本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有低溫快充性能的鋰離子二次電池。

背景技術(shù)：

鋰離子電池作為一種清潔環(huán)保的功能元件，目前已經(jīng)在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。例如，在消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域、電動(dòng)車領(lǐng)域、儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域以及最近新興的平衡車領(lǐng)域等。

其中，在電動(dòng)車領(lǐng)域，例如快遞電動(dòng)車，在我國(guó)北方寒冷的冬季，低溫條件下，放電困難，更不用說(shuō)在室外低溫環(huán)境下進(jìn)行充電操作了，為此，給使用者帶來(lái)了很大的不便。因此，如何在低溫下實(shí)現(xiàn)充放電是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的技術(shù)問(wèn)題。而為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，申請(qǐng)?zhí)?016101846435（非水電解液及包含它的鋰離子電池）中提出了對(duì)電池的電解液進(jìn)行改進(jìn)，即電解液中采用了環(huán)狀硫酸酯類化合物和鈉鹽作為添加劑，從而不僅能夠提高鋰離子電池的高溫循環(huán)性能，同時(shí)還能在-10℃的溫度條件下，0.5c放電至3.0v，其放電容量能達(dá)到常溫放電容量的78.37%，而申請(qǐng)?zhí)?014103742643（鋰離子電池及其電解液）中通過(guò)改進(jìn)電解液，添加氟代碳酸乙烯酯，使得該鋰電池在-10℃的溫度條件下，0.5c放電至3.0v，其放電容量能達(dá)到常溫放電容量的95%，而對(duì)于快遞員來(lái)說(shuō)，如果在戶外作業(yè)過(guò)程中電量不足時(shí)，則需在戶外進(jìn)行充電，而目前并沒(méi)有能夠在低溫下充電的鋰電池以滿足其需要。為此，如何在低溫條件下實(shí)現(xiàn)充電是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有低溫快充性能的鋰離子二次電池，其在-20℃、-30℃的低溫下仍有較好的充電性能，能夠滿足用戶需求。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種具有低溫快充性能的鋰離子二次電池，所述電池包括正極活性材料、負(fù)極活性材料，所述負(fù)極活性材料包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：30%~45%表面包覆有一層超導(dǎo)炭黑的多晶硅、20%~40%天然石墨、10%~20%鍺材料、5%~10%中間相碳微球、5%~10%氟化碳、1%~3%鎳化物。

優(yōu)選地，所述負(fù)極活性材料中還摻雜有1%~5%的焦粉。

優(yōu)選地，所述的鍺材料選自二氧化鍺、納米鍺中的一種或兩者的組合。

優(yōu)選地，所述正極活性材料包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：40%~70%鎳鈷錳酸鋰、10%~30%錳酸鋰、10%~30鈷酸鋰，其中，所述錳酸鋰的表面還包覆有一層包含選自鎂、鋅、硼、鈦、釩、鋁、鋯元素中的至少一種的氧化物。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述正極活性材料中還摻雜有1%~5%的鈦酸鋰。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述正極活性材料中還摻雜有0.5%~1%石墨烯。

優(yōu)選地，所述電池的電解液按重量份數(shù)計(jì)，包括有機(jī)溶劑73%~90%、添加劑7%~25%、鋰鹽0.5%~2%，其中的鋰鹽包括三氟甲基磺酸鋰、高氯酸鋰、甲基磺酰亞胺鋰鹽。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的有機(jī)溶劑包括二甲基四氫呋喃、丙酸甲酯、碳酸甲異丙酯。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的添加劑包括1,3-丙烷磺酸內(nèi)酯、氟代碳酸乙烯酯。1,3-丙烷磺酸內(nèi)酯能與氟代碳酸乙烯酯在負(fù)極表面還原形成hf氣體之前在正極表面形成穩(wěn)定的正極sei保護(hù)膜，避免正極活性材料受到hf氣體的腐蝕，同時(shí)還可在負(fù)極表面形成穩(wěn)定的負(fù)極sei保護(hù)膜，并提高負(fù)極sei保護(hù)膜處的鋰離子的傳導(dǎo)性能，因此，鋰離子電池的阻抗得到明顯的降低，有效改善鋰離子電池的低溫放電倍率性能。

