CN108232285A - 一种高倍率钛酸锂电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种高倍率钛酸锂电池及其制作方法。该钛酸锂电池包括正极片、负极片、隔膜、电解液和外包装，通过将正负极活性物质、粘结剂、导电剂涂布在凃碳铝箔集流体上，并且采用特殊的高孔隙率隔膜及高倍率电解液体系进行叠片、封装及注液，然后采用高温、高压化成和老化工艺制备高倍率钛酸锂电池，有效解决了钛酸锂电池充电时间长，倍率充放电性能差，安全性低等问题。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种高倍率钛酸锂电池及其制作方法。
背景技术
目前，能源危机已经成为21世纪最严峻的问题，不可再生化石能源将被绿色能源替代已经成为必然的发展趋势。锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、绿色环保等优点，在能量储存设备市场上已占据重要地位，被应用于多种便携式移动设备，如：手机、相机、笔记本电脑等，同时也正逐步应用在电动自行车(Ebike)、混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)、纯电动汽车(EV)等大型电动设备上。
自2017年开始新能源大巴车仍然呈不断增长的趋势，目前锂电池主流市场为三元和磷酸铁锂电池，三元电池能量密度较高，续航能力较强，是国家重点扶持和发展的领域。但该电池体系不能满足快充的需求，充电时间较长，并且有一定的安全隐患，因此发展钛酸锂快充电池技术是一个很好的方向，目前北京市内公交车已广泛使用钛酸锂电池体系，充分节约了人力，空间及时间，获得了很好的口碑，郑州市和武汉市一些二线城市也积极倡导使用快充大巴车，因此发展该技术具有很大的市场前景。
随着锂离子电池应用领域的不断扩展，锂离子电池的安全性能也得到越来越多的重视，在影响锂离子电池安全性能的因素中，作为防止正负极接触、避免电池内部短路的隔膜是关键性部件。目前，锂离子电池主要使用的隔膜为聚烯烃微孔聚合物膜，该膜吸液保液性能差、闭孔破膜温程范围过小、高温易收缩、安全性差、不利于大电流充放电。
CN103311500A公开了一种锂离子电池负极极片及制作方法，所述负极极片包括涂有活性物质的第一涂层，设置于所述第一涂层表面的第二涂层，以及设置于所述第二涂层表面的第三涂层，其中所述第二涂层为陶瓷隔膜涂层，厚度为10-25μm；所述第三涂层为多孔聚偏氟乙烯PVDF类涂层，厚度为2-6μm。但是，该现有技术所用隔膜材料受材料自身性质的影响，隔膜的脆性仍然影响电池的性能。
CN103326065A公开了了一种钛酸锂电池及其电解液。所述钛酸锂电池电解液包括锂盐﹑非水溶剂以及R-CO-CH＝N2结构化合物的添加剂，其中R为C1-C8的烷基或苯基。所述钛酸锂电池包括：正极极片；负极极片，含有的负极活性物质为纯的钛酸锂、掺杂的钛酸锂或表面包覆的钛酸锂；隔膜，间隔于相邻正负极片之间；以及电解液；所述电解液为所述钛酸锂电池电解液。但是该现有技术所用添加剂为重氮类化合物，在电池的长期使用过程中易出现分解隐患。
发明内容
针对上述现有技术现状，本发明的目的在于提供一种高倍率钛酸锂电池及其制备方法，本发明采用特殊的物料体系及化成、老化工艺，有效解决了钛酸锂电池充电时间长，倍率充放电性能差，安全性低等问题。
本发明的一个目的是提供一种高倍率钛酸锂电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和外包装膜；所述电解液包括溶剂、电解质、添加剂；所述溶剂为EC和EMC混合溶剂；所述电解质为LiPF6、LiBOB、LiBF4、LiODFB、LiN(CF3SO2)2、LiCF3SO3中的一种或多种；所述添加剂为SA和PS的组合物。
