CN108258236A - 一种高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池及其制备方法 - Google Patents

一种高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，包括外壳，外壳内设有正极片、负极片和电解液，正极片与负极片之间设有陶瓷隔膜，外壳正极端为盖帽，负极端为钢壳。正极集流体采用厚度为11~12.5μm的铝箔材料，其上设有高镍含量的NCA正极活性物质，CNT导电剂和粘接剂，负极集流体采用厚度为5~7μm的铜箔材料，其上设有SiC负极活性物质，Super P导电剂和粘接剂；陶瓷隔膜厚度为12~15μm，为PE基膜上涂覆一层Al2O3陶瓷膜。本发明通过优化正负极浆料配比，开发新型正负极匀浆工艺，制备的锂电池容量≥3400 mAh，循环性能优良，0.5 C/0.5 C循环400次容量保持率在85%以上，质量小于48 g，比容量非常高。

Description

一种高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种18650圆柱形锂电池，尤其涉及一种高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池及其制备方法。
专业名词：NCA指镍钴铝酸锂，CNT指碳纳米管，PVDF指聚偏氟乙烯， SiC指硅碳材料，Super P指导电炭黑，SBR指丁苯橡胶，CMC指羟甲基纤维素，PE指聚乙烯，EC指碳酸乙烯酯，PC指聚碳酸酯，DEC指碳酸二乙酯。
背景技术
随着环境污染的日益严重和常规能源的逐渐衰竭，可持续发展的清洁能源成为人们关注的焦点，锂离子电池由于比能量高、安全性好、循环性能好、无污染等优点，已成为发展最快和最受重视的高能蓄电池，在各电子领域中得到了广泛的应用。锂离子电池的工艺技术非常的严格、复杂，一般包括匀浆、涂布、碾压、分切、卷绕、入壳、激光焊、烘烤、注液、封口、清洗、涂油、活化、预充、老化、分容、全检等多个环节。锂离子电池种类繁多，有方形电池、铝壳电池、软包电池、圆柱电池，有偏重容量型的，有偏重倍率型的。其中容量型的18650圆柱电池由于其具有尺寸固定、容量高等特点广泛主要应用在移动电源、笔记本电脑、电动自行车、电动汽车等领域。目前市面上容量型圆柱电池以2000 mAh、2200 mAh 等容量为主。不过随着各领域的发展，对电池的性能要求也不断增加，尤其对电池的能量密度要求更高。传统的以钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍锰钴酸锂为正极材料的锂离子电池已较难满足高能量密度的要求；负极活性物质采用石墨，理论比容量在372 mAh/g左右，目前已无限接近理论值，提升空间有限。研究者们在提高锂电池性能方面做了大量工作，例如专利号为CN201520614042的中国专利“3100mAh高容量18650圆柱锂电池”，正极材料使用镍钴铝酸锂、负极材料使用石墨，锂电池容量达到3100mAh，但电池容量和循环寿命仍有限，0.5 C/0.5 C循环300周后容量保持在80%左右。随着电动汽车领域的发展，需要更高比能量的电池以满足电动汽车长的行驶里程数；因此有必要寻找合适的正、负极材料，制备出容量及循环寿命更高的锂电池。
发明内容
本发明的目的在于开发出高容量高循环的18650圆柱锂电池，以满足未来的新能源发展。本发明以镍钴铝NCA作正极材料，硅碳SiC作负极材料；主要采用在正极浆料中添加新型导电剂，负极高弹性、粘附力粘结剂；电解液中加入联合添加剂，同时减少隔膜和集流体铜箔、铝箔厚度等方法开发高容量的18650-3400mAh锂离子电池，采用如下技术方案：
