CN101499530A

CN101499530A - 一种高倍率充放电锂离子电池及其制备方法

Info

Publication number: CN101499530A
Application number: CNA2009101056982A
Authority: CN
Inventors: 杜洪彦; 卢舜毅; 赖见
Original assignee: SHENZHEN TECH-POWER TOP INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN TECH-POWER TOP INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2029-03-04
Also published as: CN101499530B

Abstract

本发明提供了一种高倍率充放电锂离子电池及其制备方法。该锂离子电池正极活性材料为锰酸锂；负极活性材料选自中间相碳微球、人造石墨、中间相沥青包覆的天然石墨中的一种或几种混合物；导电剂选自导电石墨、导电炭黑、纳米Ag、纳米SiO₂、纳米Al₂O₃中的一种或几种混合物。该锂离子电池的制备方法包括正极极片的制备、负极极片的制备及电池的组装。本发明提供的锂离子电池具有高倍率充放电性能、循环寿命长、容量高、使用安全、环保、成本低廉等优点，且制备方法的工艺操作简单易行，适合于大规模生产。

Description

一种高倍率充放电锂离子电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种高倍率充放电锂离子电池及该锂离子电池的制备方法。

背景技术

随着化石能源的耗尽以及人们环保意识的增强，锂离子电池以其高能量密度、高功率密度、长循环寿命等优点越来越受到用户的喜爱，现已成熟应用于手机、电脑等小型数码电器及移动通讯终端等设备。但是在电动工具和电动车辆等大型动力设备方面，锂离子电池的应用还比较少，因为应用于小型电器的锂离子电池仅需提供平缓、较小、稳定的放电电流，然而大型动力设备的使用环境有时需要电池具备瞬间大电流放电的特性甚至短时间内快速充电的能力，同时对锂离子电池的安全性能也有更高的要求。在此趋势下，进一步提高锂离子电池的快速充放电性能逐渐成为领域内的热点。

因此，从原材料的选择到添加剂的选用，从生产环境的保护到工艺参数的优化，电池技术领域的研究人员进行了大量的尝试和探索，目的在保证电池正常使用的基础上提高锂离子电池的高倍率充放电性能。

在小型锂离子电池领域中广泛选用LiCoO₂作为正极材料，但是LiCoO₂的缺点在于热稳定性差，过充电时会造成电池内部短路，甚至可能引起电池起火爆炸；并且钴化合物价格昂贵、制作成本高，不适用于在动力设备中应用。尖晶石结构的锰酸锂氧化性能低于LiCoO₂，分解温度超过100℃，即使在针刺、短路情况下也难以燃烧、爆炸，其作为电池的正极材料可以从根本上保证电池的使用安全性能。但是尖晶石型锰酸锂材料作为正极材料，放电时晶胞体积膨胀，并且正极片表面部分区域容易发生过放电，造成尖晶石型锰酸锂高温下容量剧烈衰减。中国专利CN1658413A使用钴酸锂或其衍生物、镍酸锂或其衍生物或它们的混合物在正极材料粒子表面包覆涂层来覆盖尖晶石型锰酸锂，从而将放电区域与尖晶石型锰酸锂材料隔离开，避免尖晶石型锰酸锂颗粒表面的局部过放电。但是该方法要对集流体进行二次涂敷，操作程序繁多，延长了加工程序时间，同时增加了制成成本。

目前锂离子电池的生产通常通过增大正极压实密度及增加正负极层叠的极片数来提高电池的容量。但是这也同时对电子的流动造成影响，密度过大不利于充放电，密度过小则容易漏铂。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种性能优良的高倍率充放电锂离子电池及其制备方法。

为了解决上述的技术问题，本发明一方面提供了一种高倍率充放电锂离子电池，其正极材料体系各固相组分按重量百分比由以下组分组成：

正极活性材料82-96％；

导电剂1.0-5.0％；

粘结剂1.0-5.5％；

其中正极活性材料为锰酸锂；正极活性材料的粒径(D50)为4-18μm，优选6-16μm；

导电剂选自导电石墨、导电碳黑、纳米Ag、纳米SiO₂、纳米Al₂O₃中的一种或几种混合物，优选纳米SiO₂、纳米Al₂O₃中的一种或两种混合物；

粘结剂选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-全氟丙烯(PVDF-HFP)中的一种或两种混合物，优选聚偏二氟乙烯-全氟丙烯(PVDF-HFP)；