进一步地，所述溶剂中EC和EMC的质量比为4-8:1；所述电解质在电解液中的质量分数为15-30％，浓度为1.3-3.0mol/L；所述添加剂组合物的质量分数为0.2-2％。
进一步地，所述SA和PS的质量比4-7:1。
进一步地，所述电解液中加入苯并恶唑，所述苯并恶唑在电解液中的质量分数为5％。
进一步地，所述的正极片、负极片分别由正、负极凃碳铝箔集流体和涂覆在正、负极集流体上的正、负极材料组成；所述负极材料包括负极活性物质、负极导电剂、负极粘结剂；所述负极材料中各组分的质量百分比为：负极活性物质85-96％，负极导电剂2-7％，负极粘结剂2-8％；所述负极活性物质为钛酸锂Li4Ti5O12。
进一步地，所述的负极粘结剂为聚偏氟乙烯或丁苯橡胶，负极导电剂选自超导炭黑SP、石墨导电剂KS-6、碳纳米管、碳纤维中的一种或多种。
进一步地，所述正极材料包括正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂；正极导电剂为超导炭黑、片状石墨、碳纳米管、碳纤维、气相生长纤维中的一种或多种；正极粘结剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、有机烯酸、羧酸酯类中的一种或多种。
进一步地，所述正极材料中各组分的质量百分比为：正极活性物质80％-94％，正极导电剂3-10％，正极粘结剂3-10％。
进一步地，所述正极活性物质为LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2、LiNi0.3Co0.35Mn0.35O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.4Co0.3Mn0.3O2、LiNi0.2Co0.35Mn0.45O2中的一种或多种。
进一步地，所述正极相对于负极容量余量为5-10％。
进一步地，正、负极集流体均采用涂碳铝箔，涂碳层为SP或石墨烯，涂碳层厚度为0.5-2um，涂碳铝箔的整体厚度为12-24μm。
进一步地，所述隔膜为湿法PE隔膜，厚度为9-20um，孔隙率为40-65％，透气率为100-200s/100ml。
进一步地，所述隔膜为聚β-环糊精膜。
进一步地，所述聚β-环糊精膜是由β-环糊精单体和环氧氯丙烷单体在碱的作用下反应得到。
进一步地，所述聚β-环糊精膜的厚度为25-40um，孔隙率为50-85％，透气率为150-200s/100ml。
在本发明中，聚β-环糊精膜具有较高的孔隙率，同时β-环糊精自身还具有特殊的孔道，可以使锂离子自由通过，聚β-环糊精膜具有良好的绝缘性，又可以防止正负极接触短路，将聚β-环糊精膜应用于本发明中，可以提高钛酸锂电池的倍率充放电性能及高温储存能力。
在本发明中添加SA和PS使电解液中LiPF6较稳定，提高了电解液本身的电导率，使倍率充放电更快，更均一。同时，SA和PS具有一定的协同作用，二者相互作用，使其在分布上更加连续、均一，有助于电子和离子的迁移。
在本发明中采用高空隙率湿法PE隔膜，使电解液在隔膜中浸润性更好，并具有足够的吸液保湿能力，空间稳定性和平整性能较好，提高了高温条件下的充放电稳定性。
本发明人在研究SA和PS添加剂的作用效果时，意外的发现在电解液中加入苯并恶唑，可以提高钛酸锂电池的高温储存能力，但是降低了电池的循环稳定性。
本发明的另一个目的是提供高倍率钛酸锂电池的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：
a)制作正、负极片：将正极材料溶于有机溶剂中，搅拌均匀后涂覆于正极集流体上，在90～120℃烘干后经辊压得到正极片；将负极材料分散在有机溶剂中，搅拌均匀后得到负极浆料，涂覆于负极集流体上，在90-120℃烘干后辊压得到负极片；
