一种快充软包装锂离子电池的制作方法

本发明属于锂离子电池制备领域，涉及一种快充软包装锂离子电池。

背景技术：

锂离子电池自上世纪九十年代问世以来，由于具有工作电压高、能量密度大、循环性能好、无记忆效应等优点，被广泛地应用于数码相机、手机、平板电脑、笔记本电脑等各种电子设备当中，并不断向新能源汽车领域发展，成为目前应用前景最广的一款蓄电池，但是目前锂离子电池充电速率较低，一般只能达到1c或者2c充电，充电时间较长，且现有技术的快充锂离子电池存在循环寿命和安全性较差的问题，随着市场对快充性能的需求，需开发3c或者更高的满足快充循环的锂离子电池。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种快充软包装锂离子电池，具有很好的循环性能和安全性能，以3c倍率快速充电，电池快速充电循环500次后，容量剩余率仍在90％以上，有效的解决了现有技术的快充锂离子电池的循环寿命和安全性较差的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种快充软包装锂离子电池，该电池的具体制备方法如下：

第一步，将钴酸锂、粘结剂和导电材料加入搅拌机中，同时向其中加入溶剂，接着通过搅拌机混料得到正极浆料；

优选地，钴酸锂为钴酸锂；粘结剂为聚偏氟乙烯(pvdf)；导电材料为石墨烯导电浆料导电剂和炭黑(sp)；溶剂为n-甲基吡咯烷酮。

优选地，钴酸锂钴酸锂通过以下方式制备，一次混料：将四氧化三钴、碳酸锂、氯化钠和二氧化锰混合均匀，得到一次混合物料；一次烧结：将所述一次混合物料烧结后得到一次烧结钴酸锂；二次混料：将所述一次烧结钴酸锂与二氧化钛混合均匀，得到二次混合物料；二次烧结：将所述二次混合物料烧结后得到二次烧结钴酸锂。

优选地，钴酸锂钴酸锂d10粒度在3.2um，d50粒度在6.0um，d90粒度在9.8um，比表面积是0.48m2/g，振实密度2.35g/cm3。

优选地，石墨烯导电浆料导电剂固含量为3.9-4.1％，总固含量为4.8-5.2％，分散剂含量为0.9-1.1％，细度小于或等于5um，水含量小于或等于1000ppm。

优选地，钴酸锂、粘结剂、石墨烯导电浆料导电剂和炭黑(sp)的质量比为94-97％：1-2％：1-2％:1-2％；溶剂的加入量为钴酸锂、粘结剂和导电材料总质量的40-45％；

第二步，将第一步制备的正极浆料使用涂布机涂布在铝箔集流体上，涂布面密度15-30mg/cm2，然后使用辊压机辊压涂布后的集流体，其压实密度为3.2-3.6mg/cm³，得到正极极片；

第三步，将外层包覆有硬碳和/或软碳的人造石墨、羧基纤维素钠(cmc)、丁苯橡胶(sbr)和炭黑(sp)按照质量比为90～96％：1.5～2％：1.5～2.5％:1～2％的比例加入搅拌机中，接着向其中加入去离子水，然后通过搅拌机混料得到负极浆料；人造石墨的克容量大于340mah/g；去离子水的加入量为人造石墨、羧基纤维素钠(cmc)、丁苯橡胶(sbr)和炭黑(sp)总质量的40-45％；

第四步，将第三步中制备的负极浆料使用涂布机涂布在铜箔集流体上，涂布面密度≤10mg/cm²，然后使用辊压机辊压涂布后的集流体，其压实密度为1.45-1.55mg/cm³得到负极极片；

第五步，然后根据型号宽度分切正负极片，将正极极片和负极极片依次叠放，中间分别用混涂隔膜隔开绝缘，并且混涂隔膜的混涂层与正极极片相对设置，在正极极片和负极极片上均设有极耳，将正极极片的极耳焊接在一起引出正极极耳，负极极片的极耳焊接在一起引出负极极耳，得到电池电芯；为了使得极耳连接处更紧密，减小电池内阻，正极耳和负极耳均采用超声焊接方式制造。正极极片和负极极片上均设有极耳，正极极片的极耳引出作为正极极耳，负极极片的极耳引出作为负极极耳。

优选地，混涂隔膜为以pe膜为基体，单面涂覆勃母石(alooh)涂层隔膜；pe膜基体的厚度为9μm-12μm，陶瓷涂层厚度为2μm-4μm；隔膜基体和混涂层的厚度越高，电池安全性越好，但是电池的快速充放电能力则下降，因此，为了保证锂离子的快速导通和电池的安全性，厚度不宜太大，也不宜太低；

