一種高電壓高體積能量密度低溫型鋰離子電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其是一種高電壓高體積能量密度低溫型鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池在人們的日常生活中的應(yīng)用日趨廣泛，隨著可穿戴設(shè)備，可攜帶電子設(shè)備向薄型化、多功能化方向的發(fā)展，人們對(duì)設(shè)備的待機(jī)時(shí)間也提高了要求，同樣包括設(shè)備在冬天或低溫環(huán)境下的待機(jī)時(shí)間，對(duì)鋰離子電池的要求越來越高。
[0003]提高電池能量密度有多個(gè)途徑，例如選擇高克容量正負(fù)極材料，選擇薄型化輔材以及提高充電電壓等，其中提高充電電壓是提高鋰離子電池體積能量密度的有效方法之一。但隨著充電電壓的提高，鋰離子電池的安全性能和循環(huán)性能有所下降，同時(shí)因體積能量密度的提升往往伴隨著正負(fù)極涂布面密度和壓實(shí)密度的提升，導(dǎo)致鋰離子在低溫下的擴(kuò)散阻力變大，因而高能量密度鋰離子電池的低溫性能較差，無法滿足人們?cè)诙旎虻蜏丨h(huán)境下的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種高電壓高體積能量密度低溫型鋰離子電池，該鋰離子電池不僅體積能量密度滿足2 630Wh/L，且具有良好的電化學(xué)性能和安全性能，低溫性能優(yōu)越。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種高電壓高體積能量密度低溫型鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、隔離膜和電解液，所述正極包括正極活性物質(zhì)、正極導(dǎo)電劑、正極粘結(jié)劑，所述正極活性物質(zhì)、正極導(dǎo)電劑、正極粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比為95?98.5%:0.5?3%:0.5?3% ；
[0007]所述負(fù)極包括負(fù)極活性物質(zhì)，負(fù)極導(dǎo)電劑以及負(fù)極粘結(jié)劑，所述負(fù)極活性物質(zhì)、負(fù)極導(dǎo)電劑以及負(fù)極粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比分別為95?97%:0?2%:2?3.5% ;
[0008]所述隔離膜為雙面涂覆有聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)涂層的聚烯烴隔離膜基底；
[0009]所述電解液包括溶劑、鋰鹽以及添加劑，所述溶劑的組分以及各組分的質(zhì)量百分比為碳酸亞乙酯(EC)0?20%，碳酸異丙烯酯(PC)0?30%，碳酸甲乙酯(EMC)1?40%，碳酸二乙酯(DEC)1?40% ;鋰鹽為六氟磷酸鋰(LiPF6)，其濃度為1.0?1.2mol/L，添加劑的組分以及各組分占電解液總質(zhì)量的質(zhì)量百分比為亞硫酸丙烯酯(PS)0?5%，碳酸亞乙烯酯(VC)0?1%，氟代碳酸乙烯酯(FEC)2?8%，丁二腈(SN)2?5%。
[0010]進(jìn)一步的，所述正極活性物質(zhì)為鈷酸鋰或改性鈷酸鋰。
[0011]進(jìn)一步的，所述正極導(dǎo)電劑或負(fù)極導(dǎo)電劑為炭黑、碳納米管、石墨中的一種或兩種以上的混合物。
[0012]進(jìn)一步的，正極粘結(jié)劑和負(fù)極粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯(PVDF)或不同分子量的聚偏氟乙烯(PVDF)的混合物。
[0013]進(jìn)一步的，所述負(fù)極活性物質(zhì)為人造石墨、中間相石墨、天然石墨中一種或兩種的混合物。
[0014]進(jìn)一步的，所述聚烯烴隔離膜基底的材質(zhì)為單層聚乙烯(PE)、單層聚丙烯(PP)或三層聚丙烯(PP)/聚乙烯(PE)/聚丙烯(PP)。
[0015]—種上述高電壓高體積能量密度低溫型鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟:
[0016]a.制備正極片:將正極活性物質(zhì)、正極粘結(jié)劑和正極導(dǎo)電劑以氮甲基吡咯烷酮(匪P)為溶劑混合制成正極漿料，涂布在厚度為10?12μπι、材質(zhì)為單面光或雙面光鋁箔上，涂布面密度為36?46mg/cm2，涂布后進(jìn)行棍壓制成正極片備用，壓實(shí)密度為4.0?4.3g/cm3 ；
[0017]b.制備負(fù)極片:將負(fù)極活性物質(zhì)、負(fù)極粘結(jié)劑和負(fù)極導(dǎo)電劑以氮甲基吡咯烷酮(匪P)為溶劑混合制成負(fù)極漿料，涂布在厚度為4_8μπι的電解銅箔或壓延銅箔上，涂布面密度為8-22mg/cm2，涂布后進(jìn)行輥壓制成負(fù)極片備用，壓實(shí)密度為1.5-1.8g/cm3 ；
[0018]c.制備隔離膜:以丙酮為溶劑，將聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)涂覆于聚烯烴隔離膜基底表面后烘干制成隔離膜備用，雙面的涂層厚度為1?5μπι，涂覆后總厚度為4?20μπι，涂覆后的隔離膜透氣度為100?400s/100ml;
[0019]d.制備電解液:將鋰鹽溶解在溶劑中攪拌均勻，加入添加劑即得電解液；
