1.本发明涉及锂电池技术领域，尤其是一种高比能锂电池的制备方法。
背景技术：
2.自从人类步入工业化社会以来，由于人口迅速膨胀，人类社会对石油、煤矿和天然气等 传统化石能源得需求日益增大，但传统化石能源得存量有限且不可再生，因此对新型可再生 能源得研发迫在眉睫。
3.锂离子电池是目前新能源的重要组成部分，锂离子电池具有生产成本低、比能量大、工 作电压高且循环寿命长的优点。目前，锂离子电池被广泛应用于大型储能设备、新能源汽车 及家用小型电器中。国内常用的锂离子电池的质量比能量基本位于100wh/kg～280wh/kg这个 区间内，面对工业生产中日益增长的能量需求，目前锂离子电池的质量比能量已经不能满足 其需求，必须进一步开发高比能量的锂离子电池，从而来增加储能设备容量、提高新能源汽 车行驶里程及家用电器的使用寿命。
技术实现要素：
4.本发明所要解决的技术问题是：提供一种高比能锂电池的制备方法，能够有效提高所制 得锂电池产品的质量比能量。
5.为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：一种高比能锂电池的制备方法，包括 以下步骤：
6.步骤一、将正极活性物质、导电剂和第一粘接剂按顺序搅拌分散后混合均匀并制备成正 极活性浆料，将负极活性物质、导电剂和第二粘接剂按顺序搅拌后混合均匀并制备成负极活 性浆料；
7.步骤二、将步骤一中所得正极活性浆料和负极活性浆料分别涂布在第一集流体和第二集 流体上，烘干得到正极极片和负极极片；
8.步骤三、将步骤二中所得正极极片和负极极片辊压压实；
9.步骤四、将压实后的正极极片和负极极片进行模切处理；
10.步骤五、将模切后的正极极片和负极极片加入隔膜进行叠片处理，制备成电芯并在电芯 上焊接极耳；
11.步骤六、将电芯放入铝塑膜壳体中进行一封并干燥；
12.步骤七、向干燥后的电芯中注入电解液并进行二封以及化成、分容，得到高比能锂电池 成品。
13.进一步的是：所述步骤一中，正极活性物质为镍钴锰酸锂，负极活性物质为氧化亚硅和 碳组成的复合材料。
14.进一步的是：所述镍钴锰酸锂中镍的含量大于80％，镍钴锰酸锂材料d50为8μm～12μm， 镍钴锰酸锂的充放电首效大于90％，镍钴锰酸锂的首次放电比容量大于200mah/g；所述氧化 亚硅和碳组成的复合材料d50为8μm～12μm，氧化亚硅和碳所组成复合材料的充
放电首效 大于80％，氧化亚硅和碳所组成复合材料的的首次放电比容量大于500mah/g。
15.进一步的是：所述步骤一中，第一粘接剂为聚偏氟乙烯粉末溶于n-甲基吡咯烷酮中配制 成的胶液；第二粘接剂为羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和聚丙烯酸与水混合制备成的胶液。
16.进一步的是：所述第一粘接剂的粘度为4000mpa﹒s～30000mpa﹒s；所述第二粘接剂的 粘度为2000mpa﹒s～20000mpa﹒s。
17.进一步的是：所述步骤二中，第一集流体为铝箔或涂炭铝箔，第二集流体为铜箔或涂炭 铜箔；涂布过程中，正极活性浆料涂布的单面面密度控制为210g/m2～270g/m2，负极活性浆 料涂布的单面面密度控制为65g/m2～85g/m2。
18.进一步的是：所述步骤二中，正极活性浆料涂布后的烘干温度为80℃～130℃，负极活 性浆料涂布后的烘干温度为40℃～70℃。
19.进一步的是：所述步骤三中，正极极片滚压后的压实密度为3.1g/cm3～3.5g/cm3，负极 极片滚压后的压实密度为1.3g/cm3～1.9g/cm3。
