权利要求
1.一种
锂电池
电芯，其特征在于，包括设置在所述电芯(1)厚度方向两侧的低温区域(2)和设置在所述电芯(1)厚度方向中部的高温区域(3)，所述低温区域(2)和所述高温区域(3)均包括叠片层(4)，所述低温区域(2)中的所述叠片层(4)中材料组分设置为耐低温体系材料，所述高温区域(3)中的所述叠片层(4)中材料组分设置为耐高温体系材料。
2.根据权利要求1所述的锂电池电芯，其特征在于，所述高温区域(3)中的所述叠片层(4)的厚度大于等于所述低温区域(2)中所述叠片层(4)的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的锂电池电芯，其特征在于，所述低温区域(2)的所述叠片层(4)包括低温
正极材料和低温
负极材料，所述低温正极材料包括耐低温
磷酸铁锂、第一导电剂以及第一粘结剂;
其中，所述耐低温磷酸铁锂、所述第一导电剂以及所述第一粘结剂的质量比为(93～98):(1～4):(1～3);
所述低温负极材料包括第一石墨材料、第二导电剂、第一增稠剂以及第二粘结剂;
其中，所述第一石墨材料、所述第二导电剂、所述第一增稠剂以及所述第二粘结剂的质量比为(94～97):(0.5～1.5):(1～2):(1.5～2.5)。
4.根据权利要求3所述的锂电池电芯，其特征在于，所述耐低温磷酸铁锂掺杂有第一导电离子，且具有亲锂包覆层，所述耐低温磷酸铁锂的粒径为50nm～200nm，孔隙率为30%～40%。
5.根据权利要求3所述的锂电池电芯，其特征在于，所述第一石墨材料掺杂有金属纳米颗粒，且具有聚合物包覆层，孔隙率为20%～30%。
6.根据权利要求1或2所述的锂电池电芯，其特征在于，所述高温区域(3)的所述叠片层(4)包括高温正极材料和高温负极材料，所述高温正极材料包括耐高温磷酸铁锂、第三导电剂以及第三粘结剂;
其中，所述耐高温磷酸铁锂、所述第三导电剂以及所述第三粘结剂的质量比为(93～98):(1～4):(1～3);
所述高温负极材料包括第二石墨材料、第四导电剂、第二增稠剂以及第四粘结剂;
其中，所述第二石墨材料、所述第四导电剂、所述第二增稠剂以及所述第四粘结剂的质量比为(94～98):(0.3～2):(1～2):(0.7～2)。
7.根据权利要求6所述的锂电池电芯，其特征在于，所述耐高温磷酸铁锂掺杂有第二导电离子，且具有氧化物包覆层，粒径为1μm～5μm，孔隙率为0～20%。
8.根据权利要求6所述的锂电池电芯，其特征在于，所述第二石墨材料掺杂有硅氧化物，且具有无机包覆层，孔隙率为0～10%。
9.一种锂电池，其特征在于，所述锂
电池包括权利要求1～8中任一项所述的锂电池电芯。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1～8中任一项所述的锂电池电芯或者权利要求9所述的锂电池。
说明书
技术领域
[0001]本申请涉及电池的技术领域，具体涉及一种锂电池电芯、锂电池及车辆。
背景技术
[0002]锂离子电池是一类依靠锂离子在正极与负极之间移动来达到充放电目的的一种可充电电池，锂离子电池具有高能量密度、长寿命和成熟的技术特点，主要应用于
新能源汽车、
储能系统和消费电子领域。
[0003]在一些相关技术中，当锂离子电池处于高温环境中，电池内部的化学反应速率加快，副反应增多，可能导致电池寿命缩短、容量缩减，甚至存在安全隐患;而当锂离子电池处于低温环境中时，电池的
电解液黏度增加，离子传导速率变慢，导致电池的充放电性能下降，从而使得电池充电困难、析锂、放电容量减少。现有的锂离子电池中电芯中的各极片层中的材料组分相同，无法同时兼顾高温环境性能和低温环境性能，高温环境性能优异的电池往往低温环境的表现较差。
发明内容
[0004]为了解决上述背景技术中提到的至少一个问题，本申请提供了一种锂电池电芯、锂电池及车辆，本申请中的锂电池电芯通过设置低温区域中的正负极材料组分能够在低温环境增加充放电性能，同时设置高温区域中的正负极材料组分能够在高温环境减少寿命损失，以使制备的锂电池能够适用于各种气候条件的使用环境。
[0005]本申请实施例提供的具体技术方案如下：
[0006]第一方面，提供一种锂电池电芯，包括设置在所述电芯厚度方向两侧的低温区域和设置在所述电芯厚度方向中部的高温区域，所述低温区域和所述高温区域均包括叠片层，所述低温区域中的所述叠片层中材料采用耐低温体系材料，所述高温区域中的所述叠片层中材料采用耐高温体系材料。
[0007]在一个具体的实施例中，所述高温区域中的所述叠片层的厚度大于等于所述低温区域中所述叠片层的厚度。
[0008]在一个具体的实施例中，所述低温区域的所述叠片层包括低温正极材料和低温负极材料，所述低温正极材料包括耐低温磷酸铁锂、第一导电剂以及第一粘结剂;
[0009]其中，所述耐低温磷酸铁锂、所述第一导电剂以及所述第一粘结剂的质量比为(93～98):(1～4):(1～3)。