b)极片烘烤：将上述正、负极片放入真空烘箱中100-120℃烘烤24-36h，持续抽真空，控制正、负极极片水分含量≤200ppm；
c)制作电芯：将步骤b)得到的正、负极片裁剪后，按照正极片、隔膜、负极片的顺序采用叠片式结构或卷绕式结构制成电芯；
d)焊接包装：将电芯中的正、负极片分别将极耳焊接在一起，形成正、负极引出端，将电芯放入铝塑包装膜中，分别引出正、负极耳，在极耳胶处加热，使铝塑袋的塑胶与极耳胶熔合，得到软包电池，软包电池的一侧为开口状态，待电解液注入；
e)封装注液：将高压电解液注入电芯后，封好注液口；
f)化成及老化：将包装好的电池化成、老化后分容即得到具有高倍率的钛酸锂电池。
进一步地，步骤a)中正极片辊压后的厚度为70-90μm，压实密度为2.5-3.2g/cm3，负极片辊压后的厚度为100-130μm，压实密度为1.6-2.0g/cm3。
进一步地，步骤a)中正极浆料的粘度为6000-8000mPa·s，负极浆料的粘度为4000-8000mPa·s，搅拌均匀后，以100-150目过筛。
进一步地，步骤f)中所述的化成温度为60-100℃，化成压力为0.1-0.5MPa，化成时间≥13h，化成充电容量≥90％SOC；所述的老化温度为60-100℃，老化压力为0.1-0.5MPa，老化时间为30-50h。
进一步地，步骤f)中的化成过程需以一定电流进行恒流充电，充电过程包括以下步骤：
(1)以0.01-0.02C的电流对电池恒流充电5h；
(2)以0.05C的电流对电池恒流充电5h；
(3)以0.2C的电流对电池恒流充电3h；
其中，化成时的最终截止电压为2.5-2.8V，电池工作电压范围为1.4V-2.8V。
在本发明中，EC为碳酸乙烯酯，EMC为碳酸甲乙酯，PE为聚乙烯，PS为1,3-丙磺酸内酯，SA为琥珀酸酐。
本发明的有益效果：
本发明正负极均采用凃层铝箔，在电池充放电过程中能使正极活性物质有序、均一的在负极钛酸锂材料中嵌入和脱出，能明显增加其倍率性能，并且凃碳层导电炭黑和石墨烯能对正负极活性物质起到良好的保护作用，能防止循环使用过程中活性物质塌陷和电极极化引起的倍率下降问题。
为了配合正极材料搭配及倍率的提升，隔膜及电解液设计也非常重要；采用高孔隙率和低透气率隔膜，能够显著增加离子的通过速率，明显改善其倍率性能；同时在电解液中提高锂盐浓度，能提高电解液整体电导率，增加正极离子的移动速率，电解液中加入SA和PS添加剂能增强其倍率充放电性能，使充放电平台更宽、工作更稳定。
附图说明
图1为实施例1制备的20Ah电池的倍率充电图，倍率充电曲线从下到上依次为1C倍率充电曲线、3C倍率充电曲线、6C倍率充电曲线、10C倍率充电曲线、15C倍率充电曲线、16C倍率充电曲线、18C倍率充电曲线、20C倍率充电曲线。
图2为实施例2制备的20Ah电池的倍率放电图，倍率放电曲线从上到下依次为1C倍率放电曲线、3C倍率放电曲线、6C倍率放电曲线、15C倍率放电曲线、20C倍率放电曲线。
具体实施方式
实施例1
一种高倍率钛酸锂电池的制作方法，包括以下步骤：
a)制作正、负极片：首先将偏聚四氟乙烯(PVDF)用N-甲基吡咯烷酮(NMP)配成质量分数7％的溶液，然后加入正极导电剂超导炭黑，高速剪切分散2小时，将正极活性物质LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2分散在上述NMP溶液中，搅拌均匀后得到正极浆料，高速剪切分散2小时，加入NMP调节粘度为6000mPa·s，高速剪切分散1小时后，正极浆料用100目金属网过筛，将过筛后的正极浆料均匀涂布在厚度为22um的凃碳铝箔上，凃碳层为SP，厚度为2um，90℃烘干，将烘干后的正极极片进行辊压，正极片辊压后的厚度为70μm，压实密度为2.5g/cm3；控制正极浆料中各组分的质量百分含量为：正极活性物质80％，正极导电剂10％，正极粘结剂10％。