20.进一步的是：所述步骤六中，一封温度为180℃～220℃，一封时间为4s～9s；干燥温度 为80℃～95℃，干燥时间为24h～36h。
21.进一步的是：所述步骤七中，电解液的注入流量为1.9g/ah～3.5g/ah。
22.本发明的有益效果是：本发明对锂电池的制备工艺进行改进，通过采用镍钴锰酸锂以及 氧化亚硅和碳组成的复合材料分别作为锂电池的正极电极以及负极电极的制备原料，同时对 正极活性物质以及负极活性物质所采用的粘接剂进行改进、对涂布工艺中的步骤和具体工艺 参数进行改进，最终得到了高比能的锂电池产品，所制得锂电池的质量比能量达到了308 wh/kg，远高于目前国内常用锂电池的质量比能量。采用本发明所制得锂电池可广泛应用于大 型储能设备及其他电力设备设施，具有高比能、低成本、免维护等特点；本发明对于锂电池 应用的进一步推广以及新能源结构调整提供了有利的技术支撑。
具体实施方式
23.为了便于理解本发明，下面结合实施例对本发明进行进一步的说明。
[0024][0025]
本发明所公开的一种高比能锂电池的制备方法，在进行高比能锂电池的制备时按照以下 步骤进行：
[0026]
步骤一、正负极活性浆料的备料及制备
[0027]
采用镍钴锰酸锂作为正极活性物质，镍钴锰酸锂中镍的含量大于80％，镍钴锰酸锂材料 d50为8μm～12μm，镍钴锰酸锂的充放电首效大于90％，镍钴锰酸锂的首次放电比容量大于 200mah/g；
[0028]
采用氧化亚硅和碳组成的复合材料作为负极活性物质，氧化亚硅和碳组成的复合材料d50 为8μm～12μm，氧化亚硅和碳所组成复合材料的充放电首效大于80％，氧化亚硅和碳所组成 复合材料的的首次放电比容量大于500mah/g；
[0029]
采用聚偏氟乙烯粉末溶于n-甲基吡咯烷酮中配制成的胶液作为第一粘接剂，第一粘接剂 的粘度为4000mpa﹒s～30000mpa﹒s；
[0030]
采用羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和聚丙烯酸与水混合制备成的胶液作为第二粘接
剂，第 二粘接剂的粘度为2000mpa﹒s～20000mpa﹒s；
[0031]
上述原料备料完毕后，将正极活性物质、导电剂和第一粘接剂按顺序搅拌分散后混合均 匀并制备成正极活性浆料，将负极活性物质、导电剂和第二粘接剂按顺序搅拌后混合均匀并 制备成负极活性浆料。
[0032]
步骤二、正负极极片涂布工艺
[0033]
将步骤一中所得正极活性浆料涂布在第一集流体，同时将步骤一所得负极活性浆料涂布 在第二集流体上；涂布过程中，正极活性浆料涂布的单面面密度控制为210g/m2～270g/m2， 负极活性浆料涂布的单面面密度控制为65g/m2～85g/m2；第一集流体采用铝箔或涂炭铝箔， 第一集流体的厚度为10μm～14μm；第二集流体采用铜箔或涂炭铜箔，第二集流体的厚度为 6μm～10μm；
[0034]
涂布完成后，对集流体进行烘干，正极活性浆料涂布后的烘干温度为80℃～130℃，负 极活性浆料涂布后的烘干温度为40℃～70℃；烘干后得到正极极片和负极极片。
[0035]
步骤三、正负极极片压实工艺
[0036]
采用压实辊将步骤二中所得正极极片和负极极片压实；正极极片滚压后的压实密度为 3.1g/cm3～3.5g/cm3，负极极片滚压后的压实密度为1.3g/cm3～1.9g/cm3。
[0037]
步骤四、正负极极片模切工艺
[0038]