[0010]具体的，所述耐低温磷酸铁锂、所述第一导电剂以及所述第一粘结剂的质量比包括93:4:3、94:4:2、94:3.5:2.5、94:3:3、95:2:3、95:2.5:2.5、95:3:2、95:4:1、96:2:2、96:1:3、96:3:1、96:2.5:1.5、96:1.5:2.5、97:2:1、97:1:2、97:1.5:1.5、98:1:1或为上述任意两个数值组成的范围。通过上述设置，本申请中能够通过耐低温磷酸铁锂、第一导电剂以及第一粘结剂的质量比在不同的比例条件下均能够得到耐低温的效果。
[0011]进一步的，所述低温负极材料包括第一石墨材料、第二导电剂、第一增稠剂以及所述第二粘结剂;
[0012]其中，所述第一石墨材料、所述第二导电剂、所述第一增稠剂以及所述第二粘结剂的质量比为(94～97):(0.5～1.5):(1～2):(1.5～2.5)。
[0013]具体的，所述第一石墨材料、所述第二导电剂、所述第一增稠剂以及所述第二粘结剂的质量比包括94:1.5:2:2.5、95:1.5:1:2.5、95:1:2:2、95:1.5:1.5:2、95:1:1.5:2.5、96:1:1:2、96:1:1.4:1.6、96:0.8:1.2:2、96:1.2:1:1.8、96:1.5:1:1.5、97:0.5:1:1.5或为上述任意两个数值组成的范围。通过上述设置，本申请中能够通过第一石墨材料、第二导电剂、第一增稠剂以及第二粘结剂的质量比在不同的比例条件下均能够得到耐低温的效果。
[0014]在一个具体的实施例中，所述耐低温磷酸铁锂掺杂有第一导电离子，且具有亲锂包覆层，所述耐低温磷酸铁锂的粒径为50nm～200nm，孔隙率为30%～40%。
[0015]具体的，耐低温磷酸铁锂的粒径可以设置为50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm或为上述任意两个数值组成的范围;耐低温磷酸铁锂的孔隙率可以设置为30%、31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%、40%或为上述任意两个数值组成的范围，当耐低温磷酸铁锂的粒径和孔隙率配置为上述范围内的任意值时，均能够实现耐低温磷酸铁锂在低温环境中的性能。
[0016]在一个具体的实施例中，所述第一石墨材料掺杂有金属纳米颗粒，且具有聚合物包覆层，孔隙率为20%～30%。
[0017]具体的，所述第一石墨材料的孔隙率设置为20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%、30%或为上述任意两个数值组成的范围，通过上述设置，使得本申请中的第一石墨材料的孔隙率选择上述范围内的任意比例均能够实现耐低温的效果。
[0018]在一个具体的实施例中，所述高温区域包括高温正极材料和高温负极材料，所述高温正极材料包括耐高温磷酸铁锂、第三导电剂以及第三粘结剂;
[0019]其中，所述耐高温磷酸铁锂、所述第三导电剂以及所述第三粘结剂的质量比为(93～98):(1～4):(1～3)。
[0020]具体的，所述耐高温磷酸铁锂、所述第三导电剂以及所述第三粘结剂的质量比为包括93:4:3、94:4:2、94:3.5:2.5、94:3:3、95:2:3、95:2.5:2.5、95:3:2、95:4:1、96:2:2、96:1:3、96:3:1、96:2.5:1.5、96:1.5:2.5、97:2:1、97:1:2、97:1.5:1.5、98:1:1、或为上述任意两个数值组成的范围。通过上述设置，本申请中能够通过耐高温磷酸铁锂、第三导电剂以及第三粘结剂的质量比在不同的比例条件下均能够得到耐高温的效果。
[0021]所述高温负极材料包括第二石墨材料、第四导电剂、第二增稠剂以及第四粘结剂;
[0022]其中，所述第二石墨材料、所述第四导电剂、所述第二增稠剂以及所述第四粘结剂的质量比为(94～98):(0.3～2):(1～2):(0.7～2)。
[0023]具体的，所述第二石墨材料、所述第四导电剂、所述第二增稠剂以及所述第四粘结剂的质量比包括95:1:2:2、95:1.5:1.5:2、95:2:1.5:1.5、95:2:2:1、96:1:1:2、96:1:1.4:1.6、96:0.8:1.2:2、96:1.2:1:1.8、96:1.5:1:1.5、97:0.5:1:1.5、97:1:1:1、98:0.3:1:0.7或为上述任意两个数值组成的范围。通过上述设置，本申请中能够通过第二石墨材料、第四导电剂、第二增稠剂以及第四粘结剂的质量比在不同的比例条件下均能够得到耐高温的效果。
[0024]在一个具体的实施例中，所述耐高温磷酸铁锂掺杂有第二导电离子，且具有氧化物包覆层，粒径为1μm～5μm，孔隙率为0～20%。