将负极材料溶于NMP中，负极浆料过筛后涂布于厚度为22um的凃碳铝箔上，凃碳层为SP，厚度为2um，采用120℃烘干极片，将烘干后的极片进行辊压，负极片辊压后的厚度为100μm，压实密度为1.7g/cm3；控制各组分的质量百分含量为：负极活性物质85％，负极导电剂7％，负极粘结剂8％；其中负极导电剂为超导炭黑SP与石墨导电剂KS-6,其质量比为1:1，负极粘结剂为聚偏氟乙烯；负极活性物质为钛酸锂Li4Ti5O12。
b)极片烘烤：将上述极片放入真空烘箱中100℃烘烤36h，持续抽真空，控制正、负极极片水分含量≤200ppm；
c)制作电芯：将步骤b)得到的正、负极片裁剪后，按照正极片、隔膜、负极片的顺序采用叠片式结构制成电芯；其中湿法PE隔膜厚度为9um，孔隙率为40％，透气率为100S/100ml。
d)焊接包装：将电芯中的正、负极片分别将极耳焊接在一起，形成正、负极引出端，将电芯放入铝塑包装袋中，分别引出正、负极耳，在极耳胶处加热，使铝塑袋的塑胶与极耳胶熔合，软包电池的一侧为开口状态，留待电解液注入；
e)封装注液：将高压电解液注入电芯后，封好注液口；其中，所述电解液的溶剂为EC和EMC的混合溶剂，电解液中含有LiPF6，LiPF6浓度为1.3mol/L，其中酯类溶剂EC和EMC的质量比4:1，电解质在电解液中的质量分数为15％，添加剂为质量分数0.2％SA(琥珀酸酐)和PS组合物；SA和PS质量比为4:1。
f)化成及老化：
(1)以0.01C的电流对电池恒流充电5h；
(2)以0.05C的电流对电池恒流充电5h；
(3)以0.2C的电流对电池恒流充电3h；
其中化成过程中最终的截止电压为2.5V，化成过程中的温度为60℃，化成压力为0.5MPa；老化温度为60℃，老化压力为0.5MPa,老化时间为30h。
实施例2
一种高倍率钛酸锂电池的制作方法，包括以下步骤：
a)制作正、负极片：首先将偏聚四氟乙烯(PVDF)用N-甲基吡咯烷酮(NMP)配成质量分数8％的溶液，然后加入正极导电剂碳纳米管，高速剪切分散2小时，将正极活性物质LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2分散在上述NMP溶液中，搅拌均匀后得到正极浆料，高速剪切分散2小时，加入NMP调节粘度为8000mPa·s，高速剪切分散1小时后，正极浆料用150目金属网过筛，将过筛后的正极浆料均匀涂布在厚度为20um的凃碳铝箔上，凃碳层为SP，厚度为2um，120℃烘干，将烘干后的正极极片进行辊压，正极片辊压后的厚度为85μm，压实密度为2.6g/cm3；控制正极浆料中各组分的质量百分含量为：正极活性物质94％，正极导电剂3％，正极粘结剂3％。
将负极材料溶于NMP中，负极浆料过筛后涂布于厚度为20μm的凃碳铝箔上，凃碳层为SP，厚度为2um，采用120℃烘干极片，将烘干后的极片进行辊压，负极片辊压后的厚度为110μm，压实密度为1.65g/cm3；控制各组分的质量百分含量为：负极活性物质94％，负极导电剂3％，负极粘结剂3％；其中负极导电剂为超导炭黑与碳纳米管质量比为1:1，负极粘结剂为聚偏氟乙烯，负极导电剂超导炭黑SP与石墨导电剂KS-6质量比为1:1，负极粘结剂为PVDF；负极活性物质为钛酸锂Li4Ti5O12。
b)极片烘烤：将上述极片放入真空烘箱中120℃烘烤24h，持续抽真空，控制正、负极极片水分含量≤200ppm。
c)制作电芯：将步骤b)得到的正、负极片裁剪后，按照正极片、隔膜、负极片的顺序采用卷绕式结构制成电芯；其中湿法PE隔膜厚度为20um，孔隙率为65％，透气率为200s/100ml.