将压实后的正极极片和负极极片进行模切处理；模切过程中，正极极片模切后的长度为165mm～175mm，正极极片模切后的宽度为95mm～105mm，负极极片模切后的长度及宽度均比 正极极片大2mm～5mm。
[0039]
步骤五、正负极极片叠片工艺
[0040]
将模切后的正极极片和负极极片加入隔膜进行叠片处理，正极极片的叠片片数为25片～ 50片，负极极片的叠片片数比正极多1片；叠片工艺中采用z型叠片的方式进行叠片；
[0041]
叠片完成制备成电芯后在电芯上焊接极耳；正极极耳采用铝极耳，正极极耳的厚度为 0.2mm～0.3mm；负极极耳采用镍极耳，负极极耳的厚度为0.2mm～0.3mm。
[0042]
由于本发明中正极极片和负极极片所选用的原料都为比容量较大的材料，且第一集流体 和第二集流体的厚度都较薄，在进行叠片时叠片片数较多，正极极片和负极极片的面积都较 大，能够有效提高整个锂电池的质量比能量。
[0043]
步骤六、电芯一封
[0044]
将所制得的电芯放入铝塑膜壳体中进行一封并干燥；一封温度为180℃～220℃，一封时 间为4s～9s；干燥温度为80℃～95℃，干燥时间为24h～36h；
[0045]
步骤七、电芯二封
[0046]
向干燥后的电芯中注入电解液，电解液的注入流量为1.9g/ah～3.5g/ah；然后进行二封 以及化成、分容，得到高比能锂电池成品。
[0047]
实施例1
[0048]
步骤一、将镍钴锰酸锂、导电炭、碳纳米管和聚偏氟乙烯、n-甲基吡咯烷酮按顺序搅拌 分散并混合均匀制备成正极活性浆料；将氧化亚硅和碳组成的复合材料、导电炭、碳纳米管 和羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸和水按顺序搅拌并混合均匀制备成负极活性浆料； 其中镍钴锰酸锂比容量为205mah/g，首效91％，氧化亚硅和碳组成复合材料的比
容量为 600mah/g，首效81％。
[0049]
步骤二、将步骤一中所得的正极活性浆料涂布在厚度为12μm的铝箔上，将负极活性浆 料涂布在厚度为6μm的铜箔上，进行烘干得到正极极片和负极极片；正极涂布单面面密度为 255g/m2，负极涂布单面面密度控制为75g/m2；烘干过程中，正极温度控制为110℃，负极温 度控制为55℃。
[0050]
步骤三、将步骤二中制得的正负极极片进行辊压；正极辊压后压实密度控制为3.2g/cm3， 负极辊压后压实密度控制为1.6g/cm3。
[0051]
步骤四、将步骤三得到的压实后的正负极极片进行模切处理；正极极片模切后长度为 170mm，宽度为105mm；负极极片模切后长度为174mm，宽度为108mm。
[0052]
步骤五、将步骤四所得模切后正负极极片与隔膜通过叠片制备电芯并焊接极耳；叠片片 数为正极极片30片，负极极片31片，叠片方式为z型叠片；极耳焊接时正极采用铝极耳， 厚度为0.2mm，负极采用镍极耳，厚度为0.2mm。
[0053]
步骤六、将步骤五所得电芯放入铝塑膜壳体中进行一封并干燥；一封温度为190℃，一 封时间为6s；干燥时间为30h，干燥温度为85℃。
[0054]
步骤七、将步骤六所得电芯中注入电解液，电解液注液量按照2.5g/ah的流量进行注液， 并进行二封、化成、分容制得所述高比能锂电池成品。
[0055]
对上述实施例1所制备的电池进行性能检测，测得成品锂电池的放电容量约为48ah，总 重量约为560g，放电比能量约为308wh/kg。
[0056]
实施例2
[0057]