[0025]具体的，耐高温磷酸铁锂的粒径设置为1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm或为上述任意两个数值组成的范围;其中，耐高温磷酸铁锂的孔隙率设置为0、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%、20%或为上述任意两个数值组成的范围，通过调节耐高温磷酸铁锂中粒径以及其他特性参数，能够实现选择上述范围内的任意比例均能够实现耐高温的效果。
[0026]在一个具体的实施例中，所述第二石墨材料掺杂有硅氧化物，且具有无机包覆层，孔隙率为0～10%。
[0027]具体的，第二石墨材料的孔隙率设置为0、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、10%或为上述任意两个数值组成的范围，通过调节第二石墨材料的孔隙率以及其他特性参数，能够实现选择上述范围内的任意比例均能够实现耐高温的效果。
[0028]第二方面，提供了一种锂电池，所述锂电池包括如上所述的锂电池电芯。
[0029]第三方面，提供了一种车辆，所述车辆包括如上所述的锂电池电芯或者锂电池。
[0030]本申请实施例具有如下有益效果：
[0031]1.本申请实施例提供的方案，设置极片厚度方向两侧的叠片层为低温区域，然后设置位于极片厚度方向中部位置的叠片层为高温区域，低温区域和高温区域中的叠片层中材料组分不同，其中低温区域中的叠片层中材料采用耐低温体系材料，高温区域中的叠片层中材料采用耐高温体系材料，通过上述设置，能够使得制备的电芯在低温环境增加充放电性能，同时设置高温区域中的正负极材料组分能够在高温环境减少寿命损失，以使制备的锂电池能够适用于各种气候条件的使用环境。
[0032]2.其中低温区域中的正极材料通过掺杂、包覆和粒径设置改善正极材料的表面性质，负极材料则通过改善石墨材料性能，以使其适应于低温环境，提高了材料的导电性;高温区域中的正极材料中通过掺杂导电粒子以及包覆氧化物层，改善了材料的结构稳定性，减少金属元素的溶出，负极材料则通过表面包覆无机层，以及采用耐高温的粘结剂、导电剂以改善负极材料的在高温环境中充放电性能，使制备的锂电池电芯能够适用于各种气候条件的使用环境。
[0033]3.本申请实施例的低温区域中正极材料中包括耐低温磷酸铁锂，以离子/电子传输效率为核心，通过纳米化、多孔碳层的制备工艺以加速锂离子的快速扩散，同时引入第一导电粒子具有高导电性扩大了锂离子扩散通道，降低低温电荷转移阻抗，通过构建亲锂表面，促进低温下锂离子脱溶剂化，提升界面动力学;负极材料中包括第一石墨材料，通过表面包覆多孔聚合物，增强了电解液的浸润性，促进低温离子传输，其高孔隙率提供了快速离子通道，降低低温扩散活化能，其掺杂金属纳米颗粒提升了电子导电性，降低低温极化。
[0034]4.高温区域中的正极材料包括耐高温磷酸铁锂，其中耐高温磷酸铁锂中通过掺杂第二导电粒子，以抑制高温下铁离子的迁移和晶格畸变，减少相变的风险，同时通过包覆氧化物层，减少电解液高温分解对界面的破坏，其低孔隙率减少了电解液的渗透，延缓高温产气膨胀，以晶格稳定性、低表面活性为核心，通过高结晶度、大粒径以及耐高温致密包覆抑制副反应;其负极的第二石墨材料通过设置无机包覆层，抑制高温SEI膜破裂和锂枝晶生长，其低孔隙率极减少了电解液接触，延缓高温产气，以抑制界面副反应和结构稳定性为核心，通过高结晶度、大粒径、致密包覆和耐高温掺杂减少产气与枝晶风险，提升高温环境中充放电性能。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1示出根据本申请中锂电池电芯的示意图;
[0037]图中，1、电芯;2、低温区域;3、高温区域;4、叠片层;401、
隔膜;402、正极片;403、负极片。
具体实施方式
[0038]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0039]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0040]在一个实施例中，如图1所示，提供一种锂电池电芯，包括设置在电芯1厚度方向两侧的低温区域2和设置在电芯1厚度方向中部的高温区域3，低温区域2和高温区域3沿电芯1的厚度方向相邻设置。其中电芯1是由若干叠片层4构成的，叠片层4包括依次设置的隔膜401、正极片402和负极片403，正极片402和负极片403之间通过隔膜401分隔起来。由于电芯1的中间层产热多，散热困难，因此通过在电芯1的中间层设置为耐高温的体系;电芯1的两侧区域散热较快，与外界接触好，同时易受寒冷天气的影响，通过设置为低温区域2，以提高制备成电池的低温耐候性能。
[0041]具体的，低温区域2和高温区域3中均包括若干叠片层4，同时通过设置低温区域2和高温区域3中的叠片层4中的材料组分不同，低温区域2中的叠片层4中材料组分设置为耐低温体系材料，其中耐低温体系材料包括多种组分材料，其能够通过使得电池处于低温环境中时提高电解液中的离子电导率，以加快低温区域2在低温环境中的反应速率，高温区域3中的叠片层4中材料组分设置为耐高温体系材料，其中耐高温体系材料包括多种组分材料，耐高温体系材料能够通过使得电池在处于高温环境中时减少电池中的副反应，同时稳定电池在高温环境中的反应速率，确保电池对处于不同气候下保持稳定性能。