d)焊接包装：将电芯中的正、负极片分别将极耳焊接在一起，形成正、负极引出端，将电芯放入铝塑包装袋中，分别引出正、负极耳，在极耳胶处加热，使铝塑袋的塑胶与极耳胶熔合，软包电池的一侧为开口状态，留待电解液注入；
e)封装注液：将高压电解液注入电芯后，封好注液口；其中，所述电解液的溶剂为EC和EMC的混合溶剂，电解液中含有LiBF4，LiBF4浓度为3.0mol/L，其中酯类溶剂EC和EMC的质量比为8:1，电解质在电解液中的质量分数为30％，添加剂为质量分数2％SA(琥珀酸酐)及PS组合物；SA和PS质量比例为7:1。
f)化成及老化：
(1)以0.02C的电流对电池恒流充电5h；
(2)以0.05C的电流对电池恒流充电5h；
(3)以0.2C的电流对电池恒流充电3h；
其中化成过程中最终的截止电压为2.8V，化成过程中的温度为100℃，化成压力为0.1MPa；老化温度为100℃，老化压力为0.1MPa,老化时间为50h。
实施例3
一种高倍率钛酸锂电池的制作方法，包括以下步骤：
a)制作正、负极片：首先将偏聚四氟乙烯(PVDF)用N-甲基吡咯烷酮(NMP)配成质量分数8％的溶液，然后加入正极导电剂碳纳米管，高速剪切分散2小时，将正极活性物质LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2分散在上述NMP溶液中，搅拌均匀后得到正极浆料，高速剪切分散2小时，加入NMP调节粘度为7000mPa·s，高速剪切分散1小时后，正极浆料用150目金属网过筛，将过筛后的正极浆料均匀涂布在厚度为20um的凃碳铝箔上，凃碳层为SP，厚度为2um，100℃烘干，将烘干后的正极极片进行辊压，正极片辊压后的厚度为85μm，压实密度为2.6g/cm3；控制正极浆料中各组分的质量百分含量为：正极活性物质90％，正极导电剂5％，正极粘结剂5％。
将负极材料溶于NMP中，负极浆料过筛后涂布于厚度为20μm的凃碳铝箔上，凃碳层为SP，厚度为2um，采用120℃烘干极片，将烘干后的极片进行辊压，负极片辊压后的厚度为110μm，压实密度为1.65g/cm3；控制各组分的质量百分含量为：负极活性物质90％，负极导电剂5％，负极粘结剂5％；其中负极导电剂为超导炭黑与碳纳米管质量比为1:1，负极粘结剂为聚偏氟乙烯，负极导电剂超导炭黑SP与石墨导电剂KS-6质量比为1:1，负极粘结剂为PVDF；负极活性物质为钛酸锂Li4Ti5O12。
b)极片烘烤：将上述极片放入真空烘箱中120℃烘烤24h，持续抽真空，控制正、负极极片水分含量≤200ppm。
c)制作电芯：将步骤b)得到的正、负极片裁剪后，按照正极片、隔膜、负极片的顺序采用卷绕式结构制成电芯；其中湿法PE隔膜厚度为15um，孔隙率为63％，透气率为150s/100ml。
d)焊接包装：将电芯中的正、负极片分别将极耳焊接在一起，形成正、负极引出端，将电芯放入铝塑包装袋中，分别引出正、负极耳，在极耳胶处加热，使铝塑袋的塑胶与极耳胶熔合，软包电池的一侧为开口状态，留待电解液注入。
e)封装注液：将高压电解液注入电芯后，封好注液口；其中，所述电解液的溶剂为EC和EMC的混合溶剂，电解液中含有LiBF4，LiBF4浓度为2.0mol/L，其中酯类溶剂EC和EMC的质量比为5:1，电解质在电解液中的质量分数为27％，添加剂为质量分数2％SA(琥珀酸酐)及PS组合物；SA和PS质量比例为5:1。
f)化成及老化：
(1)以0.02C的电流对电池恒流充电5h；