第六步，将第五步中得到的电池电芯用铝塑膜包装，并进行烘烤，去除水分；其中烘烤温度为85℃；外包装结构采用113um铝塑膜；

第七步，向电池电芯中注入电解液，并封口静置，所述的电解液包含锂盐、溶剂和添加剂，该锂盐的浓度大于1mol/l，溶剂包含25-35％碳酸乙烯酯、10-20％碳酸甲乙酯、20—30％的碳酸二甲酯，由于碳酸乙烯酯的高介电常数特性，可以使六氟磷酸锂在其中解离度较高，因此可以提高电解液的离子电导率；添加剂为氟代碳酸乙烯酯和硫酸亚乙烯酯。

氟代碳酸乙烯酯含量为0.5-2％，氟代碳酸乙烯酯加入后能在sei膜中形成较多的碳酸锂，能够允许正锂离子扩散通过，从而提升了负极的快速充电性能，并提高快速充电时负极sei膜的稳定性。

第八步，然后进行充放电，并进行抽真空除去气体，获得快充锂离子电池；该锂离子电池的电池容量大于等于2ah。

本发明的有益效果：

1、本发明制备的锂离子电池具有很好的循环性能和安全性能，以3c倍率快速充电，电池单体比能量达到150wh/kg以上，电池快速充电循环500次后，容量剩余率仍在90％以上，有效的解决了现有技术的快充锂离子电池的循环寿命和安全性较差的问题。

2、本发明正极材料采用二次烧结小粒径钴酸锂与导电剂和电解液接触大，缩短了锂离子扩散路径，从而有有好的倍率性能和快速充电能力。

3、本发明的pe膜结合了pe隔膜的低闭孔温度，当电池温度比较高时，pe膜发生闭孔，阻断了离子间的迁移和反应，防止反应的进一步发生，考虑到快充电池在循环后期由于极化不断增大的原因，负极极片表面各处的差异增大，甚至部分地方有金属锂的出现，为了保证其安全性和循环性能，采用表面涂覆了陶瓷和凝胶混涂层的隔膜作为快充电池的隔膜，陶瓷层可以保证了隔膜的孔隙率和透气度，进而保证了其循环性能，凝胶层可以保证电池的安全性能。

4、本发明中通过在外层包覆有硬碳和/或软碳的人造石墨，提升人造石墨的层间距，增加锂离子的嵌锂通道，从而确保了锂离子电池大电流充放电的性能，提高电池的快速充电倍率，进一步提高电池的安全性，解决了在锂离子的快速充电过程中较容易在表面形成一层金属锂，随着金属锂的不断增加，最终有可能形成锂枝晶，最终刺破隔膜造成电池的内短路，对电池的安全性产生隐患的问题。

5、本发明正极导电剂采用石墨烯导电浆料，可以形成有效的导电网络，加快锂离子扩散速度，提高快充能力。

6、本发明控制好极片面密度，较低的面密度可以使电池在充放电过程中锂离子的迁移路径变短，缩短电池充放电时间。

7、本发明采用单面涂覆勃母石隔膜，能够在较低的涂层厚度的前提下，显著的提升隔膜的热稳定性，提升锂离子电池的安全性，改善电池的倍率性能和循环性能，同时较薄的涂层厚度有助于提升锂离子电池的体积能量密度和重量能量密度。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明实施例1中制备的锂离子电池的3c快速充放电循环容量变化曲线图。

图2为本发明锂离子电池的循环次数曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

二次烧结钴酸锂的具体制备过程如下：

①一次混料：将四氧化三钴、碳酸锂、氯化钠和二氧化锰混合均匀，得到一次混合物料；

②一次烧结：将所述一次混合物料烧结后得到一次烧结钴酸锂；

③二次混料：将所述一次烧结钴酸锂与二氧化钛混合均匀，得到二次混合物料；

④二次烧结：将所述二次混合物料烧结后得到二次烧结钴酸锂，二次烧结钴酸锂d10粒度在3.2um，d50粒度在6.0um，d90粒度在9.8um，比表面积是0.48m²/g，振实密度2.35g/cm³。

实施例2：

一种快充软包装锂离子电池，该电池的具体制备方法如下：

第一步，将钴酸锂、聚偏氟乙烯(pvdf)、石墨烯导电浆料导电剂和炭黑(sp)按照质量比为96.2％：1.6％：1.2％:1％的比例加入搅拌机中，同时向其中加入n-甲基吡咯烷酮，接着通过搅拌机混料得到正极浆料；n-甲基吡咯烷酮加入量为钴酸锂、聚偏氟乙烯(pvdf)、石墨烯导电浆料导电剂和炭黑(sp)加入总量的40％。

第二步，将第一步制备的正极浆料使用涂布机涂布在铝箔集流体上，涂布面密度≤30mg/cm²，然后使用辊压机辊压涂布后的集流体，其压实密度为3.65-3.75mg/cm³，得到正极极片；

第三步，将外层包覆有硬碳和/或软碳的人造石墨、羧基纤维素钠(cmc)、丁苯橡胶(sbr)和炭黑(sp)按照质量比为95％：1.5％：2.5％:1％的比例加入搅拌机中，接着向其中加入去离子水，然后通过搅拌机混料得到负极浆料；人造石墨的克容量大于340mah/g；去离子水的加入量为人造石墨、羧基纤维素钠(cmc)、丁苯橡胶(sbr)和炭黑(sp)总质量的40％；