步骤一、将镍钴锰酸锂、导电炭、碳纳米管和聚偏氟乙烯、n-甲基吡咯烷酮按顺序搅拌 分散并混合均匀制备成正极活性浆料；将氧化亚硅和碳组成的复合材料、导电炭、碳纳米管 和羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸和水按顺序搅拌并混合均匀制备成负极活性浆料； 其中镍钴锰酸锂比容量为210mah/g，首效91％，氧化亚硅和碳组成复合材料的比容量为 550mah/g，首效85％。
[0058]
步骤二、将步骤一中所得的正极活性浆料涂布在厚度为12μm的铝箔上，将负极活性浆 料涂布在厚度为6μm的铜箔上，进行烘干得到正极极片和负极极片；正极涂布单面面密度为 240g/m2，负极涂布单面面密度控制为83g/m2；烘干过程中，正极温度控制为110℃，负极温 度控制为55℃。
[0059]
步骤三、将步骤二中制得的正负极极片进行辊压；正极辊压后压实密度控制为3.4g/cm3， 负极辊压后压实密度控制为1.6g/cm3。
[0060]
步骤四、将步骤三得到的压实后的正负极极片进行模切处理；正极极片模切后长度为 165mm，宽度为100mm；负极极片模切后长度为168mm，宽度为104mm。
[0061]
步骤五、将步骤四所得模切后正负极极片与隔膜通过叠片制备电芯并焊接极耳；叠片片 数为正极极片35片，负极极片36片，叠片方式为z型叠片；极耳焊接时正极采用铝极耳， 厚度为0.2mm，负极采用镍极耳，厚度为0.2mm。
[0062]
步骤六、将步骤五所得电芯放入铝塑膜壳体中进行一封并干燥；一封温度为200℃，一 封时间为4s；干燥时间为24h，干燥温度为85℃。
[0063]
步骤七、将步骤六所得电芯中注入电解液，电解液注液量按照2.8g/ah的流量进行注液， 并进行二封、化成、分容制得所述高比能锂电池成品。
[0064]
对上述实施例2所制备的电池进行性能检测，测得成品锂电池的放电容量约为52ah，总 重量约为620g，放电比能量约为308wh/kg。
[0065]
实施例3
[0066]
步骤一、将镍钴锰酸锂、导电炭、碳纳米管和聚偏氟乙烯、n-甲基吡咯烷酮按顺序搅拌 分散并混合均匀制备成正极活性浆料；将氧化亚硅和碳组成的复合材料、导电炭、碳纳米管 和羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸和水按顺序搅拌并混合均匀制备成负极活性浆料； 其中镍钴锰酸锂比容量为205mah/g，首效91％，氧化亚硅和碳组成复合材料的比容量为 500mah/g，首效92％。
[0067]
步骤二、将步骤一中所得的正极活性浆料涂布在厚度为12μm的铝箔上，将负极活性浆 料涂布在厚度为6μm的铜箔上，进行烘干得到正极极片和负极极片；正极涂布单面面密度为 210g/m2，负极涂布单面面密度控制为84g/m2；烘干过程中，正极温度控制为110℃，负极温 度控制为55℃。
[0068]
步骤三、将步骤二中制得的正负极极片进行辊压；正极辊压后压实密度控制为3.3g/cm3， 负极辊压后压实密度控制为1.5g/cm3。
[0069]
步骤四、将步骤三得到的压实后的正负极极片进行模切处理；正极极片模切后长度为 165mm，宽度为95mm；负极极片模切后长度为167mm，宽度为97mm。
[0070]
步骤五、将步骤四所得模切后正负极极片与隔膜通过叠片制备电芯并焊接极耳；叠片片 数为正极极片25片，负极极片26片，叠片方式为z型叠片；极耳焊接时正极采用铝极耳， 厚度为0.2mm，负极采用镍极耳，厚度为0.2mm。
[0071]
步骤六、将步骤五所得电芯放入铝塑膜壳体中进行一封并干燥；一封温度为205℃，一 封时间为4s；干燥时间为24h，干燥温度为90℃。
