【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，具体涉及一种低温型聚合物锂电池及其制备方法。
技术介绍
1、随着现代科技的快速发展，锂电池作为能量存储和电力供应的关键组件，在消费电子、电动车、航空航天等多个领域得到了广泛应用。然而，传统锂电池在低温环境下的性能下降明显，导致其在寒冷地区的应用受到限制。随着温度的降低，电解液的粘度显著提高，导致导电率下降，离子在电解液中的迁移速率减缓，从而影响电池的放电性能。在低温环境下，电池内部的正负极材料中的辅材可能出现玻璃化现象，这阻碍了锂离子的导电，导致电池内部电阻增大，性能下降。低温下，电池内部的离子通道数量减少，离子在材料中的扩散速率降低，进一步影响了电池的放电效率和循环稳定性。
2、因此，开发一种离子电导率高、能够在极端低温环境下保持良好放电性能、具有优异循环稳定性和高安全性的低温型聚合物锂电池，对于推动相关产业在寒冷地区的发展具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种低温型聚合物锂电池及其制备方法，所述低温型聚合物锂电池离子电导率高、能够在极端低温环境下保持良好放电性能、具有优异循环稳定性和高安全性。
2、一种低温型聚合物锂电池，包括正极片、负极片、聚合物电解质膜、电池壳。
3、所述正极片的制备原料，包括正极活性材料、导电剂、粘接剂、n-甲基吡咯烷酮。
4、优选的，所述正极活性材料、导电剂、粘接剂的质量比为8：1：1。
5、优选的，所述正极活性材料包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、
6、优选的，所述导电剂包括导电石墨、乙炔黑、超导碳、导电炭黑中一种或多种；进一步优选的，为导电炭黑。
7、优选的，所述导电炭黑的粒径为25-35nm，灰分≤0.01％。
8、在一些优选的方案中，所述导电炭黑购自天津宝驰化工科技有限公司。
9、优选的，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯。
10、所述聚偏二氟乙烯在230℃下的熔融指数为0.5-2.0g/10min，熔点为156-165℃，含水率≤0.1％。
11、在一些优选的方案中，所述聚偏二氟乙烯购自法国阿科玛，pndf 760。
12、优选的，所述负极片为锂片。
13、优选的，所述电池壳为纽扣电池壳，cr2025型。
14、所述聚合物电解质膜的制备方法，包括以下步骤：将聚环氧乙烷、锂盐与增塑剂混合均匀后，加入无机纳米粒子进行球磨，将球磨后的浆料平铺在玻璃板上，在氩气、100-120℃下干燥2-5h，即得。
15、优选的，所述聚合物电解质膜的厚度为30-40μm。
16、优选的，所述聚环氧乙烷的平均相对分子质量为100000，5％的聚环氧乙烷水溶液在25℃下的粘度为15-50cp。
17、在一些优选的方案中，所述聚环氧乙烷购自西格玛奥德里奇(上海)有限公司。
18、选用聚环氧乙烷作为单体，通过自聚合制备聚合物电解质膜，不仅能够提高锂电池的安全性，还能够提高其耐低温性能。这可能是因为一方面聚环氧乙烷电解质具有稳定的晶体结构，使得锂离子在迁移过程中难以形成树枝状结构(锂枝晶)，从而有效避免了电池短路和爆炸的风险。此外，固态电解质本身也相较于液态电解质具有更高的安全性。另一方面聚环氧乙烷电解质在较宽的温度范围内都能保持良好的性能，即使在低温环境下，锂离子的迁移速度也不会受到太大影响，从而保证了电池的低温性能。且聚环氧乙烷电解质与锂金属负极的兼容性好，有助于提升电池的电化学性能。但是聚环氧乙烷在室温下具有较高的结晶度，会干扰聚合物链段运动和锂离子运动，导致基于聚环氧乙烷的聚合物电解质在锂金属电池工作温度下的导电性较差，影响了电池的整体性能。此外，聚环氧乙烷的机械强度相对较低，抗穿刺短路的能力较弱，可能影响电池的安全性和稳定性。
19、优选的，所述锂盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂中的一种或多种。
20、优选的，所述增塑剂包括丁腈、碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯、n,n-二甲基甲酰胺、碳酸丙烯酯、碳酸氟乙烯酯、二缩三乙二醇二甲醚中的一种或多种；进一步优选的，为二缩三乙二醇二甲醚。
21、丁腈是一种常用的增塑剂，但是其与锂负极的界面接触不稳定限制了其应用。通过选用二缩三乙二醇二甲醚作为增塑剂，并控制其添加量，不仅能够提高聚环氧乙烷聚合物电解质膜的离子导电性，还能够提高锂离子电池的电化学性能和循环寿命。这可能是因为二缩三乙二醇二甲醚不仅可以降低聚环氧乙烷的结晶度，使聚合物链段更加灵活，有利于锂离子的迁移，从而提高离子导电性，还可以改善聚环氧乙烷聚合物电解质膜与电极材料之间的相容性，有助于形成稳定的电解质/电极界面，从而提高电池的循环性能。
22、优选的，所述聚环氧乙烷和无机纳米粒子的质量比为(1-3)：1。
23、通过添加无机纳米粒子，尤其是llzo，不仅可以在聚合物电解质膜中形成更多的离子通道，有助于锂离子的迁移，从而提高peo聚合物电解质膜的离子导电性，还可以增强peo聚合物电解质膜的机械强度，提高其抗穿刺短路的能力，从而增强电池的安全性和稳定性。此外，llzo粒子可以与电极材料形成良好的界面接触，有助于降低界面电阻，提高电池的电化学性能。但是传统的llzo无机纳米粒子的离子电导率也偏低，对电池整体的电化学性能提升有限，在空气中稳定性较差。
24、优选的，所述锂盐的添加量为聚环氧乙烷质量的2％-5％。