更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的添加劑中還包括亞硫酸丙烯酯、三（三甲基硅烷）硼酸酯、乙腈、碳酸亞乙烯酯中的至少一種。

由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的鋰離子二次電池，其負(fù)極材料采用了包覆有一層超導(dǎo)炭黑的多晶硅、天然石墨、鍺材料、中間相碳微球、氟化碳、鎳化物，能夠在電池充放電過(guò)程中向同向性的鋰離子擴(kuò)散提供通道，有效地改善了鋰離子電池在低溫下的充電性能，以滿足用戶的需求。本發(fā)明的鋰離子二次電池，以容量為5000mah的電池為例，其在-20℃，采用2c恒流充電至4.2v，再以4.2v的恒壓充電至0.05c，期間，恒流充電時(shí)間19min時(shí)，其充電量能達(dá)到滿容量的60%，而整個(gè)電池充滿時(shí)間不超過(guò)91min；而在-30℃，采用1c恒流充電至4.2v，再以4.2v的恒壓充電至0.05c過(guò)程中，恒流充電時(shí)間42min時(shí)，其充電量能達(dá)到滿容量的68%，而整個(gè)電池充滿時(shí)間不超過(guò)140min。

附圖說(shuō)明

附圖1為實(shí)施例6中的鋰離子電池在-20℃溫度條件下，2c充電曲線圖；

附圖2為實(shí)施例6中的鋰離子電池分別在-30℃溫度條件下，1c充電曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的闡述。

實(shí)施例1

本例中，提供了一種具有低溫快充性能的鋰離子二次電池，該電池包括正極材料和負(fù)極材料。

正極材料由如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分構(gòu)成：60%鎳鈷錳酸鋰、20%錳酸鋰、20%鈷酸鋰。該錳酸鋰的表面包覆有一層氧化物，該氧化物由氧化鎂、氧化鋅、五氧化二釩按照質(zhì)量比1:1:2混合而成。

負(fù)極材料由如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分構(gòu)成：40%表面包覆有一層超導(dǎo)炭黑的多晶硅、30%天然石墨、13%鍺材料、7%中間相碳微球、7%氟化碳、3%鎳化物。其中的鍺材料為二氧化鍺。

電解液：按重量份數(shù)計(jì)，包括85%有機(jī)溶劑、14%添加劑、1%鋰鹽。其中，鋰鹽包括三氟甲基磺酸鋰、高氯酸鋰、甲基磺酰亞胺鋰鹽；有機(jī)溶劑包括二甲基四氫呋喃、丙酸甲酯、碳酸甲異丙酯；添加劑包括1,3-丙烷磺酸內(nèi)酯、氟代碳酸乙烯酯。

實(shí)施例2

本例中的鋰離子二次電池與實(shí)施例1相比，其不同之處在于，本例中的正極材料是由如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分構(gòu)成的：55%鎳鈷錳酸鋰、30%錳酸鋰、12%鈷酸鋰、3%鈦酸鋰。該錳酸鋰的表面包覆有一層氧化物，該氧化物為氧化硼。

實(shí)施例3

本例中的鋰離子二次電池與實(shí)施例1相比，其不同之處在于，本例中的正極材料是由如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分構(gòu)成的：45%鎳鈷錳酸鋰、28%錳酸鋰、26%鈷酸鋰、1%石墨烯。該錳酸鋰的表面所包覆的氧化物為氧化鋅、氧化鋁按照質(zhì)量比1:1混合而成的。

實(shí)施例4

本例中的鋰離子二次電池與實(shí)施例3相比，其不同之處在于，本例中的負(fù)極材料是由如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分構(gòu)成的：37%表面包覆有一層超導(dǎo)炭黑的多晶硅、28%天然石墨、16%納米鍺、7%中間相碳微球、8%氟化碳、2%鎳化物、2%焦粉。