[0072]
步骤七、将步骤六所得电芯中注入电解液，电解液注液量按照2.5g/ah的流量进行注液， 并进行二封、化成、分容制得所述高比能锂电池成品。
[0073]
对上述实施例3所制备的电池进行性能检测，测得成品锂电池的放电容量约为33ah，总 重量约为397g，放电比能量约为308wh/kg。
[0074]
对比例1
[0075]
步骤一、将镍钴锰酸锂、导电炭、碳纳米管和聚偏氟乙烯、n-甲基吡咯烷酮按顺序搅拌 分散并混合均匀制备成正极活性浆料；将氧化亚硅和碳组成的复合材料、导电炭、碳纳米管 和羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸和水按顺序搅拌并混合均匀制备成负极活性浆料； 其中镍钴锰酸锂比容量为205mah/g，首效91％，氧化亚硅和碳组成复合材料的比容量为600mah/g，首效81％。
[0076]
步骤二、将步骤一中所得的正极活性浆料涂布在厚度为12μm的铝箔上，将负极活性浆 料涂布在厚度为6μm的铜箔上，进行烘干得到正极极片和负极极片；正极涂布单面面密度为 180g/m2，负极涂布单面面密度控制为50g/m2；烘干过程中，正极温度控制为110℃，负极温 度控制为55℃。
[0077]
步骤三、将步骤二中制得的正负极极片进行辊压；正极辊压后压实密度控制为3.2g/cm3， 负极辊压后压实密度控制为1.6g/cm3。
[0078]
步骤四、将步骤三得到的压实后的正负极极片进行模切处理；正极极片模切后长度为 170mm，宽度为105mm；负极极片模切后长度为174mm，宽度为108mm。
[0079]
步骤五、将步骤四所得模切后正负极极片与隔膜通过叠片制备电芯并焊接极耳；叠片片 数为正极极片30片，负极极片31片，叠片方式为z型叠片；极耳焊接时正极采用铝极耳， 厚度为0.2mm，负极采用镍极耳，厚度为0.2mm。
[0080]
步骤六、将步骤五所得电芯放入铝塑膜壳体中进行一封并干燥；一封温度为190℃，一 封时间为6s；干燥时间为30h，干燥温度为85℃。
[0081]
步骤七、将步骤六所得电芯中注入电解液，电解液注液量按照2.5g/ah的流量进行注液， 并进行二封、化成、分容制得所述高比能锂电池成品。
[0082]
对上述对比例1所制备的电池进行性能检测，测得成品锂电池的放电容量约为32ah，总 重量约为414g，放电比能量约为282wh/kg。
[0083]
对比例2
[0084]
步骤一、将镍钴锰酸锂、导电炭、碳纳米管和聚偏氟乙烯、n-甲基吡咯烷酮按顺序搅拌 分散并混合均匀制备成正极活性浆料；将氧化亚硅和碳组成的复合材料、导电炭、碳纳米管 和羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸和水按顺序搅拌并混合均匀制备成负极活性浆料； 其中镍钴锰酸锂比容量为205mah/g，首效91％，氧化亚硅和碳组成复合材料的比容量为 600mah/g，首效81％。
[0085]
步骤二、将步骤一中所得的正极活性浆料涂布在厚度为12μm的铝箔上，将负极活性浆 料涂布在厚度为6μm的铜箔上，进行烘干得到正极极片和负极极片；正极涂布单面面密度为 255g/m2，负极涂布单面面密度控制为75g/m2；烘干过程中，正极温度控制为110℃，负极温 度控制为55℃。
[0086]
步骤三、将步骤二中制得的正负极极片进行辊压；正极辊压后压实密度控制为3.2g/cm3， 负极辊压后压实密度控制为1.6g/cm3。
[0087]
