适用于宽温度范围的锂离子电池的制备方法

专利名称：适用于宽温度范围的锂离子电池的制备方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电池的制备方法，特别涉及一种适用于宽温度范围的 锂离子电池的制备方法。
背景技术：
进入21世纪以来，军事越来越向信息化、电子化和远程化方向发展，随 着电路的高度集成化、武器装备中电子元器件的密集化和设备功能的多元化， 设备的耗电量也越来越大，电池成为现代军队不可或缺的装备之一。锂离子 蓄电池以其优异的性能成为传统军用电子装备配套电源的最佳替代品。低温 性能是一个极为关键的应用指标，它决定着武器装备能否适应恶劣环境的使 用要求。在《锂离子蓄电池组通用规范》GJB4477-2002中要求，锂离子蓄电 池组在-40。C下放电容量为额定容量的40%。如何提供一种适用于宽温度范围 的锂离子电池的制备方法，即为军用电子装备配套提供可在-4(TC以下的温度 条件下能够使用且保持良好性能的锂离子电池，已成为当前该领域技术人员 急需研究开发的重要课题之一。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种适用于宽温度 范围的锂离子电池的制备方法。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案是 一种适用于宽温度范围的 锂离子电池的制备方法，其特征在于实施步骤包括
(1) 电解液体系确定为1.0molLiPF6EC:DMC:EMC= 1: 3: 8;
(2) 电解液选用加入的添加剂为联苯BP或环乙基苯PCS;
(3) 制造工艺上降低正负极涂布量，缩短锂离子从正负极表面到正负极 铜铝箔集流体之间的扩散距离；降低正负极的碾压密度；
(4) 选用粒径小的正负极材料，改善电极材料提高电池低温性能，锂离 子电池充放电过程包括锂离子在石墨负极材料、电解液及正极材料三种物质 中的传输过程；锂离子在电极材料中的固相扩散系数石墨负极材料的扩散
3系数为10-10cm2/s,尖晶石LiMn204正极材料的扩散系数为10-9cm2/s。
本发明方法主要从原材料的选用设计及制造工艺设计两方面提高电池组 的低温放电性能。材料选用设计上，正负极材料采用粒径小、含有多种导电 剂的材料，可明显提高电池的低温性能。电解液主体选用加入了特种添加剂 如联苯BP、环乙基苯PCS等的电解液，以提高电池过充时的安全性和低温性 能。电路结构设计上，保证电池组低温放电过程中热量传递、热损失较小， 总体上保证电池组内部温度可起到保温作用，保证电解液不会因结晶而导致 电导率下降，影响低温性能。制造工艺上降低正负极涂布量，缩短锂离子从 正负极表面到正负极铜铝箔集流体之间的扩fe巨离。降低正负极的碾压密度， 提高锂离子在正负极中的扩散通道，同时可以有效降低电流密度，减少大电 流密度下产生的极化作用。
本发明的有益效果是本发明方法不仅提高了电池的低温性能，而且成 本低、易加工。试验证明，-40°。下放电容量达到额定容量的50%,比现有产 品有效提高额定容量的10%以上，且在-50。C下也能满足使用要求。该制备方 法简单，操作条件宽松，效杲非常显著。
具体实施例方式
以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式
、特征详述如
下
一种适用于宽温度范围的锂离子电池的制备方法，其特征在于实施步骤 包括
(1) 电解液体系确定为1.0molLiPF6EC:DMC:EMC- 1: 3: 8;配制成 低温3522A电解液。
(2) 电解液选用加入的特种添加剂为联苯BP或环乙基苯PCS。
(3) 制造工艺上降低正负极涂布量，缩短锂离子从正负才錄面到正负极 铜铝箔集流体之间的扩散距离；降低正负极的碾压密度；提高锂离子在正负 极中的扩散通道，同时可以有效降低电流密度，减少大电流密度下产生的极 化作用。