正极浆料所选溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

负极材料体系各固相组分按重量百分比由以下组分组成：

负极活性材料80-96％；

导电剂1.0-5.0％；

粘结剂2.0-6.0％；

其中负极活性材料选自中间相碳微球、人造石墨、中间相沥青包覆的天然石墨中的一种或两种以上的混合物，优选中间相碳微球；负极活性材料的粒径为(D50)9-25μm，优选10-21μm；

粘结剂选自羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)、丙烯酸、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)中的一种或两种混合物，优选羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶的组合体系；

负极浆料所选溶剂为N-甲基吡咯烷酮或高纯去离子水，优选高纯去离子水。

电解液选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯-(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)中的两种或两种以上的混合体系为溶剂，以LiFP₆、LiClO₄中的一种或两种混合物为支持电解质，离子电导率达到8×10^-3S/cm以上。

本发明的另一方面，提供了该高倍率充放电锂离子电池的制备方法，包括正极极片的制备、负极极片的制备、正负极极片的组装、注入电解液以及电池激活等步骤。

1、正极极片的制备

正极极片由正极浆料和正极集流体黏附而成，正极浆料中的正极活性材料为锰酸锂；

粘结剂选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-全氟丙烯(PVDF-HFP)中的一种或两种混合物，优选聚偏二氟乙烯-全氟丙烯(PVDF-HFP)；溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

正极浆料中各固相组分的重量百分比是：

正极活性材料82-96％

导电剂1.0-5.0％

粘结剂1.0-5.5％

正极集流体采用铝箔，铝箔厚度为10-17μm；

将正极浆料搅拌均匀，搅拌速度为公转20-40r/min，自转250-350r/min；逐面涂敷在集流体上，涂布机烘箱温度为55-100℃，设置走带速度为2-6m/min，涂敷面密度为170-330mg/10cm²，优选180-310mg/10cm²，更优选涂敷面密度为200-300mg/10cm²；滚压后的压实密度为2.65-3.45g/cm³，优选2.75-3.35g/cm³更优选压实密度为2.95-3.30g/cm³。

2、负极极片的制备

负极极片由负极浆料和负极集流体黏附而成，负极浆料中的负极活性材料选自中间相碳微球、人造石墨、中间相沥青包覆的天然石墨中的一种或两种以上的混合物；导电剂选自导电石墨、导电碳黑、纳米Ag、纳米SiO₂、纳米Al₂O₃中的一种或几种混合物，优选纳米SiO₂、纳米Al₂O₃中的一种或两种混合物；粘结剂选自羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、丙烯酸、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)中的一种或两种混合物，优选羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶的混合体系；溶剂选自N-甲基吡咯烷酮或高纯去离子水，优选高纯去离子水。

负极浆料中各固相组分的重量百分比是：

负极活性材料80-96％

导电剂1.0-5.0％

粘结剂2.0-6.0％

负极集流体采用铜箔，铜箔厚度为8-15μm；

将负极浆料搅拌均匀，搅拌速度为公转20-40r/min，自转250-350r/min；逐面涂敷在集流体上，涂布机烘箱温度为55-100℃，分段设置，走带速度为2-6m/min，经过干燥后，滚压后极片的厚度为80-100μm，涂敷面密度为160-220mg/10cm²，优选170-210mg/10cm²，更优选涂敷面密度为180-215mg/10cm²；滚压后的压实密度为1.30-1.50g/cm³，优选1.35-1.45g/cm³，更优选压实密度为1.38-1.40g/cm³。