[0042]低温区域2的叠片层4中包括以耐低温磷酸铁锂为主要低温正极材料，第一石墨材料为主要低温负极材料而具有的相应性能;高温区域3的叠片层4包括以耐高温磷酸铁锂为主要高温正极材料，第二石墨材料为主要高温负极材料具有的相应性能。其中低温区域2中电池能够提高在低温环境中的充放电能力，同时高温区域3中的组分材料能够延长电芯1在高温环境中的寿命，通过以上设置使制备的锂电池能够适用于各种气候条件的使用环境。
[0043]具体的，电芯1中的叠片层4设置为整数等份，低温区域2中叠片层4包括电芯1厚度方向的最外侧等份，高温区域3中的叠片层4包括除低温区域2外的剩余等份，其中整数为大于等于3的正整数，按照上述划分方法划分后，得到电芯1中的高温区域3中的叠片层4的厚度大于等于低温区域2中的叠片层4的厚度。
[0044]需要说明的是，示例性的，可以将电芯1中的叠片层4数量划分为三等份、五等份或者七等份，并划分上下最外侧一等份设置区域为低温区域2，然后设置中间剩余的叠片层4为高温区域3，并通过将低温区域2中组分材料制成低温极片，以及将高温区域3中的组分材料制成高温极片，然后通过将两种极片分别置于两个料盒中。并根据预先设置的叠片层4数，依次分别抓取不同低温极片以及高温极片，并组装形成电芯1。
[0045]在本实施例中，低温区域2的叠片层4包括低温正极材料和低温负极材料，其中低温正极材料包括耐低温磷酸铁锂、第一导电剂以及第一粘结剂。具体的，设置耐低温磷酸铁锂掺杂有第一导电离子，且具有亲锂包覆层，具体的耐低温磷酸铁锂的性能参数见表1所示。
[0046]表1耐低温磷酸铁锂与耐高温磷酸铁锂性能对比
[0047]
[0048]
[0049]结合表1中数据可得到，低温正极材料中采用烧结和碳包覆处理工艺，烧结温度为650℃～700℃;具体的，低温正极材料的烧结温度为650℃、660℃、670℃、680℃、690℃、700℃或为上述任意两个数值组成的范围，通过选择烧结温度为上述范围的低温正极材料以控制晶粒尺寸，避免颗粒过度生长，保留纳米级活性位点。包覆过程中采用薄而且多孔的碳层，碳层厚度为2nm～3nm;具体的，低温正极材料中的包覆碳层的厚度可以设置为2nm、2.1nm、2.2nm、2.3nm、2.4nm、2.5nm、2.6nm、2.7nm、2.8nm、2.9nm、3nm或为上述任意两个数值组成的范围，通过配置碳层的厚度设置为上述厚度以提升电子导电性，同时允许锂离子快速扩散。
[0050]耐低温磷酸铁锂的结构上引入第一导电离子进行掺杂以扩大锂离子扩散通道，降低低温电荷转移阻抗，第一导电离子具体包括V5+或者Nb5+，上述第一导电离子的掺杂进入铁位，形成低能垒离子通道，降低低温扩散活化能，具体降低活化能小于0.3eV，同时还掺杂有碳/氮元素，提升离子电导率，具体使离子电导率提高到大于10-3S/cm，以缓解低温极化。具体的设置掺杂浓度为2mol%～3mol%;其中掺杂浓度可以设置为2mol%、2.1mol%、2.2mol%、2.3mol%、2.4mol%、2.5mol%、2.6mol%、2.7mol%、2.8mol%、2.9mol%、3mol%或为上述任意两个数值组成的范围，通过设置掺杂功浓度为上述范围显著改善了离子/电子混合导电网络。
[0051]进一步的，构建亲锂表面，例如Li3PO4-磷酸锂包覆，促进低温下锂离子脱溶剂化，提升界面动力学;设置孔隙率为30%～40%;耐低温磷酸铁锂的孔隙率可以设置为30%、31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%、40%或为上述任意两个数值组成的范围，通过上述高孔隙率的设置缩短锂离子扩散路径，缓解低温离子传输迟滞。配置耐低温磷酸铁锂位纳米级颗粒，粒径为50nm～200nm。具体的，耐低温磷酸铁锂的粒径可以设置为50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm或为上述任意两个数值组成的范围，通过上述设置，增加反应活性位点，提升低温锂离子嵌入/脱出速率。耐低温磷酸铁锂设置为多孔或者片状结构，提高电极与电解液接触面积，加速低温离子迁移。
[0052]在一个具体的实施例中，设置耐低温磷酸铁锂、第一导电剂以及第一粘结剂的质量比为(93～98):(1～4):(1～3)。需要说明的是，本实施例中的耐低温磷酸铁锂、第一导电剂以及第一粘结剂的质量比包括但不限于93:4:3、94:4:2、94:3.5:2.5、94:3:3、95:2:3、95:2.5:2.5、95:3:2、95:4:1、96:2:2、96:1:3、96:3:1、96:2.5:1.5、96:1.5:2.5、97:2:1、97:1:2、97:1.5:1.5、98:1:1或为上述任意两个数值组成的范围。通过上述设置，本申请中能够通过耐低温磷酸铁锂、第一导电剂以及第一粘结剂的质量比在不同的比例条件下均能够得到耐低温的效果。