(4) 选用粒径小的正负极材料，改善电极材料提高电池低温性能，锂离 子电池充放电过程包括锂离子在石墨负极材料、电解液及正极材料三种物质中的传输过程；锂离子在电极材料中的固相扩散系数石墨负极材料的扩散 系数为10-10cm2/s，尖晶石LiMn204正极材料的扩散系数为10-9cm2/s。 本发明方法具体分析如下
针对军用锂离子蓄电池低温性能的要求，主要从以下方面改善锂离子电 池低温放电性能
1、 提高电池电解液低温性能
电解液是锂离子电池的重要组成部分，在电池内部正、负极担负传递离 子的作用， 一般采用溶有锂盐的非7jc有机溶剂混合物。碳酸乙烯酯(EC)、碳 酸丙烯酯(PC )、碳酸二甲酯(DMC )、碳酸二乙酯(DEC )、碳酸甲乙酯(EMC) 等是目前几种广泛应用于锂离子电池电解液中的有机溶剂。电解液对低温性 能的影响主要体现在其对电导率和SEI膜性质的影响。添加特种添加剂，以 降低锂离子电解液的凝固点，减少电解液在低温下的粘度，提高电解液在低 温条件下的浸润性及流动性，同时提高电解液中的电解质盐浓度，以增强电 解液的电导率。通过以上各个步骤采取的措施，在-40。C，电池以1/10C》丈电， 可得到常温放电容量的40%以上。
2、 改善电极材料提高电池低温性能
锂离子电池充放电过程包括锂离子在石墨负极材料、电解液及正极材料 三种物质中的传输过程，由于锂离子在电极材料中的固相扩散系数很小，如 石墨负极材料的扩散系数在10-10cm"s左右，尖晶石LiMn204正极材料的扩 散系数在10-9cmVs左右，因而锂离子在电极材料中的固相扩散将影响着电池 的放电行为。低温条件下，电池放电平台的降低，是因为锂离子在正负极固 体颗粒中传输阻抗增大，导致放电过程中电池电压过早达到放电终止电压， 放电容量也相应减小，通过减小电极材料的粒径，缩短锂离子在正负极材料 颗粒之中的扩散路径，使电池低温性能等到明显的改善。
上述参照实施例对该适用于宽温度范围的锂离子电池的制备方法进行的 详细描述，是说明性的而不是限定性的，因此在不脱离本发明总体构思下的 变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种适用于宽温度范围的锂离子电池的制备方法，其特征在于实施步骤包括(1)电解液体系确定为1.0mol LiPF6 EC∶DMC∶EMC＝1∶3∶8；(2)电解液选用加入的添加剂为联苯BP或环乙基苯PCS；(3)制造工艺上降低正负极涂布量，缩短锂离子从正负极表面到正负极铜铝箔集流体之间的扩散距离；降低正负极的碾压密度；(4)选用粒径小的正负极材料，改善电极材料提高电池低温性能，锂离子电池充放电过程包括锂离子在石墨负极材料、电解液及正极材料三种物质中的传输过程；锂离子在电极材料中的固相扩散系数石墨负极材料的扩散系数为10-10cm2/s，尖晶石LiMn2O4正极材料的扩散系数为10-9cm2/s。
全文摘要
本发明提供一种适用于宽温度范围的锂离子电池的制备方法，实施步骤包括(1)电解液体系确定为1.0mol LiPF6 EC∶DMC∶EMC＝1∶3∶8；(2)电解液选用加入的添加剂为联苯BP或环乙基苯PCS；(3)制造工艺上降低正负极涂布量，缩短锂离子从正负极表面到正负极铜铝箔集流体之间的扩散距离；降低正负极的碾压密度；(4)选用粒径小的正负极材料，改善电极材料提高电池低温性能，锂离子电池充放电过程包括锂离子在石墨负极材料、电解液及正极材料三种物质中的传输过程；锂离子在电极材料中的固相扩散系数石墨负极材料的扩散系数为10-10cm²/s，尖晶石LiMn₂O₄正极材料的扩散系数为10-9cm²/s。该制备方法简单，操作条件宽松，效果非常显著；有效提高了电池的低温性能。
文档编号H01M10/38GK101621135SQ20091007004
公开日2010年1月6日 申请日期2009年8月4日 优先权日2009年8月4日
发明者俐 李, 李继霞, 荣 王, 飞 肖, 肖春燕 申请人:天津力神特种电源科技有限公司;西安东方集团有限公司