CN110061188A - 正极极片、负极极片及高倍率快充锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种用于高倍率快充锂离子电池的正极极片、负极极片及高倍率快充锂离子电池。正(负)极极片，其特征在于，所述正(负)极极片包括：正(负)极集流体，所述正(负)极集流体具有相对的两个表面；正(负)极活性物质涂层，所述正(负)极活性物质涂层涂布在所述正(负)极集流体的至少一个表面上；离子传导涂层，所述离子传导涂层涂布在所述正(负)极活性物质涂层上。包含本申请的正极极片、负极极片的高倍率快充锂离子电池内阻低，充放电温升小，首次充放电效率高，循环性能和安全性能好。

Description

正极极片、负极极片及高倍率快充锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池，特别是高倍率快充锂离子电池的正极极片、负极极片及相应的锂离子电池。
背景技术
目前，高倍率锂离子电池受到广泛研究与应用，其特性是可大电流放电或者可进行快速充电，因此广泛应用于动力电池等领域。
在锂离子电池中，电极极片上的活性材料涂层与电解液直接接触，电池在首次充放电过程中，在负极活性材料涂层与电解液的固液相界面上会形成一层厚度约为100～120nm的钝化层，即固体电解质界面膜(solid electrolyte interface)，简称SEI膜。这层SEI膜能够避免电解液与负极直接接触，减少电解液的分解，同时也能够避免锂离子与溶剂分子共嵌入，引起石墨负极的膨胀，导致容量衰降。因此SEI膜的厚度、致密度以及稳定性对电池的性能，尤其是循环性能有着非常重要的影响。
此外，锂离子电池的正极极片与负极极片之间的隔膜主要是由聚丙烯、聚乙烯或它们的共聚物制成的微孔膜制成，在高温下易收缩，有可能导致正、负极片直接接触而形成内部短路；同时，在快速充电时，若锂离子不能快速嵌入到负极中，也会引发析锂，严重析锂会导致形成锂枝晶，可能刺穿聚合物微孔隔膜，造成内部短路。电池内短路会导致电池异常发热，造成安全问题。
负极析锂还消耗电池中的锂离子，使得电池容量迅速衰减，电池的循环性能劣化。
特别当锂离子电池在快速充电或高倍率放电时，由于充放电电流大，电池的内阻所导致产生的热量也会增大，并且内阻越高则产生的热量越大，若发热量过大且没有有效散热则很可能使电池温度过高，可能导致热失控而出现燃烧甚至爆炸等更为严重的安全问题。
因此，仍存在提供更安全且具有良好循环特性的高倍率锂离子电池的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于高倍率快充锂离子电池的正极极片、负极极片及包含所述正、负极极片的高倍率快充锂离子电池。该正、负极极片及包含该正、负极极片的高倍率快充锂离子电池能够减少极片上的活性物质涂层与电解液的直接接触面积，提高锂离子在活性物质涂层中的扩散迁移速度，降低电池内阻，使电池在大电流充放电时发热量少，温升小，循环性能好，使用寿命长。
为达到上述目的，本发明一方面提供了一种正极极片，包括：
一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括：
正极集流体，所述正极集流体具有相对的两个表面；
正极活性物质涂层，所述正极活性物质涂层涂布在所述正极集流体的至少一个表面上；
离子传导涂层，所述离子传导涂层涂布在所述正极活性物质涂层上。
根据一个实施方式，所述正极集流体由铝/碳复合材料形成，具体地，所述铝/碳复合材料为多孔或无孔的铝/碳复合箔材。
根据一个实施方式，以所述正极活性物质涂层的重量计，所述正极活性物质涂层包括0.05～8wt％，优选为0.1～5wt％的第一离子传导剂。
根据一个实施方式，所述离子传导涂层由第二离子传导剂和粘结剂组成。
