本发明属于锂离子电池
技术领域：
，涉及一种低温型高能量密度磷酸铁锂电池。
背景技术：
：与其他充电电池相比，锂离子电池具有电压高、比能量高、循环寿命长、无记忆效应、对环境污染小、自放电率低等优点，作为一类重要的化学电源，在手机、笔记本电脑、数码相机、便携式小型电器等领域广泛应用，并逐步走向航空、航天及电动汽车领域。在国家能源战略布局下，新能源产业在利好的政策刺激下得到飞速的发展。目前，锂离子电池主流的体系分为磷酸铁锂和三元材料。两种体系的电池性能各有千秋，但是从投放市场产品的实际使用反馈意见分析，我国更适合发展磷酸铁锂电池。但是，磷酸铁锂材料自身具有晶格结构，决定了其能量密度及低温性能较差。针对这一缺点，各研究结构和材料厂家做了大量研究工作，但未能彻底解决磷酸铁锂电池能量密度低、低温放电性能差的问题。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，解决现有磷酸铁锂电池能量密度低、低温放电性能差的问题，提供一种能量密度高、低温放电性能较好的低温型高能量密度磷酸铁锂电池。本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种低温型高能量密度磷酸铁锂电池，电池的制备工艺包括叠片和卷绕，电池的外壳种类包括铝壳、钢壳、软包及塑料壳，电池的关键材料包括正极、负极、隔膜、电解液及正负极导电剂。所述电池的正极，浆料中使用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮，且各固体物质质量百分比为：包覆型纳米级磷酸铁锂：93.0％～95.5％；聚偏氟乙烯：3.5％～7.3％；油性碳纳米管：1.0％～2.0％；各物质的质量百分比的总和为100.0％。所述电池的负极，浆料中使用的溶剂为去离子水，且各固体物质质量百分比为：多孔硅碳：90.0％～93.5％；羧甲基纤维素钠：1.5％～3.0％；粘结剂：3.0％～6.0％；SP型导电炭黑：0.5％～1.2％；C45型导电炭黑：0.5％～1.5％；KS-6型导电石墨：1.0％～2.0％；各物质的质量百分比的总和为100.0％。所述包覆型纳米级磷酸铁锂，包覆材料为石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、碳纤维中的一种或几种。所述粘结剂为丁苯橡胶乳液、LA132型水性粘合剂、LA133型水性粘合剂中的一种或几种。所述电池的隔膜，涂覆有涂覆材料，所述涂覆材料为三氧化二铝、一水合氧化铝、硫酸钡、坡缕石中的一种或几种。所述电池的电解液，为添加离子液体的五元体系功能材料，离子液体的浓度为0.5～1.0mol/L；电解液中的锂盐为六氟磷酸锂，在电解液中的浓度为0.7～1.2mol/L；电解液中溶剂体积比为碳酸乙烯酯：碳酸甲乙酯：碳酸乙烯亚乙酯：1.3-丙烷磺内酯：二氟代碳酸乙烯酯＝1.5～3.0：3.5～4.5：0.5～1.5：1.5～2.5：0.2～0.8。。所述离子液体的阴离子化学结构如式(一)所示：所述的离子液体的阳离子包括季铵离子、哌啶离子、吡咯离子、季鏻离子、吡唑离子、咪唑离子中的一种或几种；所述季铵离子、哌啶离子、吡咯离子、季鏻离子、吡唑离子、咪唑离子的化学结构如式(二)所示：其中，R1-R4和R18-R21分别独立的选择碳原子数为1-8的烷基或取代烷基；R5、R6、R12、R13、R26、R31分别独立的选择碳原子数为1-6的烷基；R7-R11、R14-R17、R22-R25、R27-R30分别独立的选择氢原子、卤素原子、或碳原子数为1-6的烷基或取代烷基。本发明的有益效果：本发明电池的正极材料为包覆型纳米级磷酸铁锂，粒径小、导电性好。