3、正负极极片的组装

将制备的正极极片和负极极片按照正极/隔膜/负极的方式依次叠放，隔膜采用聚乙烯(PE)单层高分子膜或聚丙烯(PP)与聚乙烯(PE)复合而成的PP/PE/PP三层复合高分子膜，厚度为15-17μm；将叠放后的极片以卷绕或叠片的方式组装成裸电芯，电芯是由一个卷芯或两个及两个以上的复合卷芯组成。将裸电芯放入电池外壳进行严密封装。

4、注入电解液

注液时环境的相对湿度不高于1％，电解液可以采用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)中的两种或两种以上的混合体系为溶剂，以LiFP₆、LiClO₄中的一种或两种混合物为支持电解质，离子电导率达到8×10^-3S/cm以上。

5、电池激活

正极极耳可以采用铝，负极极耳可用镍或表面镀铜的镍，正极极耳与负极极耳的宽度为4-12mm，厚度为0.1-0.3mm。

电池在注液后用0.01C-0.2C的小电流对电池充电进行激活，生成的气体通过抽真空除去。

本发明提供的锂离子电池，在常温下以2C、3C、4C充电，分别是1C充电容量的99.97％、99.53％、99.25％；在15C、20C、25C、30C下放电，分别可以放出1C放电容量的96.3％、94.6％、88.0％和74.2％；在1C充、10C放电的充放电模式下，450次循环后电池仍然保持首次放电85％以上的容量；在4C充电、10C放电的充放电模式下，400次循环后电池仍然保持首次放电80％以上的容量。

本发明中锂离子电池材料的选择及其组分含量的确定方面，为了使导电剂在活性材料中形成有效的导电网络，导电剂的用量必须达到或超过一定的值。当超过这个值时，导电剂颗粒可填充满活性材料颗粒间的空隙，并且导电剂之间有了有效的接触，活性材料和导电剂形成的复合物的导电性将得到根本改善。此外，导电剂颗粒的大小、分散的均匀程度、粘结剂的选择都直接影响锂离子电池的高倍率充放电性能及循环稳定性。本发明实施例在对锂离子电池的活性材料、导电剂、粘结剂及溶剂等进行选择的基础上，优化了配方，得到了一种性能优良的高倍率充放电锂离子电池。该锂离子电池容量高、大电流充放点性能优良、循环寿命长、使用安全、环保、成本低廉，可以最大可能地避免过充电、高温等极端条件下电池起火爆炸的隐患。

在锂离子电池制备工艺过程中的参数选择方面，本发明实施例给出了制备工艺过程中的关键性参数，即涂敷在集流体上的涂敷面密度和滚压后的压实密度。在高倍率充放电情况下，活性物质反应速度很快，这就要求离子可以在材料中迅速的嵌入、脱出。极片若是较厚，无疑加长了离子运动的路径，增加了离子运动的阻力，因此高倍率充放电电池应将电极极片压薄。但是如果电极极片压实密度较大，则活性物质内部离子运动的小路径、小孔隙将变的更小。同时由于电池内阻与材料孔隙率成反比关系，因此压实密度过大，材料孔隙率减小，电池内阻就会增大；如果压实密度较小，则电极厚度相对增大，从而对于同样厚度的电极，涂敷于电极表面的活性物质相对减少。由此可知：选择合适的涂敷面密度和压实密度，可以有效地提高锂离子电池的高倍率充放电性能，从而得到性能优良的高倍率充放电锂离子电池。同时，本发明实施例优化了制备方法的工艺过程，使工艺操作简单易行，适合于大规模生产。

附图说明

图1为本发明高倍率充放电锂离子电池的内部结构示意图。

图2为本发明实施例一的高倍率充放电锂离子电池的倍率充电曲线。

图3为本发明实施例一的高倍率充放电锂离子电池的倍率放电曲线。

图4为本发明实施例一的高倍率充放电锂离子电池在1C充电、10C放电模式下的循环寿命曲线。

图5为本发明实施例一的高倍率充放电锂离子电池在4C充电、10C放电模式下的循环寿命曲线。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例详细介绍本发明，但本发明的保护范围并不局限于本实施例。