第四步，将第三步中制备的负极浆料使用涂布机涂布在铜箔集流体上，涂布面密度≤15mg/cm²，然后使用辊压机辊压涂布后的集流体，其压实密度为1.45-1.55mg/cm³得到负极极片；

第五步，然后根据型号宽度分切正负极片，将正极极片和负极极片依次叠放，中间分别用混涂隔膜隔开绝缘，并且混涂隔膜的混涂层与正极极片相对设置，在正极极片和负极极片上均设有极耳，将正极极片的极耳焊接在一起引出正极极耳，负极极片的极耳焊接在一起引出负极极耳，得到电池电芯；为了使得极耳连接处更紧密，减小电池内阻，正极耳和负极耳均采用超声焊接方式制造。正极极片和负极极片上均设有极耳，正极极片的极耳引出作为正极极耳，负极极片的极耳引出作为负极极耳，混涂隔膜为以pe膜为基体，单面涂覆勃母石(alooh)涂层隔膜；选用的pe膜基体的厚度为12μm，陶瓷层和聚偏氟乙烯层涂层厚度均为2μm；

第六步，将第五步中得到的电池电芯用铝塑膜包装，并进行烘烤，去除水分；其中烘烤温度为85℃；外包装结构采用113um铝塑膜；

第七步，向电池电芯中注入电解液，并封口静置，其中电解液包含锂盐，该锂盐的浓度大于1mol/l；

第八步，然后进行充放电，并进行抽真空除去气体，获得快充锂离子电池；该锂离子电池的电池容量大于等于2ah。

实施例3：

一种快充软包装锂离子电池，该电池的具体制备方法如下：

第一步，将钴酸锂、聚偏氟乙烯(pvdf)、石墨烯导电浆料导电剂和炭黑(sp)按照质量比为97.1％：1.4％：1％:0.5％的比例加入搅拌机中，同时向其中加入n-甲基吡咯烷酮，接着通过搅拌机混料得到正极浆料；n-甲基吡咯烷酮加入量为钴酸锂、聚偏氟乙烯(pvdf)碳纳米管(cnt)和炭黑(sp)加入总量的45％。

第二步，将第一步制备的正极浆料使用涂布机涂布在铝箔集流体上，涂布面密度≤30mg/cm²，然后使用辊压机辊压涂布后的集流体，其压实密度为3.65-3.75mg/cm³，得到正极极片；

第三步，将外层包覆有硬碳和/或软碳的人造石墨、羧基纤维素钠(cmc)、丁苯橡胶(sbr)和炭黑(sp)按照质量比为96％：1.5％：2.5％的比例加入搅拌机中，接着向其中加入去离子水，然后通过搅拌机混料得到负极浆料；人造石墨的克容量大于340mah/g；去离子水的加入量为人造石墨、羧基纤维素钠(cmc)、丁苯橡胶(sbr)和炭黑(sp)总质量的45％；

第四步，将第三步中制备的负极浆料使用涂布机涂布在铜箔集流体上，涂布面密度≤15mg/cm²，然后使用辊压机辊压涂布后的集流体，其压实密度为1.45-1.55mg/cm³得到负极极片；

第五步，然后根据型号宽度分切正负极片，将正极极片和负极极片依次叠放，中间分别用混涂隔膜隔开绝缘，并且混涂隔膜的混涂层与正极极片相对设置，在正极极片和负极极片上均设有极耳，将正极极片的极耳焊接在一起引出正极极耳，负极极片的极耳焊接在一起引出负极极耳，得到电池电芯；为了使得极耳连接处更紧密，减小电池内阻，正极耳和负极耳均采用超声焊接方式制造。正极极片和负极极片上均设有极耳，正极极片的极耳引出作为正极极耳，负极极片的极耳引出作为负极极耳，混涂隔膜为以pe膜为基体，单面涂覆勃母石(alooh)涂层隔膜；选用的pe膜基体的厚度为12μm，陶瓷层和聚偏氟乙烯层涂层厚度均为2μm；

第六步，将第五步中得到的电池电芯用铝塑膜包装，并进行烘烤，去除水分；其中烘烤温度为85℃；外包装结构采用113um铝塑膜；

第七步，向电池电芯中注入电解液，并封口静置，其中电解液包含锂盐，该锂盐的浓度大于1mol/l；

第八步，然后进行充放电，并进行抽真空除去气体，获得快充锂离子电池；该锂离子电池的电池容量大于等于2ah。

实施例4：

如图1所示，为发明实施例2中制备的锂离子电池的3c快速充放电循环容量变化曲线图，从图1和图2可以看出，以3c倍率充放电，在循环500次的情况下电池的容量剩余率仍在90％以上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。