實(shí)施例5

本例中的鋰離子二次電池與實(shí)施例1相比，其不同之處在于，本例中的負(fù)極材料是由如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分構(gòu)成的：45%表面包覆有一層超導(dǎo)炭黑的多晶硅、26%天然石墨、10%鍺材料、8%中間相碳微球、6%氟化碳、3%鎳化物、2%焦粉。其中的鍺材料為二氧化鍺與納米鍺按照質(zhì)量比1:1混合而成的。

本例中的電解液，按重量份數(shù)計(jì)，包括90%有機(jī)溶劑、9%添加劑、1%鋰鹽。該添加劑中包括1,3-丙烷磺酸內(nèi)酯、氟代碳酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、三（三甲基硅烷）硼酸酯。

實(shí)施例6

本例中的鋰離子二次電池與實(shí)施例5相比，其不同之處在于，本例中的鋰離子電池的正極材料是由如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分構(gòu)成的：70%鎳鈷錳酸鋰、10%錳酸鋰、15%鈷酸鋰、4%鈦酸鋰、1%石墨烯，其中，錳酸鋰的表面包覆的氧化物是由氧化鋯、氧化硼、五氧化釩、氧化鋁按照質(zhì)量比1:1.5:1:2混合而成。

本例中的鋰離子電池所采用的電解液按重量份數(shù)計(jì)，包括75%有機(jī)溶劑、23%添加劑、2%鋰鹽。該添加劑中包括1,3-丙烷磺酸內(nèi)酯、氟代碳酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、三（三甲基硅烷）硼酸酯、乙腈、碳酸亞乙烯酯。

1）對(duì)實(shí)施例1至6提供的電池進(jìn)行充電測(cè)試，其所測(cè)電池的容量均為5000mah。充電方式為：在-20℃的溫度條件下，以2c恒流充電至4.2v，再以4.2v的恒壓充電至0.05c，其充電結(jié)果見(jiàn)表1。

表1

從表1中我們可以看出，本發(fā)明的鋰離子電池，通過(guò)對(duì)負(fù)極材料的改進(jìn)，使得鋰離子電池能夠在-20℃溫度條件下，具有較好的充電性能。其中，從表1中我們看出，實(shí)施例6中的鋰離子電池性能最好，由此可知，在其他條件相同的情況下，在負(fù)極材料中摻雜焦粉，在正極材料中摻雜鈦酸鋰和石墨烯能夠有效提高電池的低溫充電性能。

2）對(duì)實(shí)施例1至6提供的電池進(jìn)行充電測(cè)試，其所測(cè)電池的容量均為5000mah。充電方式為：在-30℃的溫度條件下，以1c恒流充電至4.2v，再以4.2v的恒壓充電至0.05c，其充電結(jié)果見(jiàn)表2。

表2

從表2中，我們可以看出，本發(fā)明中的鋰離子電池通過(guò)對(duì)負(fù)極材料的改善，使得鋰離子電池在-30℃的溫度條件下，仍具有較好的充電性能，能夠滿足用戶的需求。從表2中可知，在其他條件相同的情況下，實(shí)施例6中的鋰離子電池性能最好，由此可知，在其他條件相同的情況下，在負(fù)極材料中摻雜焦粉同時(shí)在正極材料中摻雜鈦酸鋰和石墨烯能夠有效提高電池的低溫充電性能。

上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明公開(kāi)了一種具有低溫快充性能的鋰離子二次電池，所述電池包括正極活性材料、負(fù)極活性材料，所述負(fù)極活性材料包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：30%~45%表面包覆有一層超導(dǎo)炭黑的多晶硅、20%~40%天然石墨、10%~20%鍺材料、5%~10%中間相碳微球、5%~10%氟化碳、1%~3%鎳化物。通過(guò)對(duì)負(fù)極材料的改善，使得本發(fā)明的鋰離子二次電池能夠在-20℃、-30℃的低溫條件下，仍具有較好的充電性能。