CN106450277A - 低温倍率型锂离子电池中的电极*** - Google Patents

低温倍率型锂离子电池中的电极*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温倍率型锂离子电池中的电极***，该低温倍率型锂离子电池中的电极***包括正极和负极；正极含有活性物质、粘结剂和导电剂，负极含有人造石墨、硬碳、导电剂、粘结剂和草酸；其中，活性物质为锂钴氧化物LiCoO2或镍钴锰锂氧化物LiNixCoyMn1‑x‑yO2。具有该电极***的低温倍率型锂离子电池能够在低温环境下具有优异的放电性能。

Description

低温倍率型锂离子电池中的电极***
技术领域
本发明涉及锂离子电池，具体地，涉及低温倍率型锂离子电池中的电极***。
背景技术
锂离子电池因其能量密度大、电压平台高、循环性能优良，便于携带且安全环保而备受关注，被广泛应用于各类产品中。随着科技的进步，社会的发展，便携式产品向着微型化、智能化、多功能化发展，产品使用环境复杂性的增加，就要求作为能量源的电池具有更好的环境适用性。而低温性能(低温一般指-10℃以下)作为考量电池环境适用性的一个重要指标，显得尤为重要。普通电池在低温环境下大电流放电使用时，电池极化增大，放电平台降低，过早达到放电电压，导致电池放电容量过少或直接放不出电。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温倍率型锂离子电池中的电极***，具有该电极***的低温倍率型锂离子电池能够在低温环境下具有优异的放电性能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种低温倍率型锂离子电池中的电极***，包括正极和负极；正极含有活性物质、粘结剂和导电剂，负极含有人造石墨、硬碳、导电剂、粘结剂和草酸；其中，活性物质为锂钴氧化物LiCoO2或镍钴锰锂氧化物LiNixCoyMn1-x-yO2。
通过上述技术方案，本发明通过正、负极中各物质的协同作用，进而使得具有该电极***的低温倍率型锂离子电池在低温环境下具有优异的放电性能，经过检测显示该锂离子电池的具体低温性能如下：在25℃的环境下，15C倍率电流放电，放电容量达额定容量的90％以上；在-40℃下，以3-5C倍率电流放电，放电容量达额定容量的85％以上；25℃时，0.5C充电/3C放电循环1000次，容量保持率在80％以上；安全性能良好，满足IEC62133和UN38.3安全测试要求。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是检测例1中锂离子电池A1在25℃下的15C倍率放电曲线图；
图2是检测例1中锂离子电池A1在-40℃下的3C、5C倍率放电曲线图；
图3是检测例1中锂离子电池A1在-40℃下在25℃下的0.5C充电/3C放电的充放电循环曲线图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种低温倍率型锂离子电池中的电极***，包括正极和负极；正极含有活性物质、粘结剂和导电剂，负极含有人造石墨、硬碳、导电剂、粘结剂和草酸；其中，活性物质为锂钴氧化物LiCoO2或镍钴锰锂氧化物LiNixCoyMn1-x-yO2(x、y均为正数且x+y≤1)。
在本发明的正极中，各物料的含量可以在宽的范围内选择，但是为了使得具有该电极***的该低温倍率型锂离子电池中的电极***具有更优异的低温性能，优选地，以正极中的固体物的总重量为基准，活性物质的含量为94-95重量％，粘结剂的含量为0.5-3重量％，导电剂的含量为0.5-3重量％。
在本发明的负极中，各物料的含量可以在宽的范围内选择，但是为了使得具有该电极***的该低温倍率型锂离子电池中的电极***具有更优异的低温性能，以负极中的固体物的总重量为基准，人造石墨的含量为67-81重量％，硬碳的含量为15-25重量％，导电剂的含量为1-3重量％，粘结剂的含量为2-5重量％，草酸的含量为0.1-0.4重量％。
在本发明的正极中，活性物质的粒径可以在宽的范围内选择，但是为了使得具有该电极***的该低温倍率型锂离子电池中的电极***具有更优异的低温性能，优选地，活性物质的D50为4-8um。
在本发明的正极中，活性物质可以是纯净的锂钴氧化物LiCoO2或镍钴锰锂氧化物LiNixCoyMn1-x-yO2，也可以是通过表面处理过的化合物，为了进一步提高具有该电极***的该低温倍率型锂离子电池中的电极***的低温性能，优选地，活性物质的表面经过掺杂或者包覆改性处理。其中，掺杂或者包覆改性处理的具体方式可以是多样的，但是为了使得掺杂或者包覆的物质能够与LiCoO2或镍钴锰锂氧化物LiNixCoyMn1-x-yO2更好的兼容，更优选地，掺杂或者包覆改性处理的过程为：通过掺入Mg2+、Al3+、Ga3+等化合价小且稳定的阳离子增强正极材料的稳定性，或在表面包覆石墨烯、碳纳米管等导电性高的纳米材料增强其导电性。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