[0053]本实施例中的低温负极材料包括第一石墨材料、第二导电剂、第一增稠剂以及第二粘结剂，其中第一石墨材料掺杂有金属纳米颗粒，且具有聚合物包覆层，孔隙率为20%～30%。具体的，第一石墨材料的孔隙率设置为20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%、30%或为上述任意两个数值组成的范围，通过上述设置，使得本申请中的第一石墨材料的孔隙率选择上述范围内的任意比例均能够实现耐低温的效果。其中，第一石墨材料的相关性能参数见表2所示。
[0054]表2第一石墨材料与第二石墨材料性能对比
[0055]
[0056]结合表2中数据可得，第一石墨材料配置为
人造石墨或者软碳复合石墨，其层间距设置为0.340nm，以增加锂离子扩散通道，降低低温极化。第一石墨材料的石墨化度为中温石墨化，其温度为2400℃～2600℃;具体的第一石墨材料的石墨化温度可以设置为2400℃、2450℃、2500℃、2550℃、2600℃或为上述任意两个数值组成的范围;通过将第一石墨材料的石墨化温度设置为上述状态以保留适量边缘位点，促进低温快速嵌锂，极片压实密度设置为中等压实密度，压实密度为1.4g/cm3～1.6g/cm3;具体的，极片压实密度可以设置为1.4g/cm3、1.5g/cm3、1.6g/cm3或为上述任意两个数值组成的范围，通过上述极片压实密度的设置保留离子扩散通道，降低低温阻抗。
[0057]在本实施例中，第一石墨材料设置为多孔聚合物包覆材料，比如PVDF-HFP，以增强电解液的浸润性，促进低温离子传输;高孔隙率提供快速离子通道，降低高温扩散活化能，设置活化能小于0.4eV;同时通过石墨/软碳复合，软碳缓冲层能够提升低温嵌锂动力。第一石墨材料的颗粒D50设置为5μm～10μm;具体的第一石墨材料的颗粒D50可以设置为5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm或为上述任意两个数值组成的范围，或者设置第一石墨材料为纳米化，其粒径小于1μm，以增加反应活性面积，提升低温容量释放;同时设置第一石墨材料的形貌为多孔或者片层堆叠结构，缩短离子扩散距离，缓解低温锂离子传输迟滞。第一石墨材料中还进行元素掺杂，其中采用P/S共掺杂，扩大层间距，降低锂离子嵌入势垒，同时还掺杂金属纳米颗粒，比如银或者
铜，提升电子导电性，降低低温极化;设置掺杂浓度为2wt%～3wt%，具体的第一石墨材料中掺杂浓度可以设置为2wt%、2.1wt%、2.2wt%、2.3wt%、2.4wt%、2.5wt%、2.6wt%、2.7wt%、2.8wt%、2.9wt%、3wt%或为上述任意两个数值组成的范围，通过上述对第一石墨材料的掺杂显著改善界面动力。
[0058]在一个具体的实施例中，设置第一石墨材料、第二导电剂、第一增稠剂以及第二粘结剂的质量比例为(94～97):(0.5～1.5):(1～2):(1.5～2.5)。具体的，本实施例中的第一石墨材料、第二导电剂、第一增稠剂以及第二粘结剂的质量比包括但不限于为94:1.5:2:2.5、95:1.5:1:2.5、95:1:2:2、95:1.5:1.5:2、95:1:1.5:2.5、96:1:1:2、96:1:1.4:1.6、96:0.8:1.2:2、96:1.2:1:1.8、96:1.5:1:1.5、97:0.5:1:1.5或为上述任意两个数值组成的范围。通过上述设置，本申请中能够通过第一石墨材料、第二导电剂、第一增稠剂以及第二粘结剂的质量比在不同的比例条件下均能够得到耐低温的效果。
[0059]在本实施例中，高温区域3的叠片层4包括高温正极材料和高温负极材料，其中高温正极材料包括耐高温磷酸铁锂、第三导电剂以及第三粘结剂。其中耐高温磷酸铁锂掺杂有第二导电离子，且具有氧化物包覆层，粒径为1μm～5μm，孔隙率为0～20%。
[0060]在本实施例中，耐高温磷酸铁锂的粒径设置为1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm或为上述任意两个数值组成的范围;其中，耐高温磷酸铁锂的孔隙率设置为0、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%、20%或为上述任意两个数值组成的范围，通过调节耐高温磷酸铁锂中粒径以及其他特性参数，能够实现选择上述范围内的任意比例均能够实现耐高温的效果。