25、优选的，所述增塑剂的添加量为聚环氧乙烷和无机纳米粒子总质量的15％-20％。
26、优选的，所述球磨的转速为200-300rpm，球磨时间为5-8h。
27、所述无机纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
28、s1、将氢氧化锂、硝酸镧、乙酸锆、硝酸铝、氧化镓、五氧化二钽、五氧化二铌、弱酸混合后，滴加稀硝酸至无沉淀，在70-80℃下搅拌10-15h形成均匀的凝胶，升温至150-200℃干燥1-2h后，分步烧结后，粉碎研磨至粒径＜100nm，得到物质一；
29、s2、将硅烷偶联剂溶于乙醇水溶液中，并调节体系ph值为4-5，加入物质一，在50-60℃下搅拌6-8h后，离心分离，用无水乙醇洗涤2-3次，在50-60℃下真空干燥至恒重，即得。
30、优选的，所述弱酸包括柠檬酸、酒石酸、乙酸中的一种或多种；进一步优选的，为柠檬酸。
31、在添加稀硝酸溶解金属盐前，加入适量的柠檬酸，不仅能够提高凝胶的稳定性，从而制备得到的无机纳米粒子的质量，还能够提高电池循环寿命。这可能是因为一方面柠檬酸不仅能够调节反应物的ph值，从而调节溶胶稳定性，还能够与金属离子形成配位络合物，有助于金属离子在溶胶中的稳定分散，防止金属离子水解沉淀而阻碍反应的进行。另一方面适量添加柠檬酸可以形成分散的涂层在材料表面上，减缓锂离子的扩散速率，从本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低温型聚合物锂电池，其特征在于，包括正极片、负极片、聚合物电解质膜、电池壳；
2.根据权利要求1所述的低温型聚合物锂电池，其特征在于，所述正极片的制备原料，包括正极活性材料、导电剂、粘接剂。
3.根据权利要求1所述的低温型聚合物锂电池，其特征在于，所述聚环氧乙烷的平均相对分子质量为100000，5％的聚环氧乙烷水溶液在25℃下的粘度为15-50cp。
4.根据权利要求1所述的低温型聚合物锂电池，其特征在于，所述增塑剂包括丁腈、碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯、N,N-二甲基甲酰胺、碳酸丙烯酯、碳酸氟乙烯酯、二缩三乙二醇二甲醚中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的低温型聚合物锂电池，其特征在于，所述氢氧化锂、硝酸镧、乙酸锆、硝酸铝、氧化镓、五氧化二钽、五氧化二铌、弱酸的摩尔比为(7.5-8.5)：(2.8-3.2)：(1.3-1.6)：(0.1-0.3)：(0.1-0.3)：(0.2-0.3)：(0.2-0.3)：(4.5-5.5)。
6.根据权利要求1所述的低温型聚合物锂电池，其特征在于，所述分步烧结的具体步骤为：以5
7.根据权利要求1所述的低温型聚合物锂电池，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括环氧丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；进一步优选的，为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
8.根据权利要求1所述的低温型聚合物锂电池，其特征在于，所述弱酸包括柠檬酸、酒石酸、乙酸中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的低温型聚合物锂电池，其特征在于，所述锂盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂中的一种或多种。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的低温型聚合物锂电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种低温型聚合物锂电池，其特征在于，包括正极片、负极片、聚合物电解质膜、电池壳；
2.根据权利要求1所述的低温型聚合物锂电池，其特征在于，所述正极片的制备原料，包括正极活性材料、导电剂、粘接剂。
3.根据权利要求1所述的低温型聚合物锂电池，其特征在于，所述聚环氧乙烷的平均相对分子质量为100000，5％的聚环氧乙烷水溶液在25℃下的粘度为15-50cp。
4.根据权利要求1所述的低温型聚合物锂电池，其特征在于，所述增塑剂包括丁腈、碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯、n,n-二甲基甲酰胺、碳酸丙烯酯、碳酸氟乙烯酯、二缩三乙二醇二甲醚中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的低温型聚合物锂电池，其特征在于，所述氢氧化锂、硝酸镧、乙酸锆、硝酸铝、氧化镓、五氧化二钽、五氧化二铌、弱酸的摩尔比为(7.5-8.5)：(2.8-3.2)：(1.3-1.6)：(0.1-0.3)：(0.1-0.3)：(0.2-0.3)：(0.2-0.3)：(4.5-5.5)。
6.根据权利要求1所述的低温...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘黎明，田华，李凯，
申请(专利权)人：广东弘捷新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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