(2)以0.05C的电流对电池恒流充电5h；
(3)以0.2C的电流对电池恒流充电3h；
其中化成过程中最终的截止电压为2.6V，化成过程中的温度为80℃，化成压力为0.3MPa；老化温度为80℃，老化压力为0.3MPa,老化时间为40h。
实施例4
一种高倍率钛酸锂电池的制作方法，包括以下步骤：
a)制作正、负极片：首先将偏聚四氟乙烯(PVDF)用N-甲基吡咯烷酮(NMP)配成质量分数8％的溶液，然后加入正极导电剂碳纳米管，高速剪切分散2小时，将正极活性物质LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2分散在上述NMP溶液中，搅拌均匀后得到正极浆料，高速剪切分散2小时，加入NMP调节粘度为7000mPa·s，高速剪切分散1小时后，正极浆料用150目金属网过筛，将过筛后的正极浆料均匀涂布在厚度为20um的凃碳铝箔上，凃碳层为SP，厚度为2um，100℃烘干，将烘干后的正极极片进行辊压，正极片辊压后的厚度为85μm，压实密度为2.6g/cm3；控制正极浆料中各组分的质量百分含量为：正极活性物质90％，正极导电剂5％，正极粘结剂5％。
将负极材料溶于NMP中，负极浆料过筛后涂布于厚度为20μm的凃碳铝箔上，凃碳层为SP，厚度为2um，采用120℃烘干极片，将烘干后的极片进行辊压，负极片辊压后的厚度为110μm，压实密度为1.65g/cm3；控制各组分的质量百分含量为：负极活性物质90％，负极导电剂5％，负极粘结剂5％；其中负极导电剂为超导炭黑与碳纳米管质量比为1:1，负极粘结剂为聚偏氟乙烯，负极导电剂超导炭黑SP与石墨导电剂KS-6质量比为1:1，负极粘结剂为PVDF；负极活性物质为钛酸锂Li4Ti5O12。
b)极片烘烤：将上述极片放入真空烘箱中120℃烘烤24h，持续抽真空，控制正、负极极片水分含量≤200ppm。
c)制作电芯：将步骤b)得到的正、负极片裁剪后，按照正极片、隔膜、负极片的顺序采用卷绕式结构制成电芯；其中湿法PE隔膜厚度为15um，孔隙率为63％，透气率为150s/100ml。
d)焊接包装：将电芯中的正、负极片分别将极耳焊接在一起，形成正、负极引出端，将电芯放入铝塑包装袋中，分别引出正、负极耳，在极耳胶处加热，使铝塑袋的塑胶与极耳胶熔合，软包电池的一侧为开口状态，留待电解液注入。
e)封装注液：将高压电解液注入电芯后，封好注液口；其中，所述电解液的溶剂为EC和EMC的混合溶剂，电解液中含有LiBF4，LiBF4浓度为2.0mol/L，其中酯类溶剂EC和EMC的质量比为5:1，电解质在电解液中的质量分数为27％，添加剂为质量分数2％SA(琥珀酸酐)及PS组合物；SA和PS质量比例为5:1；苯并恶唑的质量分数5％。
f)化成及老化：
(1)以0.02C的电流对电池恒流充电5h；
(2)以0.05C的电流对电池恒流充电5h；
(3)以0.2C的电流对电池恒流充电3h；
其中化成过程中最终的截止电压为2.6V，化成过程中的温度为80℃，化成压力为0.3MPa；老化温度为80℃，老化压力为0.3MPa,老化时间为40h。
实施例5
一种高倍率钛酸锂电池的制作方法，包括以下步骤：