[0061]需要说明的是，结合表1中数据可得到，耐高温磷酸铁锂采用烧结和碳包覆工艺进行处理，其中烧结温度为700℃～750℃，具体的，耐高温磷酸铁锂的烧结温度可以设置为700℃、710℃、720℃、730℃、740℃、750℃或为上述任意两个数值组成的范围，上述耐高温磷酸铁锂可以提升结晶度，减少晶界缺陷，抑制高温副反应;碳包覆过程中采用厚且致密的碳层，碳层厚度大于5nm，包覆均匀性高，隔离电解液侵蚀，减少高温产气。耐高温磷酸铁锂，通过掺杂第二导电离子，如Mg2+或者Al3+，以抑制高温下Fe2+迁移和晶格畸变，减少相变风险;同时掺杂第二导电离子，还能够占据Li位，稳定晶格框架，提升高温循环稳定性，掺杂的Ti4+抑制Fe2+氧化，减少高温下金属溶出;通过设置掺杂浓度在合理范围内，以避免过量掺杂导致晶格应力累积。
[0062]进一步的，通过包覆耐高温氧化物，例如Al2O3或者ZrO2，减少电解液高温分解对界面的破坏;设置为低孔隙率，以减少电解液渗透，延缓高温产气膨胀。耐高温磷酸铁锂的粒径设置降低比表面积，减少高温下电解液与活性材料的副反应;球形或密实块状结构，减少表面缺陷，抑制高温下颗粒裂纹和粉化。
[0063]在一个具体的实施例中，设置耐高温磷酸铁锂、第三导电剂以及第三粘结剂的质量比为(93～98):(1～4):(1～3)，具体的，本实施例中的耐高温磷酸铁锂、第三导电剂以及第三粘结剂的质量比为包括但不限于93:4:3、94:4:2、94:3.5:2.5、94:3:3、95:2:3、95:2.5:2.5、95:3:2、95:4:1、96:2:2、96:1:3、96:3:1、96:2.5:1.5、96:1.5:2.5、97:2:1、97:1:2、97:1.5:1.5、98:1:1或为上述任意两个数值组成的范围。通过上述设置，本申请中能够通过耐高温磷酸铁锂、第三导电剂以及第三粘结剂的质量比在不同的比例条件下均能够得到耐高温的效果。
[0064]本实施例中的高温负极材料包括第二石墨材料、第四导电剂、第二增稠剂以及第四粘结剂，结合表2中的数据可得，第二石墨材料掺杂有硅氧化物，且具有无机包覆层，孔隙率为0～10%。具体的，第二石墨材料的孔隙率设置为0、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、10%或为上述任意两个数值组成的范围，通过调节第二石墨材料的孔隙率以及其他特性参数，能够实现选择上述范围内的任意比例均能够实现耐高温的效果。
[0065]第二石墨材料的石墨类型为高结晶度天然石墨或者人造石墨，层间距0.335nm，以减少表面缺陷，抑制高温电解液分解;石墨化温度为2800℃～3000℃;具体的，第二石墨材料的石墨化温度可以设置为2800℃、2850℃、2900℃、2950℃、3000℃或为上述任意两个数值组成的范围，通过第二石墨材料的石墨化温度的设置提升晶格有序性，减少活性位点，降低高温副反应;压实密度大于1.6g/cm3，减少孔隙率，抑制电解液浸润和高温产气。其表面采用致密无机包覆层，例如Al2O3或者Li2CO3，抑制高温SEI膜破裂和锂枝晶生长，低孔隙率小于10%，减少电解液接触，延缓高温产气，以使高温产气量低于0.1mL/Ah，石墨/
硬碳核壳结构，硬碳外壳抑制高温下石墨层剥离。
[0066]进一步的，第二石墨材料配置为大颗粒，其粒径D50为15μm～20μm，具体的，第二石墨材料的粒径D50可以设置为15μm、16μm、17μm、19μm、20μm或为上述任意两个数值组成的范围，通过第二石墨材料的设置降低比表面积为小于3m2/g，减少高温副反应活性位点;表面形貌设置为球形或鳞片状结构，减少边缘缺陷，抑制高温锂沉积不均匀性。第二石墨材料采用B/N共掺杂，提升石墨层间结合力，抑制高温层状剥离，同时采用硅氧化物微掺杂，以形成稳定的SEI膜，减少高温电解液分解，设置掺杂浓度小于1wt%，避免破坏石墨结构稳定性。
[0067]其中第二石墨材料、第四导电剂、第二增稠剂以及第四粘结剂的质量比为(94～98):(0.3～2):(1～2):(0.7～2)。需要说明的是，第二石墨材料、第四导电剂、第二增稠剂以及第四粘结剂的质量比包括但不限于95:1:2:2、95:1.5:1.5:2、95:2:1.5:1.5、95:2:2:1、96:1:1:2、96:1:1.4:1.6、96:0.8:1.2:2、96:1.2:1:1.8、96:1.5:1:1.5、97:0.5:1:1.5、97:1:1:1、98:0.3:1:0.7或为上述任意两个数值组成的范围。通过上述设置，本申请中能够通过第二石墨材料、第四导电剂、第二增稠剂以及第四粘结剂的质量比在不同的比例条件下均能够得到耐高温的效果。
[0068]需要说明的是，本实施例中的第一导电剂、第二导电剂、第三导电剂以及第四导电剂相同或者不同，具体的第一导电剂包括
碳纳米管或者炭黑。第一增稠剂和第二增稠剂相同或者不同，第一增稠剂为羧甲基纤维素钠或者羧甲基纤维素锂;第一粘结剂、第二粘结剂、第三粘结剂以及第四粘结剂相同或者不同，具体的第一粘结剂包括但不限于聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、氮-甲基吡咯烷酮或者丙烯晴中的一种或者多种。