[0020]e.將極耳分別固定在正負(fù)極極片上，正極片、隔膜和負(fù)極片采用卷繞或疊片的方式制成電芯裝入厚度為60?120μπι鋁塑膜中后，進(jìn)行熱封裝，經(jīng)注液、化成、分容后即制得高電壓高體積能量密度低溫型鋰離子。
[0021]進(jìn)一步的，所述步驟a中鋁箔為1235鋁箔或1060鋁箔。
[0022]進(jìn)一步的，所述步驟e中的極耳為厚度為0.06?0.1mm的純招或純鎳的金屬帶。
[0023]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的高電壓高體積能量密度低溫型鋰離子電池的制備方法具有以下優(yōu)勢(shì):
[0024]該高電壓高體積能量密度低溫型鋰離子電池因負(fù)極采用聚偏氟乙烯(PVDF)作為粘結(jié)劑，聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的保液性，同時(shí)隔膜表面涂覆的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)能夠和正負(fù)極極片中的聚偏氟乙烯(PVDF)發(fā)生聚合，使得正負(fù)極和隔離膜緊密的貼合在一起，減小正負(fù)極的膨脹，進(jìn)一步縮減電池內(nèi)部體積，提高能量密度；同時(shí)隔離膜表面的聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的保液性，配合低溫型鋰離子電解液和良好的正負(fù)極空間導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使得鋰離子在低溫下也能在電解液和正負(fù)極間的具有較高的擴(kuò)散和脫嵌速度，可實(shí)現(xiàn)在_20°C放電2 90%以上的放電容量;提高了軟包方形鋰離子電池的低溫性能和能量密度，拓展了鋰離子電池廠家產(chǎn)品的市場(chǎng)應(yīng)用前景，具有生產(chǎn)實(shí)踐意義。
【附圖說明】
[0025]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所述的高電壓高體積能量密度低溫型鋰離子電池在0.2C放電倍率下的高低溫放電性能圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所述的高電壓高體積能量密度低溫型鋰離子電池與對(duì)比例鋰離子電池在0.2C放電倍率下低溫放電性能對(duì)比圖；
[0028]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2所述的高電壓高體積能量密度低溫型鋰離子電池與對(duì)比例鋰離子電池在0.2C放電倍率下低溫放電性能對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0030]另外，在本發(fā)明的實(shí)施例中所提到的體積能量密度是指鋰離子電池的平均單位體積所釋放出的電能;涂布面密度是指單面面積電極上正極或負(fù)極固體物質(zhì)的重量。
[0031 ]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0032]對(duì)比例
[0033]a.制備正極片:將4.35V鈷酸鋰、導(dǎo)電碳黑和聚偏氟乙烯(PVDF)按照質(zhì)量百分比為96.5::1.5: 2的比例與溶劑氮甲基吡咯烷酮(NMP)混合制成正極漿料，涂布在厚度為12μπι、材質(zhì)為1060的雙面光鋁箔上，涂布面密度為40.2mg/cm2，涂布后進(jìn)行輥壓制成正極片備用，壓實(shí)密度為4.2g/cm3;
[0034]b.制備負(fù)極片:將天然石墨與人造石墨按照質(zhì)量比為1:1的比例混合成負(fù)極活性材料，之后將該負(fù)極活性材料、導(dǎo)電碳黑、羧甲基纖維素鈉(CMC)和苯乙烯丁二烯聚合物(SBR)按照質(zhì)量百分比為95.5:1:1.5:: 2.0的比例與溶劑氮甲基吡咯烷酮(NMP)混合制成負(fù)極漿料，涂布在厚度為6μπι的單面光電解銅箔上，涂布面密度為21.04mg/cm2，涂布后進(jìn)行輥壓制成負(fù)極片備用，壓實(shí)密度為1.7g/cm3;
[0035]c.隔離膜:采用濕法制備的9μπι聚乙烯(PE)隔離膜，隔離膜透氣度為180s/100ml;
[0036]d.制備電解液:將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照質(zhì)量百分比為30:40:30的比例混合制成溶劑體系，將濃度為1.0mol/L的六氟磷酸鋰(LiPF6)溶液溶解在溶劑中攪拌均勻，加入添加劑混合均勻即得電解液，該添加劑包括亞硫酸丙烯酯(PS)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)和丁二腈(SN)，其中亞硫酸丙烯酯(PS)的質(zhì)量為電解液總質(zhì)量的2%，氟代碳酸乙烯酯(FEC)的質(zhì)量為電解液總質(zhì)量的5%，丁二腈(SN)的質(zhì)量為電解液總質(zhì)量的2.5%。
[0037]e.將厚度為0.08mm的純鎳金屬帶制成的極耳分別固定在正負(fù)極極片上，正極片、隔膜和負(fù)極片采用卷繞或疊片的方式制成電芯裝入厚度為85μπι鋁塑膜中后，進(jìn)行熱封裝，經(jīng)注液、化成、分容后即制得高電壓鋰離子電池。
[0038]實(shí)施例1
[0039]a.制備正極片:將4.35V改性鈷酸鋰、導(dǎo)電碳黑和聚偏氟乙烯(PVDF)按照質(zhì)量百分比為96.5:: 1.