a)制作正、负极片：首先将偏聚四氟乙烯(PVDF)用N-甲基吡咯烷酮(NMP)配成质量分数8％的溶液，然后加入正极导电剂碳纳米管，高速剪切分散2小时，将正极活性物质LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2分散在上述NMP溶液中，搅拌均匀后得到正极浆料，高速剪切分散2小时，加入NMP调节粘度为7000mPa·s，高速剪切分散1小时后，正极浆料用150目金属网过筛，将过筛后的正极浆料均匀涂布在厚度为20um的凃碳铝箔上，凃碳层为SP，厚度为2um，100℃烘干，将烘干后的正极极片进行辊压，正极片辊压后的厚度为85μm，压实密度为2.6g/cm3；控制正极浆料中各组分的质量百分含量为：正极活性物质90％，正极导电剂5％，正极粘结剂5％。
将负极材料溶于NMP中，负极浆料过筛后涂布于厚度为20μm的凃碳铝箔上，凃碳层为SP，厚度为2um，采用120℃烘干极片，将烘干后的极片进行辊压，负极片辊压后的厚度为110μm，压实密度为1.65g/cm3；控制各组分的质量百分含量为：负极活性物质90％，负极导电剂5％，负极粘结剂5％；其中负极导电剂为超导炭黑与碳纳米管质量比为1:1，负极粘结剂为聚偏氟乙烯，负极导电剂超导炭黑SP与石墨导电剂KS-6质量比为1:1，负极粘结剂为PVDF；负极活性物质为钛酸锂Li4Ti5O12。
b)极片烘烤：将上述极片放入真空烘箱中120℃烘烤24h，持续抽真空，控制正、负极极片水分含量≤200ppm。
c)制作电芯：将步骤b)得到的正、负极片裁剪后，按照正极片、隔膜、负极片的顺序采用卷绕式结构制成电芯；其中隔膜为聚β-环糊精膜,隔膜厚度为30um，孔隙率为50％，透气率为150s/100ml。
d)焊接包装：将电芯中的正、负极片分别将极耳焊接在一起，形成正、负极引出端，将电芯放入铝塑包装袋中，分别引出正、负极耳，在极耳胶处加热，使铝塑袋的塑胶与极耳胶熔合，软包电池的一侧为开口状态，留待电解液注入。
e)封装注液：将高压电解液注入电芯后，封好注液口；其中，所述电解液的溶剂为EC和EMC的混合溶剂，电解液中含有LiBF4，LiBF4浓度为2.0mol/L，其中酯类溶剂EC和EMC的质量比为5:1，电解质在电解液中的质量分数为27％，添加剂为质量分数2％SA(琥珀酸酐)及PS组合物；SA和PS质量比例为5:1。
f)化成及老化：
(1)以0.02C的电流对电池恒流充电5h；
(2)以0.05C的电流对电池恒流充电5h；
(3)以0.2C的电流对电池恒流充电3h；
其中化成过程中最终的截止电压为2.6V，化成过程中的温度为80℃，化成压力为0.3MPa；老化温度为80℃，老化压力为0.3MPa,老化时间为40h。
对比例1
同实施例3相比区别仅在于添加剂只加入质量分数为2％的SA。
对比例2
同实施例3相比区别仅在于添加剂只加入质量分数为2％的PS。
对比例3
同实施例3相比区别仅在于SA和PS质量比例为14:1。
不同倍率充电测试：
将实施例1制备的电池进行室温多倍率充电测试。
根据实施例1制备的20Ah电池，进行不同倍率充电测试，记录恒流充电容量和时间，得到不同倍率充电表，见表1。
表1不同倍率充电表
由不同倍率充电表可知，10C倍率快充电：6min可充电96％，15C倍率充电：4min内可充电94％，20C在3min内可充电90％以上，即电池在3min内基本可充满，充电倍率很好，并且充电曲线较规整(见图1倍率充电图)，工作电压范围较宽。
不同倍率放电测试：
将实施例2制备的电池进行室温多倍率放电测试。
根据实施例2制备的20Ah电池，进行不同倍率放电测试，记录恒流放电容量和时间，得到不同倍率放电表，见表2。从表中可看出20C大倍率放电，容量保持率在90％以上，倍率放电性能较优。倍率放电图见图2.