一种高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，包括外壳，外壳内设有正极片与负极片，所述正极片由正极集流体和设于所述正极集流体的正极活性物质、导电剂、粘接剂组成，所述负极片由负极集流体和设于所述负极集流体的负极活性物质、导电剂、粘接剂组成，所述正极片与负极片之间设有陶瓷隔膜，所述外壳内依次为陶瓷隔膜、负极片、陶瓷隔膜、正极片卷绕而成；所述正极活性物质为NCA材料，所述导电剂为CNT材料，所述粘接剂为PVDF材料；所述负极活性物质为SiC材料，所述导电剂为Super P，所述粘接剂为SBR和CMC；所述陶瓷隔膜为PE基膜上涂覆一层Al2O3陶瓷膜；所述外壳内设置有电解液，所述外壳一端为正极端，另一端为负极端，所述正极端为盖帽，所述负极端为钢壳。
本发明以高镍含量的镍钴铝NCA作正极材料，具有比容量高、成本低、原料资源丰富、安全性好和环境友好等优点，理论比容量＞195 mAh/g；硅碳SiC作负极材料，理论比容量＞650 mAh/g，硅-碳复合负极材料中硅作为活性物质提供储锂容量；碳作为分散基体缓冲硅颗粒嵌脱锂时的体积变化，保持电极结构的完整性，并维持电极内部电接触；在正极浆料中添加碳纳米管新型导电剂，碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，其共轭效应显著，结构与石墨的片层结构相同，具有很好的导电性能；负极使用高弹性、粘附力粘结剂；电解液中加入联合添加剂，离子传输效率高，对环境友好，保证了锂电池的高电压与高比能；陶瓷隔膜绝缘性能良好，能提高电池的自身抗干扰能力，同时能够对负极层与正极层进行最为有效的绝缘阻断，不会出现不必要的短路或是击穿现象，提升电池的整体稳定性。
进一步地，所述NCA材料中镍钴铝摩尔比为8：1：1，电池正极片成本降低，锂电池比容量高，同时降低电池质量。
进一步地，采用具有优异导电性能的碳纳米管可以减少导电剂用量，所述正极集流体中导电剂CNT材料的加入量为1%~2%，所述粘接剂的加入量为1%~2%，所述NCA材料的加入量为96%~98%，即可达到良好的导电效果，活性物质占比提高。
进一步地，所述负极集流体中导电剂的加入量为0.2%~0.5%，所述CMC的加入量为1.5%~2%，所述SBR的加入量为1.5%~2%，所述SiC材料的加入量为95.5%~96.8%。
进一步地，所述正极集流体采用厚度为11~12.5 μm的铝箔材料。
进一步地，所述负极集流体采用厚度为5~7 μm的铜箔材料。
进一步地，所述陶瓷隔膜厚度为12~15μm，所述PE基膜厚度为10~13 μm，所述Al2O3陶瓷膜厚度为2~5 μm。
采用相对于传统电池较薄的陶瓷隔膜、铝箔集流体和铜箔集流体，最终增加卷芯长度提高活性物质的含量，从而提高电池容量。
进一步地，所述陶瓷隔膜与正极片、负极片之间的宽度差降至0.8~1.2 mm，同时仍能保证电池隔膜、正、负极之间有效包覆，最终达到极片宽度最大化，提高电池容量。
进一步地，所述锂电池的质量不高于48 g，减轻所应用到设备的重量。
一种高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池的制备方法，包括以下步骤：
1）匀浆：
正极匀浆工艺包括以下步骤：
a、以NMP为溶剂，加入PVDF在行星分散真空搅拌机中搅拌均匀；
b、再依次加入固含量为6~8%的胶液、导电剂CNT、NCA材料，搅拌得到正极原始浆料；
c、加入NMP调整浆料粘度至2000~5000 mPa·s；
负极匀浆工艺包括以下步骤：
a、以去离子水为溶剂，加入CMC在行星分散真空搅拌机中搅拌均匀；
b、再依次加入固含量为1~3%的胶液、导电剂Super P、SiC材料、SBR和去离子水，搅拌得到负极原始浆料；
c、加入去离子水调整浆料粘度至2000~5000 mPa·s。
2）涂布：使用间隙式涂布机将正极浆料涂于厚度为11~12.5 μm 铝箔上，负极浆料涂于厚度为5~7 μm 的铜箔上；
3）碾压：将已涂布并干燥好的极片于辊压机上辊压得到表面光滑的厚度为142-146 μm和145-152 μm 的正负极片；
4）分切：再将已辊压好的极片裁切成大片，并使用分条刀分条，将极片焊上极耳，常温干燥；
5）卷绕：将极片于相对湿度小于2% 的环境下于卷绕机上将厚度为12-15 μm 的陶瓷隔膜、正负极片卷绕成卷芯；