负极材料为多孔硅碳，克容量高，且在电池充放电过程中能够为离子快速迁移提供扩散通道；电解液为添加离子液体的五元体系功能材料，能够克服低温环境下电解液粘稠及固体电解质界面膜不稳定等问题，提高电池的低温放电性能。隔膜为涂覆隔膜，电解液的保液性高，安全性、低温性及循环性好。正极导电剂为油性碳纳米管，负极导电剂为SP型导电炭黑、C45型导电炭黑及KS-6型导电石墨的复合，各导电剂的协同效应能够提高电池的低温性能。本发明提供的高能量密度磷酸铁锂电池具有良好的低温放电性能，-40℃放电容量为室温放电容量的75％以上，可满足小型电动工具、航空、航天及新能源汽车在寒冷地区的使用要求。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：以下实施例中，除特别说明外，物质的配比为质量比或质量百分比。实施例1正极浆料：氧化石墨烯包覆的包覆型纳米级磷酸铁锂：聚偏氟乙烯：油性碳纳米管质量百分比分别为＝95.0％：4.0％：1.0％。按计量比准备聚偏氟乙烯和正极浆料溶剂N-甲基吡咯烷酮，先加N-甲基吡咯烷酮再加聚偏氟乙烯，使聚偏氟乙烯浓度为6.0wt％；公转45rpm、自转300rpm搅拌15min刮料后，进行正常搅拌，公转30rpm、自转2300rpm真空搅拌3h；按计量比加入油性碳纳米管，公转45rpm、自转500rpm搅拌15min刮料后，公转55rpm、自转2800rpm，真空搅拌2h；按计量比加入氧化石墨烯包覆的包覆型纳米级磷酸铁锂，公转55rpm、自转2200rpm搅拌10min刮料后，进行正常搅拌，公转55rpm、自转2800rpm搅拌120min。浆料搅拌好后调粘度，依据固含量由高到低顺序进行调整，每次调节时间为60min，公转35rpm，自转1800rpm；粘度要求5000～7000cp；参考固含量50～60wt％。合格浆料转移至上料系统，经涂布、干燥、辊压、模切、刷粉等程序制得满足技术要求的正极极片。负极浆料：多孔硅碳：羧甲基纤维素钠：丁苯橡胶乳液：SP型导电炭黑：C45型导电炭黑：KS-6型导电石墨＝92.0％：1.5％：4.2％：0.5％：0.5％：1.3％。按计量比准备羧甲基纤维素钠和去离子水，先加去离子水再加羧甲基纤维素钠，使羧甲基纤维素钠浓度为4wt％；公转45rpm、自转500rpm搅拌5min刮料后，进行正常搅拌，公转45rpm、自转2800rpm、搅拌120分钟；加入丁苯橡胶乳液公转55rpm、自转600rpm搅拌90分钟；按计量比加入SP型导电炭黑、C45型导电炭黑、KS-6型导电石墨和多孔硅碳，公转55rpm、自转600rpm搅拌30min刮料后，进行正常搅拌，公转60rpm、自转2400rpm搅拌180min。浆料搅拌好后调粘度，依据固含量由高到低顺序进行调整，每次调节时间为60min，公转30rpm，自转1600rpm；粘度要求1500～2500cp；参考固含量40～48wt％。合格浆料转移至上料系统，经涂布、干燥、辊压、模切、刷粉等程序制得满足技术要求的负极极片。所述电池的隔膜，涂覆有涂覆材料，所述涂覆材料为一水合氧化铝。所述电池的电解液，为添加离子液体的五元体系功能材料，离子液体的浓度为0.75mol/L，电解液中锂盐为六氟磷酸锂，浓度为1.0mol/L，电解液中溶剂体积比为碳酸乙烯酯：碳酸甲乙酯：碳酸乙烯亚乙酯：1.3-丙烷磺内酯：二氟代碳酸乙烯酯＝2.5：4.0：1.0：2.0：0.5。其中阴阳离子化学结构分别如式(三)和式(四)所示：将制备合格的正极极片、负极极片与一水合氧化铝涂覆隔膜一起经过叠片机制备出额定容量为25AH的电芯，并进行装配，注液、搁置、化成及分容等程序。检测电芯各项指标，合格后入库。