[0069]本实施例中，通过设置低温区域2中的正负极材料组分能够在低温环境增加充放电性能，同时设置高温区域3中的正负极材料组分能够在高温环境减少寿命损失，以使制备的锂电池能够适用于各种气候条件的使用环境。
[0070]在一个实施例中，提供一种锂电池，锂电池包括上述的锂电池电芯。
[0071]在一个实施例中，提供一种车辆，车辆包括上述锂电池电芯或者上述锂电池。
[0072]实施例1
[0073]对应上述实施例，本申请提供一种锂电池，其中锂电池中采用上述的锂电池电芯，锂电池电芯中的叠片层配置为，其中低温区的正极片设置为1层～5层以及26层～30层，低温区负极片设置为1层～6层以及26层～31层，中间为高温区域，即7层～25层设置为高温区的正极片以及高温区的负极片。
[0074]其中，低温区的正极片中的低温正极材料包括耐低温磷酸铁锂、碳纳米管、聚偏氟乙烯以及炭黑，即低温正极材料中的第一导电剂选择为两种，分别是碳纳米管和炭黑，具体的耐低温磷酸铁锂、碳纳米管、炭黑以及聚偏氟乙烯的质量比为96:1:1:2。低温区的负极片中的低温负极材料包括软碳包覆人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素钠以及丁苯橡胶，软碳包覆人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素钠以及丁苯橡胶的质量比为96:1:1.4:1.6。
[0075]进一步的，高温区中的正极片中的高温正极材料包括耐高温磷酸铁锂、碳纳米管、聚偏氟乙烯以及炭黑，即高温正极材料中的第三导电剂选择为两种，分别为碳纳米管和炭黑，具体的耐高温磷酸铁锂、碳纳米管、炭黑、聚偏氟乙烯的质量比为96:1:1:2;配置高温区中的负极片中的高温负极材料包括高温改善人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素钠以及丁苯橡胶，高温改善人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素钠以及丁苯橡胶的质量比设置为96:1:1.4:1.6。
[0076]实施例2
[0077]对应上述实施例，本申请提供一种锂电池电芯，本实施例与实施例1的区别在于低温区负极片中的负极材料组分不同。设置低温区的负极片中的低温负极材料包括软碳包覆人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素锂以及丁苯橡胶，软碳包覆人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素锂以及丁苯橡胶的质量比为96:1:1.4:1.6。
[0078]实施例3
[0079]对应上述实施例，本申请提供一种锂电池电芯，本实施例与实施例1的区别在于低温区负极片中的负极材料组分不同。设置低温区的负极片中的低温负极材料包括软碳包覆人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素钠以及丙烯腈，软碳包覆人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素钠以及丙烯腈的质量比为96:1:1:2。
[0080]实施例4
[0081]对应上述实施例，本申请提供一种锂电池电芯，本实施例与实施例1的区别在于低温区负极片中的负极材料组分不同。设置低温区的负极片中的低温负极材料包括软碳包覆人造石墨、炭黑、第一聚偏氟乙烯以及第二聚偏氟乙烯，其中第一聚偏氟乙烯为乳液聚合聚偏氟乙烯，第二第一聚偏氟乙烯为悬浮聚合聚偏氟乙烯，第一聚偏氟乙烯作为第一增稠剂，第二聚偏氟乙烯作为第二粘结剂，其中第一聚偏氟乙烯和第二聚偏氟乙烯的溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮，软碳包覆人造石墨、炭黑、第一聚偏氟乙烯以及第二聚偏氟乙烯的质量比为97:0.5:1:1.5。
[0082]对比例1
[0083]对应上述实施例，本申请提供了一种电池，其中电池中的电芯的叠片层数量设置为正极片30层，负极片31层以及若干层隔膜，配置正极片中的正极材料包括常规磷酸铁锂、碳纳米管、炭黑以及聚偏氟乙烯，其中碳纳米管和炭黑均作为导电剂，具体的常规磷酸铁锂、碳纳米管、炭黑以及聚偏氟乙烯的质量比为96:1:1:2。配置负极片中的负极材料包括常规人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素钠以及丁苯橡胶，常规人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素钠以及丁苯橡胶的质量比为96:1:1.4:1.6。
[0084]对比例2
[0085]对应上述实施例，本申请提供一种电池，其与实施例1的区别在于，电池中的正极片采用本实施例中的高温正极材料，负极片均才采用本实施例中的高温负极材料。