6）入壳、激光焊：经过外观及短路测试合格后，将卷芯与下绝缘片、上绝缘片放入钢壳内，通过逆变直流点焊机将负极极耳与钢壳焊接相连，经过滚槽，测短路，焊上盖帽后，于真空隧道窑中90~95 ℃条件下烘烤12 h；
7）注液、封口：将已烘烤好电芯于湿度≤ 1% 的注液房中，注入电解液，将盖帽折好后，于封口机中封口制成标准电芯；
8）清洗涂油：将电芯清洗干净并涂上防锈油于常温下搁置36-72 h；
9）化成分容：将注液搁置后的电芯于化成分容检测柜上以650~700 mA小电流充电进行化成激活电池，并使用1700 mA 的电流进行分容，以20 mAh一档筛选出容量合格的电池；
10）老化：将筛选合格的电池贴上不干胶面垫、套上PVC 套管，于常温下搁置5~6天，再测试电压内阻，筛选出电压≥ 3.90 V，内阻≤ 60 mΩ 的电池。
本发明通过采用新型正负极活性物质、导电剂和粘结剂制备浆料，优化正负极浆料配比，开发新型正负极匀浆工艺，并且对锂电池制备工艺进行改进，制备得到了容量高达3400 mAh以上、质量不高于48 g的高比容量的18650锂电池。
本发明的有益效果如下：
1、使用的正极材料镍钴铝酸锂具有比容量高、成本低、原料资源丰富、安全性好和环境友好等优点；
2、正负极活性物质分别采用高比容量的新型高镍NCA和硅碳SiC材料，能量密度提升＞20%；
3、采用具有优异导电性能的碳纳米管可以减少导电剂用量，活性物质占比提高；
4、采用相对于传统电池较薄的陶瓷隔膜、铝箔集流体和铜箔集流体厚度，分别降低30％，20％，25％，通过降低极片和隔膜的厚度，最终增加卷芯长度提高活性物质的含量，从而提高电池容量；
5、单体电芯0.2 C放电容量≥3400 mAh，循环性能优良，电芯0.5 C/0.5 C 100%DOD循环400次后容量保持率在85%以上；
6、锂电池的质量小、容量大，在提供高电量的同时减轻了设备的重量，具有十分广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池结构示意图；
图2为为本发明的高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池在0.2 C、0.5 C、1 C放电倍率下的放电曲线图；
图3为本发明的高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池在0.5 C放电倍率下的循环曲线图；
附图标记说明：外壳1，正极片2，负极片3，陶瓷隔膜4，正极端5，负极端6。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的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，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，包括外壳1，外壳1内设有正极片2与负极片3，所述正极片2由正极集流体和设于所述正极集流体的正极活性物质、导电剂、粘接剂组成，所述负极片3由负极集流体和设于所述负极集流体的负极活性物质、导电剂、粘接剂组成，所述正极片2与负极片3之间设有陶瓷隔膜4，所述外壳1内依次为陶瓷隔膜4、负极片3、陶瓷隔膜4、正极片2卷绕而成；所述正极活性物质为NCA材料，所述导电剂为CNT材料，所述粘接剂为PVDF；所述负极活性物质为SiC材料，所述导电剂为Super P，所述粘接剂为SBR和CMC；所述陶瓷隔膜为PE基膜上涂覆一层Al2O3陶瓷膜；所述外壳内设置有电解液，所述外壳1一端为正极端5，另一端为负极端6，所述正极端5为盖帽，所述负极端6为钢壳。本实施例的锂电池质量为35 g。
本实施例以高镍含量的镍钴铝NCA作正极材料，具有比容量高、成本低、原料资源丰富、安全性好和环境友好等优点，理论比容量＞195 mAh/g；硅碳SiC作负极材料，理论比容量＞650 mAh/g，在正极浆料中添加碳纳米管新型导电剂，具有很好的导电性能；陶瓷隔膜绝缘性能良好，能提高电池的自身抗干扰能力，提升电池的整体稳定性；锂电池比容量高，同时降低电池质量。
实施例2：