实施例一

将聚偏二氟乙烯-全氟丙烯(PVDF-HFP)溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌速度为公转30r/min，自转300r/min，搅拌均匀后分阶段加入纳米SiO₂和锰酸锂，各组分的重量比为锰酸锂:纳米SiO₂:PVDF-HFP＝90:5:5。将搅拌均匀的浆料涂敷在铝箔集流体上，涂布机烘箱温度为75℃，经干燥后，涂敷面密度为280mg/10cm²，压实密度为3.1g/cm³。裁切，点焊上铝极耳4，制得正极极片1。

将羧甲基纤维素钠(CMC)溶解在高纯去离子水中，搅拌速度为公转30r/min，自转300r/min，搅拌均匀后分阶段加入纳米SiO₂、中间相碳微球(CMB)及丁苯橡胶(SBR)，各组分的重量比为CMB:纳米SiO₂:SBR:CMC＝93:4:1.5:1.5。将搅拌均匀的浆料涂敷在铜箔集流体上，75℃真空烘干，涂敷面密度为180mg/10cm²，滚压后的压实密度为1.4g/cm³。裁切，点焊上镍极耳5，制得负极极片2。

用隔膜3将上述正极极片1及负极极片2按照正极极片1/隔膜3/负极极片2的方式隔离并叠加，隔膜采用聚丙烯(PP)与聚乙烯(PE)复合而成的PP/PE/PP三层复合高分子膜，厚度为16μm。将叠放后的极片以卷绕方式组装成裸电芯，装入已冲压好的铝塑盒6中，密封。注液时环境的相对湿度为1％，注入由碳酸丙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)及碳酸二乙酯(DEC)组成的浓度为1mol/L的电解液，其中各溶剂组分的体积比为EC:EMC:DEC＝1:1:1，以LiPF₆作为支持电解质，离子电导率大于8×10^-3S/cm。

本实施例提供的锂离子电池(容量为1000mA)的实验数据参见图2至图5，下述实验，如果没有特别说明，均在1个标准大气压、25℃±5℃的条件下进行。

图2表示的是该锂离子电池在不同倍率下的充电过程。电池曲线图左侧纵坐标表示的是电压，单位是mV；电池曲线图右侧纵坐标表示的是电流，单位是mA；电池曲线图横坐标表示的是时间，单位是分(min)。图中电池曲线的水平段部分表示该锂离子电池的充电过程；电池曲线的下降段表示该锂离子电池的放电过程。由图2中显示的数据计算可知，当该锂离子电池以2C、3C、4C充电时，分别是1C充电容量的99.97％、99.53％、99.25％。以上测试数据说明本发明锂离子电池具有高倍率充电性能。

图3表示的是该锂离子电池在15C、20C、25C、30C的放电过程。先1C恒流充电至电压为4.2V，在4.2V恒压下充电，截止电流0.05C，再分别按照1C、15C、20C、25C、30C放电至2.75V。根据图3数据计算得到，该锂离子电池以15C、20C、25C、30C放电时，分别是1C放电容量的96.3％、94.6％、88.0％和74.2％，即放电倍率。以上测试数据说明本发明锂离子电池具有高倍率放电的性能。

图4表示的是该锂离子电池在1C充电、10C放电的充放电模式下的循环寿命曲线。该锂离子电池在450次循环后仍然保持首次放电85％以上的容量。

图5表示的是该锂离子电池在4C充电、10C放电的充放电模式下的循环寿命曲线。该锂离子电池在400次循环后仍然保持首次放电80％以上的容量。图4和图5中的测试数据说明本发明该锂离子电池具有充放电循环稳定性。

实施例二

将聚偏二氟乙烯-全氟丙烯溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌速度为公转30r/min，自转300r/min，搅拌均匀后分阶段加入纳米Ag和锰酸锂，各组分的重量比为锰酸锂:纳米Ag:PVDF-HFP＝96:2:2。将搅拌均匀的浆料涂敷在铝箔集流体上，涂布机烘箱温度为75℃，干燥后，涂敷面密度为250mg/10cm²，滚压后的压实密度为3.15g/cm³。裁切，点焊上铝极耳4，制得正极极片1。