步骤四、将步骤三得到的压实后的正负极极片进行模切处理；正极极片模切后长度为 170mm，宽度为105mm；负极极片模切后长度为174mm，宽度为108mm。
[0088]
步骤五、将步骤四所得模切后正负极极片与隔膜通过叠片制备电芯并焊接极耳；叠片片 数为正极极片10片，负极极片11片，叠片方式为z型叠片；极耳焊接时正极采用铝极耳， 厚度为0.2mm，负极采用镍极耳，厚度为0.2mm。
[0089]
步骤六、将步骤五所得电芯放入铝塑膜壳体中进行一封并干燥；一封温度为190℃，一 封时间为6s；干燥时间为30h，干燥温度为85℃。
[0090]
步骤七、将步骤六所得电芯中注入电解液，电解液注液量按照2.5g/ah的流量进行注液， 并进行二封、化成、分容制得所述高比能锂电池成品。
[0091]
对上述对比例2所制备的电池进行性能检测，测得成品锂电池的放电容量约为16ah，总 重量约为201g，放电比能量约为290wh/kg。
[0092]
对比例3
[0093]
步骤一、将镍钴锰酸锂、导电炭、碳纳米管和聚偏氟乙烯、n-甲基吡咯烷酮按顺序搅拌 分散并混合均匀制备成正极活性浆料；将氧化亚硅和碳组成的复合材料、导电炭、碳纳米管 和羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸和水按顺序搅拌并混合均匀制备成负极活性浆料； 其中镍钴锰酸锂比容量为160mah/g，首效91％，氧化亚硅和碳组成复合材料的比容量为 350mah/g，首效81％。
[0094]
步骤二、将步骤一中所得的正极活性浆料涂布在厚度为12μm的铝箔上，将负极活
性浆 料涂布在厚度为6μm的铜箔上，进行烘干得到正极极片和负极极片；正极涂布单面面密度为 255g/m2，负极涂布单面面密度控制为75g/m2；烘干过程中，正极温度控制为110℃，负极温 度控制为55℃。
[0095]
步骤三、将步骤二中制得的正负极极片进行辊压；正极辊压后压实密度控制为3.2g/cm3， 负极辊压后压实密度控制为1.6g/cm3。
[0096]
步骤四、将步骤三得到的压实后的正负极极片进行模切处理；正极极片模切后长度为 170mm，宽度为105mm；负极极片模切后长度为174mm，宽度为108mm。
[0097]
步骤五、将步骤四所得模切后正负极极片与隔膜通过叠片制备电芯并焊接极耳；叠片片 数为正极极片30片，负极极片31片，叠片方式为z型叠片；极耳焊接时正极采用铝极耳， 厚度为0.2mm，负极采用镍极耳，厚度为0.2mm。
[0098]
步骤六、将步骤五所得电芯放入铝塑膜壳体中进行一封并干燥；一封温度为190℃，一 封时间为6s；干燥时间为30h，干燥温度为85℃。
[0099]
步骤七、将步骤六所得电芯中注入电解液，电解液注液量按照2.5g/ah的流量进行注液， 并进行二封、化成、分容制得所述高比能锂电池成品。
[0100]
对上述对比例3所制备的电池进行性能检测，测得成品锂电池的放电容量约为12ah，总 重量约为191g，放电比能量约为229wh/kg。
[0101]
通过上述实施例和对比例的成品数据对比可以看出，采用本发明所公开工艺方法和工艺 参数的实施例1至3中，所得锂电池成品的放电比能量都约为308wh/kg，符合本发明所述高 比能锂电池的数据；而对比例1在涂布工艺中未采用本发明所公开的涂布密度，对比例2在 叠片工艺中未采用本发明所公开的叠片层数，对比例3在备料过程中未采用本发明所公开的 材料比容量；最终，对比例1至3所得锂电池成品的放电比能量都远低于实施例1至3的数 据，达不到本发明所的高比能锂电池的性能参数。