一种高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，包括外壳1，外壳1内设有正极片2与负极片3，所述正极片2由正极集流体和设于所述正极集流体的正极活性物质、导电剂、粘接剂组成，所述正极集流体采用厚度为11 μm的铝箔材料，所述负极片3由负极集流体和设于所述负极集流体的负极活性物质、导电剂、粘接剂组成，所述负极集流体采用厚度为5 μm的铜箔材料，所述正极片2与负极片3之间设有陶瓷隔膜4，所述陶瓷隔膜4为PE基膜上涂覆一层Al2O3陶瓷膜；所述陶瓷隔膜厚度为12μm，所述PE基膜厚度为10 μm，所述Al2O3陶瓷膜厚度为2 μm，所述外壳1内依次为陶瓷隔膜4、负极片3、陶瓷隔膜4、正极片2卷绕而成；所述正极活性物质为高镍含量高比容量的NCA材料，所述镍钴铝酸锂材料中镍钴铝摩尔比为8：1：1，所述导电剂为CNT材料，所述粘接剂为PVDF，导电剂CNT材料的加入量为1%，所述粘接剂的加入量为1%，所述NCA材料的加入量为98%，采用具有优异导电性能的碳纳米管可以减少导电剂用量，活性物质占比提高；所述负极活性物质为高比容量的SiC材料，所述导电剂为SuperP，所述粘接剂为SBR和CMC，导电剂的加入量为0.2%，所述CMC的加入量为1.5%，所述SBR的加入量为1.5%，所述SiC材料的加入量为96.8%；所述外壳内设置有电解液，所述外壳1一端为正极端5，另一端为负极端6，所述正极端5为盖帽，所述负极端6为钢壳。本实施例的锂电池质量为37 g。
本实施例以高镍含量的镍钴铝NCA作正极材料，硅碳SiC作负极材料，在正极浆料中添加碳纳米管新型导电剂，具有很好的导电性能，可以减少导电剂用量；陶瓷隔膜绝缘性能良好，能提高电池的自身抗干扰能力，提升电池的整体稳定性；电解液的组成适宜，离子传输效率高；锂电池比容量高，同时降低电池质量。采用相对于传统电池较薄的陶瓷隔膜、铝箔集流体和铜箔集流体，最终增加卷芯长度提高活性物质的含量，从而提高电池容量。
实施例3：
一种高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，包括外壳1，外壳1内设有正极片2与负极片3，所述正极片2由正极集流体和设于所述正极集流体的正极活性物质、导电剂、粘接剂组成，所述正极集流体采用厚度为12.5 μm的铝箔材料，所述负极片3由负极集流体和设于所述负极集流体的负极活性物质、导电剂、粘接剂组成，所述负极集流体采用厚度为7 μm的铜箔材料，所述正极片2与负极片3之间设有陶瓷隔膜4，所述陶瓷隔膜4为PE基膜上涂覆一层Al2O3陶瓷膜；所述陶瓷隔膜厚度为15 μm，所述PE基膜厚度为11 μm，所述Al2O3陶瓷膜厚度为4 μm，所述外壳1内依次为陶瓷隔膜4、负极片3、陶瓷隔膜4、正极片2卷绕而成，所述陶瓷隔膜与正极片、负极片之间的宽度差为0.8 mm；所述正极活性物质为高镍含量高比容量的NCA材料，所述镍钴铝酸锂材料中镍钴铝摩尔比为8：1：1，所述导电剂为CNT材料，所述粘接剂为PVDF材料，导电剂CNT材料的加入量为2%，所述粘接剂的加入量为2%，所述NCA材料的加入量为96%，采用具有优异导电性能的碳纳米管可以减少导电剂用量，活性物质占比提高；所述负极活性物质为高比容量的SiC材料，所述导电剂为Super P，所述粘接剂为SBR和CMC，导电剂的加入量为0.5%，所述CMC的加入量为1.8%，所述SBR的加入量为2%，所述SiC材料的加入量为95.7%；所述外壳内设置有电解液，所述电解液为EC、PC、DEC的LiPF6浓度为1.02mol/L的溶液，其中EC、PC、DEC的体积比为1:1:1；所述外壳1一端为正极端5，另一端为负极端6，所述正极端5为盖帽，所述负极端6为钢壳。本实施例的锂电池质量为48 g。
本实施例以高镍含量的镍钴铝NCA作正极材料，硅碳SiC作负极材料，在正极浆料中添加碳纳米管新型导电剂，具有很好的导电性能，可以减少导电剂用量；陶瓷隔膜绝缘性能良好，能提高电池的自身抗干扰能力，提升电池的整体稳定性；电解液的组成适宜，离子传输效率高；锂电池比容量高，同时降低电池质量。采用相对于传统电池较薄的陶瓷隔膜、铝箔集流体和铜箔集流体，最终增加卷芯长度提高活性物质的含量，从而提高电池容量。所述陶瓷隔膜与正极片、负极片之间的宽度差降至0.8 mm，同时仍能保证电池隔膜、正、负极之间有效包覆，最终达到极片宽度最大化，提高电池容量。