表2不同倍率放电表
钛酸锂电池循环性能测试：首先记录循环前电池的厚度d1，然后在以0.5C的倍率充电，0.5C的倍率放电进行循环测试，循环500次后再次记录电池的厚度d2，计算其厚度膨胀率(d2-d1)/d1。测试电压范围：1.4—2.8V。
钛酸锂电池进行高温存储性能测试：首先记录存储前电池的厚度d3，然后在90℃下存储4h，记录存储后电池的厚度d4，计算其厚度膨胀率(d4-d3)/d3。测试电压范围：1.4—2.8V。
钛酸锂电池的循环稳定性测试：分别以1C的倍率进行充放电,记录首次放电比容量和500次循环的放电比容量，分别记为Cap1st和Cap500th,计算其500次循环后容量保持率Cap500th/Cap1st。测试电压范围：1.4—2.8V。
表3循环及高温存储测试
钛酸锂电池进行倍率性能测试：根据实施例3-5、对比例1-3制备的电池，分别以不同的倍率进行充放电测试,记录其不同倍率下的恒流充电容量与初始容量的比值C1和不同倍率下的恒流放电容量与初始容量的比值C2，测试电压范围：1.4—2.8V。
表4倍率充放电测试
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种高倍率钛酸锂电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜、电解液和外包装膜；所述电解液包括溶剂、电解质、添加剂；所述溶剂为EC和EMC混合溶剂；所述电解质为LiPF6、LiBOB、LiBF4、LiODFB、LiN(CF3SO2)2、LiCF3SO3中的一种或多种；所述添加剂为SA和PS的组合物。
2.根据权利要求1所述的高倍率钛酸锂电池，其特征在于，所述溶剂中EC和EMC的质量比为4-8:1；所述电解质在电解液中的质量分数为15％-30％；所述添加剂组合物的质量分数为0.2％-2％。
3.根据权利要求1所述的高倍率钛酸锂电池，其特征在于，所述的正极片、负极片分别由正极凃碳铝箔集流体、负极凃碳铝箔集流体、涂覆在正极凃碳铝箔集流体上的正极材料和涂覆在负极凃碳铝箔集流体上的负极材料组成；所述负极材料以质量百分比计，包括负极活性物质85-96％，负极导电剂2-7％，负极粘结剂2-8％；所述负极活性物质为钛酸锂Li4Ti5O12。
4.根据权利要求3所述的高倍率钛酸锂电池，其特征在于，所述的负极粘结剂为聚偏氟乙烯或丁苯橡胶，负极导电剂选自超导炭黑SP、石墨导电剂KS-6、碳纳米管、碳纤维中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的高倍率钛酸锂电池，其特征在于，所述正极材料以质量百分比计，包括正极活性物质80-94％，正极导电剂3-10％，正极粘结剂3-10％；正极导电剂为超导炭黑、片状石墨、碳纳米管、碳纤维、气相生长纤维中的一种或多种；正极粘结剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、有机烯酸、羧酸酯类中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的高倍率钛酸锂电池，其特征在于，所述正极活性物质为LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2、LiNi0.3Co0.35Mn0.35O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.4Co0.3Mn0.3O2、LiNi0.2Co0.35Mn0.45O2中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述高倍率钛酸锂电池，其特征在于，所述隔膜为湿法PE隔膜，厚度为9-20um，孔隙率为40-65％，透气率为100-200s/100ml。
8.一种如权利要求1所述的高倍率钛酸锂电池的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：
a)制作正、负极片：将正极材料溶于有机溶剂中，搅拌均匀后涂覆于正极集流体上，在90-120℃烘干后经辊压得到正极片；将负极材料分散在有机溶剂中，搅拌均匀后得到负极浆料，涂覆于负极集流体上，在90-120℃烘干后辊压得到负极片；
b)极片烘烤：将上述正、负极片放入真空烘箱中100-120℃烘烤24-36h，持续抽真空，控制正、负极极片水分含量≤200ppm；
c)制作电芯：将步骤b)得到的正、负极片裁剪后，按照正极片、隔膜、负极片的顺序采用叠片式结构或卷绕式结构制成电芯；
d)焊接包装：将电芯中的正、负极片分别将极耳焊接在一起，形成正、负极引出端，将电芯放入铝塑包装膜中，分别引出正、负极耳，在极耳胶处加热，使铝塑袋的塑胶与极耳胶熔合，得到软包电池，软包电池的一侧为开口状态，待电解液注入；
e)封装注液：将高压电解液注入电芯后，封好注液口；
f)化成及老化：将包装好的电池化成、老化后分容即得到具有高倍率的钛酸锂电池。
9.根据权利要求8所述高倍率钛酸锂电池的制作方法，其特征在于，步骤f)中所述的化成温度为60-100℃，化成压力为0.1-0.5MPa，；所述的老化温度为60-100℃，老化压力为0.1-0.5MPa，老化时间为30-50h。
10.根据权利要求8所述高倍率钛酸锂电池的制作方法，其特征在于，步骤f)中的化成过程包括以下步骤：
(1)以0.01-0.02C的电流对电池恒流充电5h；
(2)以0.05C的电流对电池恒流充电5h；
(3)以0.2C的电流对电池恒流充电3h；
其中，化成时的最终截止电压为2.5-2.8V。
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