[0086]具体的，电池中电芯的叠片层数量设置为正极片30层，负极片31层以及若干层隔膜，配置正极片中的高温正极材料包括耐高温磷酸铁锂、碳纳米管、炭黑以及聚偏氟乙烯，其中选择碳纳米管和炭黑均作为第三导电剂，具体的耐高温磷酸铁锂、碳纳米管、炭黑以及聚偏氟乙烯的质量比为96:1:1:2;配置负极片中的高温负极材料包括高温改善人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素钠以及丁苯橡胶，高温改善人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素钠以及丁苯橡胶的质量比设置为96:1:1.4:1.6。
[0087]对比例3
[0088]对应上述实施例，本申请提供一种电池，其与实施例1的区别在于，电池中的正极片采用本实施例中的低温正极材料，负极片均才采用本实施例中的低温负极材料。
[0089]具体的，电池中电芯的叠片层数量设置为正极片30层，负极片31层以及若干层隔膜，配置正极片中的低温正极材料包括耐低温磷酸铁锂、碳纳米管、炭黑以及聚偏氟乙烯，其中碳纳米管和炭黑均作为第二导电剂，耐低温磷酸铁锂、碳纳米管、炭黑以及聚偏氟乙烯的质量比为96:1:1:2;配置负极片中的低温负极材料包括软碳包覆人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素钠以及丁苯橡胶，软碳包覆人造石墨、炭黑、羧甲基纤维素钠以及丁苯橡胶的质量比为96:1:1.4:1.6。
[0090]将实施例1、对比例1至对比例3四组实施例中制备的电芯，在相同条件下进行低温放电功率测试和高温存储测试。其中低温放电功率测试条件为，电芯在50%SOC和-20℃条件下，搁置4h，用最100A电流放电5s，记录放电截至电压，计算放电功率，其中放电功率等于电流乘以截止电压。高温存储测试条件为，记录电芯初始容量后，60℃存储30天，测试电池容量保持率和恢复率。测试结果如表1所示。
[0091]表1相同条件下进行低温放电功率测试和高温存储测试结果一
[0092]
低温放电截止电压/V低温放电功率/W高温保持率/%高温恢复率/%实施例12.385238.593.595.5对比例12.132213.292.194.2对比例21.798179.894.396.8对比例32.601260.191.091.9
[0093]结合表1中的测试结果可以看出，当叠片层中的正负极材料全部设置为高温改善材料体系或者低温改善材料体系时，其制备的电芯在高温和低温条件下的性能出现明显的偏差，而当采用本实施中的方案，通过设置低温区域中的正负极材料组分能够在低温环境增加充放电性能，同时设置高温区域中的正负极材料组分能够在高温环境减少寿命损失，以使制备的锂电池能够适用于各种气候条件的使用环境。
[0094]将实施例2至实施例4以及对比例2，四组实施例中制备的电芯，在相同条件下进行低温放电功率测试和高温存储测试。其中低温放电功率测试条件为，电芯在50%SOC和-20℃条件下，搁置4h，用最100A电流放电5s，记录放电截至电压，计算放电功率，其中放电功率等于电流乘以截止电压。高温存储测试条件为，记录电芯初始容量后，60℃存储30天，测试电池容量保持率和恢复率。测试结果如表2所示。
[0095]表2相同条件下进行低温放电功率测试和高温存储测试结果二
[0096]
低温放电截止电压/V低温放电功率/W高温保持率/%高温恢复率/%实施例22.125212.593.896.2实施例32.207220.793.996.4实施例42.325232.594.096.4对比例21.798179.894.396.8
[0097]结合表2中的测试结果可以看出，当叠片层中的正负极材料全部设置为高温改善材料体系或者低温改善材料体系时，其制备的电芯在高温和低温条件下的性能出现明显的偏差，而采用本实施中的方案，对正极材料中粘结剂以及增稠剂更换为其他种类的物质，可以使高温设计的电池具备良好的低温放电能力，且高温性能不会恶化，即制备出的电芯性能仍然能够适用于不同的气候环境。
[0098]尽管已描述了本申请实施例中的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例中范围的所有变更和修改。
[0099]显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
说明书附图(1)
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“锂电池电芯、锂电池及车辆” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：北方有色网
来源：浙江极氪智能科技有限公司, 威睿电动汽车技术（宁波）有限公司, 浙江吉利控股集团有限公司
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