将羧甲基纤维素钠(CMC)溶解在高纯去离子水中，搅拌均匀后分阶段加入纳米Ag、中间相碳微球(CMB)和丁苯橡胶(SBR)，各组分的重量组成比为CMB:纳米Ag:SBR:CMC＝94:3:1.5:1.5。将搅拌均匀的浆料涂敷在铜箔集流体上，涂布机烘箱温度为75℃，经干燥后，涂敷面密度为190mg/10cm²，滚压后的压实密度为1.3g/cm³，裁切，点焊上镍极耳5，制得负极极片2。

用隔膜3将上述正极极片1及负极极片2隔离并叠加，卷绕成卷芯，装入已冲压好的铝塑盒6中，注液时环境的相对湿度为1％，注入由碳酸丙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)及碳酸二乙酯(DEC)组成的浓度为1mol/L的电解液，其中各溶剂组分的体积比为EC:EMC:DEC＝1:1:1，以LiPF₆作为支持电解质，而后密封。根据实施例一中同样的测试条件，本实施例提供的锂离子电池在2C、3C、4C充电，分别是1C充电容量的98.92％、98.51％、98.36％；在15C、20C、25C、30C放电，分别是1C放电容量的95.3％、93.9％、85.0％和70.0％；在4C充电、10C放电的充放电模式下，400次循环后电池仍保持首次放电78％以上的容量。

实施例三

将聚偏二氟乙烯-全氟丙烯溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌速度为公转30r/min，自转300r/min，搅拌均匀后分阶段加入纳米Al₂O₃和锰酸锂，各组分的重量比为锰酸锂:纳米Al₂O₃:PVDF-HFP＝92:3.5:4.5。将搅拌均匀的浆料涂敷在铝箔集流体上，涂布机烘箱温度为75℃，经干燥后，涂敷面密度为270mg/10cm²，滚压后的压实密度为3.0g/cm³。裁切，点焊上铝极耳4，制得正极极片1。

将羧甲基纤维素钠(CMC)溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌速度为公转30r/min，自转300r/min，搅拌均匀后分阶段加入纳米Al₂O₃、中间相碳微球(CMB)和丁苯橡胶(SBR)，各组分的重量比为CMB:纳米Al₂O₃:SBR:CMC＝95:2:2:1。将搅拌均匀的浆料涂敷在铜箔集流体上，涂布机烘箱温度为75℃，经干燥后，涂敷面密度为190mg/10cm²，滚压后的压实密度为1.5g/cm³，裁切，点焊上镍极耳5，制得负极极片2。

用隔膜3将上述正极极片1及负极极片2隔离并叠加，卷绕成卷芯，装入已经冲压好的铝塑盒6中，注入由碳酸丙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)及碳酸二乙酯(DEC)组成的浓度为1mol/L的电解液，其中各溶剂组分的体积比为EC:EMC:DEC＝1:1:1，以LiPF₆作为支持电解质，而后密封。根据实施例一中同样的测试条件，本实施例提供的锂离子电池在2C、3C、4C充电，分别是1C充电容量的97.75％、97.45％、97.65％；在15C、20C、25C、30C放电，分别为1C放电容量的95.4％、93.6％、87.0％和71.2％；在4C充电、10C放电的充放电模式下，400次循环后电池仍然保持首次放电75％以上的容量。

实施例四

将聚偏二氟乙烯(PVDF)溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌速度为公转30r/min，自转300r/min，搅拌均匀后分阶段加入纳米SiO₂和锰酸锂，各组分的重量比为锰酸锂:纳米SiO₂:PVDF＝89:6:5。将搅拌均匀的浆料涂敷在铝箔集流体上，涂布机烘箱温度为75℃，经干燥，涂敷面密度为220mg/10cm²，滚压后的压实密度为2.9g/cm³。裁切，点焊上铝极耳4，制得正极极片1。

将羧甲基纤维素钠(CMC)溶解在高纯去离子水中，搅拌速度为公转30r/min，自转300r/min，搅拌均匀后分阶段加入纳米SiO₂、中间相碳微球(CMB)和丁苯橡胶(SBR)，各组分的重量比为CMB:纳米SiO₂:SBR:CMC＝85:6:4:5。将搅拌均匀的浆料涂敷在铜箔集流体上，涂布机烘箱温度为75℃，经干燥，涂敷面密度为183mg/10cm²，滚压后的压实密度为1.4g/cm³，裁切，点焊上镍极耳5，制得负极极片2。