实施例4：
一种高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，包括外壳1，外壳1内设有正极片2与负极片3，所述正极片2由正极集流体和设于所述正极集流体的正极活性物质、导电剂、粘接剂组成，所述正极集流体采用厚度为11.5 μm的铝箔材料，所述负极片3由负极集流体和设于所述负极集流体的负极活性物质、导电剂、粘接剂组成，所述负极集流体采用厚度为5.5 μm的铜箔材料，所述正极片2与负极片3之间设有陶瓷隔膜4，所述陶瓷隔膜4为PE基膜上涂覆一层Al2O3陶瓷膜；所述陶瓷隔膜厚度为13 μm，所述PE基膜厚度为10 μm，所述Al2O3陶瓷膜厚度为3 μm，所述外壳1内依次为陶瓷隔膜4、负极片3、陶瓷隔膜4、正极片2卷绕而成，所述陶瓷隔膜与正极片、负极片之间的宽度差为1.2 mm；所述正极活性物质为高镍含量高比容量的NCA材料，所述镍钴铝酸锂材料中镍钴铝摩尔比为8：1：1，所述导电剂为CNT材料，所述粘接剂为PVDF材料，导电剂CNT材料的加入量为1.7%，所述粘接剂的加入量为1.2%，所述NCA材料的加入量为97.1%，采用具有优异导电性能的碳纳米管可以减少导电剂用量，活性物质占比提高；所述负极活性物质为高比容量的SiC材料，所述导电剂为Super P，所述粘接剂为SBR和CMC，导电剂的加入量为0.3%，所述CMC的加入量为2%，所述SBR的加入量为1.5%，所述SiC材料的加入量为96.2%；所述外壳内设置有电解液，所述电解液为EC、PC、DEC的LiPF6浓度为1.15 mol/L的溶液，其中EC、PC、DEC的体积比为1:1:0.8；所述外壳1一端为正极端5，另一端为负极端6，所述正极端5为盖帽，所述负极端6为钢壳。本实施例的锂电池质量为40 g。
本实施例以高镍含量的镍钴铝NCA作正极材料，硅碳SiC作负极材料，在正极浆料中添加碳纳米管新型导电剂，具有很好的导电性能，可以减少导电剂用量；陶瓷隔膜绝缘性能良好，能提高电池的自身抗干扰能力，提升电池的整体稳定性；电解液的组成适宜，离子传输效率高；锂电池比容量高，同时降低电池质量。采用相对于传统电池较薄的陶瓷隔膜、铝箔集流体和铜箔集流体，最终增加卷芯长度提高活性物质的含量，从而提高电池容量。降低了陶瓷隔膜与正极片、负极片之间的宽度差，同时仍能保证电池隔膜、正、负极之间有效包覆，最终达到极片宽度最大化，提高电池容量。
实施例5：
一种高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，包括外壳1，外壳1内设有正极片2与负极片3，所述正极片2由正极集流体和设于所述正极集流体的正极活性物质、导电剂、粘接剂组成，所述正极集流体采用厚度为12 μm的铝箔材料，所述负极片3由负极集流体和设于所述负极集流体的负极活性物质、导电剂、粘接剂组成，所述负极集流体采用厚度为6.5 μm的铜箔材料，所述正极片2与负极片3之间设有陶瓷隔膜4，所述陶瓷隔膜4为PE基膜上涂覆一层Al2O3陶瓷膜；所述陶瓷隔膜厚度为14 μm，所述PE基膜厚度为12 μm，所述Al2O3陶瓷膜厚度为2 μm，所述外壳1内依次为陶瓷隔膜4、负极片3、陶瓷隔膜4、正极片2卷绕而成，所述陶瓷隔膜与正极片、负极片之间的宽度差为1.0 mm；所述正极活性物质为高镍含量高比容量的NCA材料，所述镍钴铝酸锂材料中镍钴铝摩尔比为8：1：1，比容量195 mAh/g，所述导电剂为CNT材料，所述粘接剂为PVDF材料，导电剂CNT材料的加入量为1.5%，所述粘接剂的加入量为1.5%，所述NCA材料的加入量为97%，采用具有优异导电性能的碳纳米管可以减少导电剂用量，活性物质占比提高；所述负极活性物质为高比容量的SiC材料，比容量650 mAh/g，所述导电剂为Super P，所述粘接剂为SBR和CMC，导电剂的加入量为0.5%，所述CMC的加入量为1.5%，所述SBR的加入量为1.8%，所述SiC材料的加入量为96.2%；所述外壳内设置有电解液，所述电解液为EC、PC、DEC的LiPF6浓度为1.2 mol/L的溶液，其中EC、PC、DEC的体积比为1:0.8:1.2；所述外壳1一端为正极端5，另一端为负极端6，所述正极端5为盖帽，所述负极端6为钢壳。本实施例的锂电池质量为42 g。
