子電池用非水電解液，在低于-2(TC時(shí)粘度增大，離子遷移速度大 幅度減慢，這是由于常規(guī)電解液的熔點(diǎn)偏高，液程窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種克服上述不足、能夠在超低溫下工作的鋰離 子二次電池。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種低溫工作型鋰離子二次電池，包括正極極片、負(fù)極極片和電解液，所述負(fù)極極片 的活性物質(zhì)涂敷層的孔隙率為20 50%;所述電解液的溶劑為五元混合溶劑，其組分及其 體積比為10 25%的環(huán)狀碳酸酯，15 25%的丁酸烷基酯，10 20%的乙基甲基碳酸酯， 10 20%的二乙基碳酸酯和10 15%的二甲基碳酸酯。
所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯或者碳酸丙烯酯中的任一種。
所述丁酸烷基酯為丁酸乙酯、丁酸丙酯、丁酸甲酯中的任一種。
所述負(fù)極極片活性物質(zhì)涂層單面的面密度為40 100g/m2。
所述正極極片的活性物質(zhì)涂層單面的面密度為100 150g/m2。
所述負(fù)極極片的活性物質(zhì)為天然石墨、人工石墨、中間相碳微球中一種或一種以上的 混合物，所述活性物質(zhì)的含量占涂敷層干物質(zhì)的85 95%。
所述正極極片的活性物質(zhì)選自鋰鈷氧化物、錳鋰氧化物、鎳鈷鋰氧化物、錳鈷鋰氧化 物、錳鈷鎳鋰氧化物中一種或一種以上的混合物，所述活性物質(zhì)的含量占涂敷層干物質(zhì)的 80 95%。
本發(fā)明具有以下有益效果
本發(fā)明通過優(yōu)化負(fù)極孔隙率，并調(diào)整溶劑的組分及比例，在降低電解液熔點(diǎn)的同時(shí)， 擴(kuò)寬液程，保持穩(wěn)定性及提高低溫電導(dǎo)率，從而達(dá)到增加電池低溫放電性能的效果，突破 了目前商用鋰離子電池低溫性能差的瓶頸，可以在-2(TC -50'C的環(huán)境中工作。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l
將鈷酸鋰、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按照80: 10: IO的重量比混合后，制備的漿料涂敷在厚度
約20微米的鋁箔上，烘干后輥壓得到面密度為120g/cn^的正極；
將中間相碳微球(MCMB)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按照85: 8: 7的重量比混合后，制備的 漿料涂敷在厚度約15微米的銅箔上，烘干后輥壓得到面密度為60g/ci^的負(fù)極，孔隙率控 制在30%左右；
將TF.負(fù)極極片與隔膜通過疊片或者巻繞的方式組裝，然后放入鋁塑復(fù)合膜中，注入電 解液，將電池做首次充放電。在lmol/L的電解液中，六氟磷酸鋰(LiPF6)、碳酸乙烯酯(EC)、 丁酸乙酯(EB)、 二乙基碳酸酯(DEC)、乙基甲基碳酸酯(EMC)、 二甲基碳酸酯(DMC)
的體積比為25: 25: 18: 20: 12。以上操作即得到低溫工作型鋰離子二次電池。在-40'C
靜置16小時(shí)后，0.2C放電至2.75V，放電容量為標(biāo)稱容量的80%。 實(shí)施例2
將重量比l: l的鎳鈷酸鋰和鈷酸鋰的混合物、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按照85: 10: 5的重量 比混合后，制備的漿料涂敷在厚度約20微米的鋁箔上，烘干后輥壓得到面密度為130g/cm2 的正極；
將人工石墨、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按照90: 5: 5的重量比混合后，制備的漿料涂敷在厚度
約15微米的銅箔上，烘干后輥壓得到面密度為75g/cr^的負(fù)極，孔隙率控制在25%左右；
將正負(fù)極極片與隔膜通過疊片或者巻繞的方式組裝，然后放入鋁塑復(fù)合膜中，注入電 解液，將電池做首次充放電。在lmol/L的電解液中，六氟磷酸鋰(LiPF6)、碳酸乙烯酯(EC)、 丁酸丙酯(PB)、 二乙基碳酸酯(DEC)、乙基甲基碳酸酯(EMC)、 二甲基碳酸酯(DMC) 的體積比為25: 20: 20: 20: 15。以上操作即得到低溫工作型鋰離子二次電池。在-40'C 靜置16小時(shí)后，0.2C放電至2.75V，放電容量為標(biāo)稱容量的85%。
權(quán)利要求
1、一種低溫工作型鋰離子二次電池，包括正極極片、負(fù)極極片和電解液，其特征在于所述負(fù)極極片的活性物質(zhì)涂敷層的孔隙率為20～50％；所述電解液的溶劑為五元混合溶劑，其組分及其體積比為10～25％的環(huán)狀碳酸酯，15～25％的丁酸烷基酯，10～20％的乙基甲基碳酸酯，10～20％的二乙基碳酸酯和10～15％的二甲基碳酸酯。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述低溫工作型鋰離子二次電池，其特征在于所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸 乙烯酯或者碳酸丙烯酯中的任一種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述低溫工作型鋰離子二次電池，其特征在于所述丁酸烷基酯為丁酸 乙酯、丁酸丙酯、丁酸甲酯中的任一種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述低溫工作型鋰離子二次電池，其特征在于所述負(fù)極極片活性物質(zhì)涂層單面的面密度為40 100g/m2。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述低溫工作型鋰離子二次電池，其特征在于所述正極極片的活性物質(zhì)涂層單面的面密度為100 150g/m2。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或4之一所述低溫工作型鋰離子二次電池，其特征在于所述負(fù)極極片 的活性物質(zhì)為天然石墨、人工石墨、中間相碳微球中一種或一種以上的混合物，所述 活性物質(zhì)的含量占涂敷層干物質(zhì)的85 95% 。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述低溫工作型鋰離子二次電池，其特征在于所述正極極片的活 性物質(zhì)選自鋰鈷氧化物、錳鋰氧化物、鎳鈷鋰氧化物、錳鈷鋰氧化物、錳鈷鎳鋰氧化 物中一種或一種以上的混合物，所述活性物質(zhì)的含量占涂敷層干物質(zhì)的80 95%。
全文摘要
本發(fā)明公開一種低溫工作型鋰離子二次電池。該電池包括正極極片、負(fù)極極片和電解液，所述負(fù)極極片的活性物質(zhì)涂敷層的孔隙率為20～50％；所述電解液的溶劑為五元混合溶劑，其組分及其體積比為10～25％的環(huán)狀碳酸酯，15～25％的丁酸烷基酯，10～20％的乙基甲基碳酸酯，10～20％的二乙基碳酸酯和10～15％的二甲基碳酸酯。根據(jù)本發(fā)明的鋰離子二次電池突破了目前商用鋰離子二次電池低溫性能差的瓶頸，可以在-20℃～-50℃的環(huán)境中工作。
文檔編號H01M4/02GK101106206SQ20071009400
公開日2008年1月16日 申請日期2007年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月6日
發(fā)明者敏 候, 張小聰, 路 王, 蕾 高, 睿 黃 申請人:上海南都能源科技有限公司