用隔膜3将上述正极极片1及负极极片2隔离并叠加，卷绕成卷芯，装入已经冲压好的铝塑盒6中，注入由碳酸丙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)组成的浓度为1mol/L的电解液，其中各溶剂的体积比为EC:EMC:DEC＝1:1:1，以LiPF₆作为支持电解质，而后密封。根据实施例一中同样的测试条件，本实施例提供的锂离子电池在2C、3C、4C充电，分别是1C充电容量的98.67％、98.23％、98.15％；在15C、20C、25C、30C倍率下放电，可以放出1C放电容量的95.9％、93.2％、87.5％和73.6％；在4C充电、10C放电的充放电模式下，400次循环后电池仍然保持首次放电79％以上的容量。

实施例五

将聚偏二氟乙烯(PVDF)溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌速度为公转30r/min，自转300r/min，搅拌均匀后分阶段加入纳米Ag和锰酸锂，各组分的重量比为锰酸锂:纳米Ag:PVDF＝95:2:3。将搅拌均匀的浆料涂敷在铝箔集流体上，涂布机烘箱温度为75℃，经干燥，涂敷面密度为170mg/10cm²，滚压后的压实密度为3.0g/cm³。裁切，点焊上铝极耳4，制得正极极片1。

将羧甲基纤维素钠(CMC)溶解在高纯去离子水中，搅拌速度为公转30r/min，自转300r/min，搅拌均匀后分阶段加入纳米Ag、中间相碳微球(CMB)和丁苯橡胶(SBR)，各组分的重量比为CMB:纳米Ag:SBR:CMC＝90:4:2:4。将搅拌均匀的浆料涂敷在铜箔集流体上，涂布机烘箱温度为75℃，经干燥，涂敷面密度为163mg/10cm²，滚压后的压实密度为1.4g/cm³，裁切，点焊上镍极耳5，制得负极极片2。

用隔膜3将上述正极极片1及负极极片2隔离并叠加，卷绕成卷芯，装入已经冲压好的铝塑盒6中，注液时的环境的相对湿度为1％，注入由碳酸丙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)及碳酸二乙酯(DEC)组成的浓度为1mol/L的电解液，加入LiPF₆作为支持电解质，其中各溶剂的体积比为EC:EMC:DEC＝1:1:1，而后密封。根据实施例一中同样的测试条件，本发明可以提供的锂离子电池在常温下以2C、3C、4C充电，分别是1C充电容量的97.89％、97.53％、97.25％；在15C、20C、25C、30C倍率下放电，可以放出1C放电容量的94.3％、93.6％、86.0％和71.2％；在4C充电、10C放电的充放电模式下，400次循环后电池仍然保持首次放电76％以上的容量。

由上述具体实施例我们可以看出，该锂离子电池具有高倍率充放电性能，循环寿命长、容量高、使用安全、环保、成本低廉，可以最大可能地避免过充电、高温等极端条件下电池起火爆炸的隐患，适合给便携式电动工具、航模飞机、电动自行车、电动高尔夫球车、电动滑板车、电动摩托车及电动汽车等提供动力能源。本发明提供的高倍率充放电锂离子电池的制备方法，工艺操作简单易行，适合于大规模生产。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1、一种高倍率充放电锂离子电池，包括正极、负极、电解液，其特征在于，正极材料包括：

正极活性材料82-96％(重量比)；

导电剂1.0-5.0％(重量比)；

粘结剂1.0-5.5％(重量比)；

所述正极活性材料为锰酸锂；

所述导电剂选自导电石墨、导电碳黑、纳米Ag、纳米SiO₂、纳米Al₂O₃中的一种或几种混合物；

所述粘结剂选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-全氟丙烯(PVDF-HFP)中的一种或两种混合物；