实施例6：
本发明的高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池的制备方法，包括以下步骤：
1）匀浆：
正极匀浆工艺包括以下步骤：
a、以NMP为溶剂，加入PVDF在行星分散真空搅拌机中搅拌均匀；
b、再依次加入固含量为6~8%的胶液、导电剂CNT、NCA材料，搅拌得到正极原始浆料；
c、加入NMP调整浆料粘度至2000~5000 mPa·s；
负极匀浆工艺包括以下步骤：
a、以去离子水为溶剂，加入CMC在行星分散真空搅拌机中搅拌均匀；
b、再依次加入固含量为1~3%的胶液、导电剂Super P、SiC材料、SBR和去离子水，搅拌得到负极原始浆料；
c、加入去离子水调整浆料粘度至2000~5000 mPa·s。
2）涂布：使用间隙式涂布机将正极浆料涂于厚度为11~12.5 μm 铝箔上，负极浆料涂于厚度为5~7 μm 的铜箔上；
3）碾压：将已涂布并干燥好的极片于辊压机上辊压得到表面光滑的厚度为142-146 μm和145-152 μm 的正负极片；
4）分切：再将已辊压好的极片裁切成大片，并使用分条刀分条，将极片焊上极耳，常温干燥；
5）卷绕：将极片于相对湿度小于2% 的环境下于卷绕机上将厚度为12-15 μm 的陶瓷隔膜、正负极片卷绕成卷芯；
6）入壳、激光焊：经过外观及短路测试合格后，将卷芯与下绝缘片、上绝缘片放入钢壳内，通过逆变直流点焊机将负极极耳与钢壳焊接相连，经过滚槽，测短路，焊上盖帽后，于真空隧道窑中90~95 ℃条件下烘烤12 h；
7）注液、封口：将已烘烤好电芯于湿度≤ 1% 的注液房中，注入电解液，将盖帽折好后，于封口机中封口制成标准电芯；
8）清洗涂油：将电芯清洗干净并涂上防锈油于常温下搁置48-60 h；
9）化成分容：将注液搁置后的电芯于化成分容检测柜上以680 mA小电流充电进行化成激活电池，并使用1700 mA 的电流进行分容，以20 mAh一档筛选出容量合格的电池；
10）老化：将筛选合格的电池贴上不干胶面垫、套上PVC 套管，于室温下搁置5~6天，再测试电压内阻，筛选出电压≥ 3.90 V，内阻≤ 60 mΩ 的电池。
11）倍率性能测试：电芯进行0.2 C充电至4.2 V，分别采用0.2 C、0.5 C、1 C放电至2.75 V，查看其相对于0.2 C时的放电容量保持率，如图2所示，本发明制备的18650锂电池放电容量≥3400 mAh；
12）循环性能测试：使用0.5 C充电至4.2 V，分别用0.5 C 放电至2.75 V，以此充放电方式循环400周，对比其循环400周后的容量与首次放电容量，如图3所示，其容量保持率在85%以上。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，其特征在于，包括外壳，外壳内设有正极片与负极片，所述正极片由正极集流体和设于所述正极集流体的正极活性物质、导电剂、粘接剂组成，所述负极片由负极集流体和设于所述负极集流体的负极活性物质、导电剂、粘接剂组成，所述正极片与负极片之间设有陶瓷隔膜，所述外壳内依次为陶瓷隔膜、负极片、陶瓷隔膜、正极片卷绕而成；所述正极活性物质为NCA材料，所述导电剂为CNT材料，所述粘接剂为PVDF材料；所述负极活性物质为SiC材料，所述导电剂为Super P，所述粘接剂为SBR和CMC；所述陶瓷隔膜为PE基膜上涂覆一层Al2O3陶瓷膜；所述外壳内设置有电解液；所述外壳一端为正极端，另一端为负极端，所述正极端为盖帽，所述负极端为钢壳。
2.根据权利要求1所述的高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，其特征在于，所述NCA材料中镍钴铝摩尔比为8：1：1。