额定容量为5Ah的低温倍率型锂离子电池A1：由正极、负极、隔膜及电解液组成。其中，正极含有(按固体物的重量百分比计算)：98.2％LiCoO2(D50为5.2um)、0.8％粘结剂PVDF、1％导电剂CNT；负极含有(按固体物的重量百分比计算)：74％人造石墨、20％硬碳、1.5％导电剂KS-6、1.5％导电剂SP、3％粘结剂PVDF、0.25％草酸；选用聚乙烯陶瓷薄膜为隔膜；选用含有碳酸亚乙烯酯、氟碳酸乙烯酯的低温电解液。
实施例2
额定容量为5Ah的低温倍率型锂离子电池中A2：由正极、负极、隔膜及电解液组成。其中，正极含有(按固体物的重量百分比计算)：96％LiCoO2(D50为7.2um)、2％粘结剂PVDF、2％导电剂CNT；负极含有(按固体物的重量百分比计算)：78％人造石墨、15％硬碳、3％导电剂SP、4％粘结剂PVDF、0.15％草酸；选用聚乙烯陶瓷薄膜为隔膜；选用含有碳酸亚乙烯酯、氟碳酸乙烯酯的低温电解液。
实施例3
按照实施例1的方法进行制得额定容量为5Ah的低温倍率型锂离子电池A3，所不同的是，将正极中的LiCoO2换为LiNi0.4Co0.1Mn0.5O2。
实施例4
按照实施例1的方法进行制得额定容量为5Ah的低温倍率型锂离子电池A4，所不同的是，将正极中的LiCoO2换为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。
实施例5
按照实施例1的方法进行制得额定容量为5Ah的低温倍率型锂离子电池A5，所不同的是，将正极中的LiCoO2换为LiNi0.5Co0..2Mn0.3O2。
实施例6
按照实施例1的方法进行制得额定容量为5Ah的低温倍率型锂离子电池中的电极***A6，所不同的是，正极中的LiCoO2经过了掺杂处理，具体的掺杂的过程为：通过掺入Mg2 +、Al3+和Ga3+的阳离子。
实施例7
按照实施例1的方法进行制得额定容量为5Ah的低温倍率型锂离子电池中的电极***A7，所不同的是，正极中的LiCoO2经过了包覆改性处理，具体的包覆改性处理的过程为：在表面包覆石墨烯和碳纳米管。
检测例1
1)检测低温倍率型锂离子电池中A1在25℃下的15C倍率放电情况，具体结果见图1。
2)检测低温倍率型锂离子电池中A1在-40℃下3C、5C倍率放电情况，具体结果见图2(上方的曲线为3C倍率放电曲线，下方的曲线为5C倍率放电曲线)。
3)检测低温倍率型锂离子电池中A1在25℃下的0.5C充电/3C放电的充放电循环电流情况，具体结果见图3。
通过图1-3可知，低温倍率型锂离子电池中A1的性能如下：在25℃的环境下，15C倍率电流放电，放电容量达额定容量的90％以上；在-40℃下，以3-5C倍率电流放电，放电容量达额定容量的85％以上；25℃时，0.5C充电/3C放电循环1000次，容量保持率在80％以上。
同理，按照上述的方法对低温倍率型锂离子电池A2-A7进行检测；其中，A2-A5的检测结果与A1的检测结果基本保持一致；A6-A7的检测结果优于A1的检测结果。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种低温倍率型锂离子电池中的电极***，其特征在于，包括正极和负极；所述正极含有活性物质、粘结剂和导电剂，所述负极含有人造石墨、硬碳、导电剂、粘结剂和草酸；其中，所述活性物质为锂钴氧化物LiCoO2或镍钴锰锂氧化物LiNixCoyMn1-x-yO2。
2.根据权利要求1所述的低温倍率型锂离子电池中的电极***，其中，以所述正极中的固体物的总重量为基准，所述活性物质的含量为94-95重量％，所述粘结剂的含量为0.5-3重量％，所述导电剂的含量为0.5-3重量％。
3.根据权利要求1所述的低温倍率型锂离子电池中的电极***，其中，以所述负极中的固体物的总重量为基准，所述人造石墨的含量为67-81重量％，所述硬碳的含量为15-25重量％，所述导电剂的含量为1-3重量％，所述粘结剂的含量为2-5重量％，所述草酸的含量为0.1-0.4重量％。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的低温倍率型锂离子电池中的电极***，其中，所述活性物质的D50为4-8um。
5.根据权利要求4所述的低温倍率型锂离子电池中的电极***，其中，所述活性物质的表面经过掺杂或者包覆改性处理。
6.根据权利要求5所述的低温倍率型锂离子电池中的电极***，其中，所述掺杂或者包覆改性处理的过程为：通过掺入Mg2+、Al3+或Ga3+阳离子，或在表面包覆石墨烯或碳纳米管。
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