正极溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

2、根据权利要求1所述的高倍率充放电锂离子电池，其特征在于，所述负极材料包括：

负极活性材料80-96％(重量比)；

导电剂1.0-5.0％(重量比)；

粘结剂2.0-6.0％(重量比)；

所述负极活性材料选自中间相碳微球、人造石墨、中间相沥青包覆的天然石墨中的一种或几种混合物；

所述粘结剂选自羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、丙烯酸、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)中的一种或几种混合物；

负极溶剂为N-甲基吡咯烷酮或高纯去离子水。

3、根据权利要求1所述的高倍率充放电锂离子电池，其特征在于，所述电解液选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)中的两种或两种以上的混合溶剂。

4、根据权利要求1所述的高倍率充放电锂离子电池，其特征在于，所述正极活性材料的粒径(D50)为4-18μm。

5、根据权利要求2所述的高倍率充放电锂离子电池，其特征在于，所述负极活性材料的粒径(D50)为9-25μm。

6、根据权利要求1所述的高倍率充放电锂离子电池，其特征在于，所述导电剂选自纳米SiO₂、纳米Al₂O₃中的一种或两种混合物。

7、根据权利要求2所述的高倍率充放电锂离子电池，其特征在于，所述导电剂选自纳米SiO₂、纳米Al₂O₃中的一种或两种混合物。

8、一种制备权利要求1所述的高倍率充放电锂离子电池的方法，包括正极极片的制备和负极极片的制备，其特征在于，正极极片的制备包括以下步骤：

提供一种正极材料，包括重量比为82-96％的正极活性材料、1.0-5.0％的导电剂、1.0-5.5％的粘结剂，并将所述正极活性材料、导电剂及粘结剂加入到N-甲基吡咯烷酮溶剂中，得到正极材料混合物；正极活性材料为锰酸锂，导电剂选自导电石墨、导电碳黑、纳米Ag、纳米SiO₂、纳米Al₂O₃中的一种或几种混合物，粘结剂选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-全氟丙烯(PVDF-HFP)中的一种或两种混合物；

将正极材料混合物进行搅拌，制成预期黏度范围内的正极浆料，并涂敷到集流体上，涂敷面密度为170-330mg/10cm²，烘干后滚压，压实密度为2.65-3.45g/cm³，制成正极极片。

9、根据权利要求8所述的高倍率充放电锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述负极极片的制备包括以下步骤：

提供一种负极材料，包括重量比为80-96％的负极活性材料、1.0-5.0％的导电剂、2.0-6.0％的粘结剂，并将所述负极活性材料、导电剂及粘结剂加入到高纯去离子水溶剂或N-甲基吡咯烷酮溶剂中，得到负极材料混合物；负极活性材料选自中间相碳微球、人造石墨、中间相沥青包覆的天然石墨中的一种或几种混合物，导电剂选自导电石墨、导电碳黑、纳米Ag、纳米SiO₂、纳米Al₂O₃中的一种或几种混合物，粘结剂选自羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、丙烯酸、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)中的一种或几种混合物；

将负极材料混合物进行搅拌，制成预期黏度范围内的负极浆料，并涂敷到集流体上，涂敷面密度为160-220mg/10cm²，烘干后滚压，压实密度为1.3-1.5g/cm³，制成负极极片。

10、根据权利要求8所述的高倍率充放电锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括以下步骤：

将正极极片和负极极片按正极极片、隔膜、负极极片的顺序依次叠放，以卷绕或叠片的方式组装成裸电芯，所述隔膜采用聚乙烯(PE)单层高分子膜或聚丙烯(PP)与聚乙烯(PE)复合而成的PP/PE/PP三层复合高分子膜；

将所述裸电芯组装成电池后注入电解液，所述电解液选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)中的两种或两种以上的混合溶剂。

11、根据权利要求8所述的高倍率充放电锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述正极浆料的涂敷面密度为200-300mg/10cm²，滚压后的压实密度为2.95-3.30g/cm³。

12、根据权利要求9所述的高倍率充放电锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述负极浆料的涂敷面密度为180-215mg/10cm²，滚压后的压实密度为1.35-1.45g/cm³。