3.根据权利要求2所述的高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，其特征在于，所述正极集流体中导电剂CNT材料的加入量为1%~2%，所述粘接剂的加入量为1%~2%，所述NCA材料的加入量为96%~98%。
4.根据权利要求3所述的高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，其特征在于，所述负极集流体中导电剂的加入量为0.2%~0.5%，所述CMC的加入量为1.5%~2%，所述SBR的加入量为1.5%~2%，所述SiC材料的加入量为95.5%~96.8%。
5.根据权利要求4所述的高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，其特征在于，所述正极集流体采用厚度为11~12.5 μm的铝箔材料。
6.根据权利要求5所述的高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，其特征在于，所述负极集流体采用厚度为5~7 μm的铜箔材料。
7.根据权利要求6所述的高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，其特征在于，所述陶瓷隔膜厚度为12~15 μm，所述PE基膜厚度为10~13 μm，所述Al2O3陶瓷膜厚度为2~5 μm。
8.根据权利要求7所述的高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，其特征在于，所述陶瓷隔膜与正极片、负极片之间的宽度差为0.8~1.2 mm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池，其特征在于，所述锂电池的质量不高于48 g。
10.一种高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）匀浆：
正极匀浆工艺包括以下步骤：
a、以NMP为溶剂，加入PVDF在行星分散真空搅拌机中搅拌均匀；
b、再依次加入固含量为6~8%的胶液、导电剂CNT、NCA材料，搅拌得到正极原始浆料；
c、加入NMP调整浆料粘度至2000~5000 mPa·s；
负极匀浆工艺包括以下步骤：
a、以去离子水为溶剂，加入CMC在行星分散真空搅拌机中搅拌均匀；
b、再依次加入固含量为1~3%的胶液、导电剂Super P、SiC材料、SBR和去离子水，搅拌得到负极原始浆料；
c、加入去离子水调整浆料粘度至2000~5000 mPa·s；
2）涂布：使用间隙式涂布机将正极浆料涂于厚度为11~12.5 μm 铝箔上，负极浆料涂于厚度为5~7 μm 的铜箔上；
3）碾压：将已涂布并干燥好的极片于辊压机上辊压得到表面光滑的厚度为142-146 μm和145-152 μm 的正负极片；
4）分切：再将已辊压好的极片裁切成大片，并使用分条刀分条，将极片焊上极耳，常温干燥；
5）卷绕：将极片于相对湿度小于2% 的环境下于卷绕机上将厚度为12-15 μm 的陶瓷隔膜、正负极片卷绕成卷芯；
6）入壳、激光焊：经过外观及短路测试合格后，将卷芯与下绝缘片、上绝缘片放入钢壳内，通过逆变直流点焊机将负极极耳与钢壳焊接相连，经过滚槽，测短路，焊上盖帽后，于真空隧道窑中90~95 ℃条件下烘烤12 h；
7）注液、封口：将已烘烤好电芯于湿度≤ 1% 的注液房中，注入电解液，将盖帽折好后，于封口机中封口制成标准电芯；
8）清洗涂油：将电芯清洗干净并涂上防锈油于常温下搁置36-72 h；
9）化成分容：将注液搁置后的电芯于化成分容检测柜上以小电流充电进行化成激活电池，并使用1700 mA 的电流进行分容，以20 mAh一档筛选出容量合格的电池；
10）老化：将筛选合格的电池贴上不干胶面垫、套上PVC 套管，于常温下搁置7天，再测试电压内阻，筛选出电压≥ 3.90 V，内阻≤ 60 mΩ 的电池。
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