对电池性能进行检测，检测结果如下表所示。电池相关性能测试方法要求按照GB/T31484-2015、GB/T31485-2015、GB/T31486-2015标准执行(以下同)。电压内阻能量密度室温放电容量(1C)-40℃放电容量(1C)3.36V0.6mΩ215WH/Kg25.7AH19.4AH实施例2本实施例中正极浆料：石墨烯包覆的包覆型纳米级磷酸铁锂：聚偏氟乙烯：油性碳纳米管＝94.0％：4.5％：1.5％。按计量比准备聚偏氟乙烯和浆料中使用的溶剂N-甲基吡咯烷酮，先加N-甲基吡咯烷酮再加聚偏氟乙烯，使聚偏氟乙烯质量浓度为7.0％，公转45rpm、自转300rpm搅拌15min刮料后，进行正常搅拌，公转30rpm、自转2300rpm真空搅拌3h；按计量比加入油性碳纳米管，公转45rpm、自转500rpm搅拌15min刮料后，公转55rpm、自转2800rpm，真空搅拌2h；按计量比加入石墨烯包覆的包覆型纳米级磷酸铁锂，公转55rpm、自转2200rpm搅拌10min刮料后进行正常搅拌，公转55rpm、自转2800rpm搅拌120min。浆料搅拌好后调粘度，依据固含量由高到低顺序进行调整，每次调节时间为60min，公转35rpm，自转1800rpm；粘度要求5000～7000cp；参考固含量50～60wt％。合格浆料转移至上料系统，经涂布、干燥、辊压、模切、刷粉等程序制得满足技术要求的正极极片。负极浆料：多孔硅碳：羧甲基纤维素钠：LA133型水性粘结剂：SP型导电炭黑：C45型导电炭黑：2S-6型导电石墨＝92.5％：1.5％：4.0％：0.5％：0.5％：1.0％。按计量比准备羧甲基纤维素钠和去离子水，先加去离子水再加羧甲基纤维素钠，使羧甲基纤维素钠浓度为3wt％，公转45rpm、自转500rpm搅拌5min刮料后进行正常搅拌，公转45rpm、自转2800rpm、搅拌120分钟；加入丁苯橡胶乳液，公转55rpm、自转600rpm搅拌90分钟；按计量比加入SP型导电炭黑、C45型导电炭黑、KS-6型导电石墨和多孔硅碳，公转55rpm、自转600rpm搅拌30min刮料后进行正常搅拌，公转60rpm、自转2400rpm搅拌180min。浆料搅拌好后调粘度，依据固含量由高到低顺序进行调整，每次调节时间为60min，公转30rpm，自转1600rpm；粘度要求1500～2500cp；参考固含量40～48wt％。合格浆料转移至上料系统，经涂布、干燥、辊压、模切、刷粉等程序制得满足技术要求的负极极片。所述电池的隔膜，涂覆有涂覆材料，所述涂覆材料为硫酸钡。所述电池的电解液，为添加离子液体的五元体系功能材料，离子液体浓度为0.8mol/L，电解液中锂盐为六氟磷酸锂，在电解液中的浓度为1.0mol/L，电解液中溶剂体积比为碳酸乙烯酯：碳酸甲乙酯：碳酸乙烯亚乙酯：1.3-丙烷磺内酯：二氟代碳酸乙烯酯＝2.5：4.0：1.0：2.0：0.5。其中阴阳离子化学结构如式(五)和式(六)：将制备合格的正极极片、负极极片与硫酸钡涂覆隔膜一起经过叠片机制备出额定容量为25AH的电芯，并进行装配，注液、搁置、化成及分容等程序。检测电芯各项指标，合格后入库。对电池性能进行检测，检测结果如下表所示。电压内阻能量密度室温放电容量(1C)-40℃放电容量(1C)3.38V0.53mΩ275WH/Kg25.8AH19.6AH现有技术中，磷酸铁锂电池的能量密度为110-130WH/Kg，-40℃放电容量小于室温放电容量的35.0％。可见本发明所得电池的性能结果远优于现有技术。上面所述的实施例仅是对本发明的优先实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围内。当前第1页1 2 3