根据一个实施方式，以所述离子传导涂层的质量计，所述离子传导涂层包括80～98wt％，优选85～96wt％的第二离子传导剂。
其中，所述第一和第二离子传导剂分别选自由磺化石墨烯锂盐、聚苯乙烯磺酸锂、樟脑磺酸锂、对甲基苯磺酸锂、萘磺酸锂、蒽醌磺酸锂组成的组中的至少一种，优选选自由磺化石墨烯锂盐、聚苯乙烯磺酸锂和萘磺酸锂组成的组中的至少一种。
根据一个实施方式，所述离子传导涂层的厚度为5～2500nm，优选为10～2000nm。
本发明二方面提供了一种负极极片，包括：
负极集流体，所述负极集流体具有相对的两个表面；
负极活性物质涂层，所述负极活性物质涂层涂布在负极集流体的至少一个表面上；
离子传导涂层，所述离子传导涂层涂布在负极活性物质涂层上。
根据一个实施方式，所述负极集流体由铜/碳复合材料形成。具体地，所述铜/碳复合材料为多孔或无孔的铜/碳复合箔材。
根据一个实施方式，以所述负极活性物质涂层的重量计，所述负极活性物质涂层中包括的0.05～8wt％，优选为0.1～5wt％的第三离子传导剂。
根据一个实施方式，所述离子传导涂层由第四离子传导剂和粘结剂组成。
根据一个实施方式，以所述离子传导涂层的质量计，所述离子传导涂层包括80～98wt％，优选85～96wt％的第四离子传导剂。
其中，所述第三和第四离子传导剂分别选自由磺化石墨烯锂盐、聚苯乙烯磺酸锂、樟脑磺酸锂、对甲基苯磺酸锂、萘磺酸锂、蒽醌磺酸锂组成的组中的至少一种，优选选自由磺化石墨烯锂盐、聚苯乙烯磺酸锂和萘磺酸锂组成的组中的至少一种。
根据一个实施方式，所述离子传导涂层的厚度为5～2500nm，优选为10～2000nm。
本发明的第三方面还提供了一种包括本发明第一方面的正极极片和本发明第二方面的负极极片的高倍率快充锂离子电池。
本发明的正极极片、负极极片及由此制备的高倍率快充锂离子电池具有以下有益效果：
在活性物质涂层之上涂布一层离子传导涂层，一方面这层离子传导涂层对锂离子具有良好的传导能力，又能对电子绝缘，使电池在高倍率充放电中的循环寿命和安全性得到改善；另一方面可以减少活性物质与电解液的直接接触面积，提高锂离子电池的首次充放电效率。
此外，在正、负极活性物质涂层中进一步添加适量的离子传导剂，可进一步降低内阻，减少电池在充放电时的温升，提高电池的安全性能。
进一步地，当采用的铝/碳复合箔和铜/碳复合箔分别作为正、负极极片的集流体时，还可进一步降低活性物质涂层与集流体界面处的接触电阻，从而显著减少电池在充放电时的温升，提高电池的安全性能。
附图说明
图1为根据本发明一个实施方式的正极极片结构示意图；
图2为根据本发明另一实施方式的正极极片结构示意图；
图3为根据本发明一个实施方式的负极极片结构示意图；
图4为根据本发明另一实施方式的负极极片结构示意图。
附图标记：
101：正极集流体
102a/102b：正极活性物质涂层
103a/103b：正极极片表面离子传导涂层
201：负极集流体
202a/202b：负极活性物质涂层
203a/203b：负极极片表面离子传导涂层
具体实施方式
为了详细阐述本发明，下面将通过本发明的具体实施方式并结合附图予以说明。应当理解的是，以下具体实施方式仅用于说明本发明，而并不构成对本发明范围的限制。
本发明的第一方面提供了一种正极极片，该正极极片包括：正极集流体，所述正极集流体具有相对的两个表面；正极活性物质涂层，所述正极活性物质涂层涂布在所述正极集流体的至少一个表面上；离子传导涂层，所述离子传导涂层涂布在所述正极活性物质涂层上。
根据一种实施方式，如附图1所示，正极极片包括集流体101、涂布在所述集流体101一个表面上的正极活性物质涂层102a和离子传导涂层103a。
通常，正极活性物质涂层中含有正极活性物质、电子导电剂、粘结剂，但不限于此。
本领域技术人员应该理解，正极活性物质为能够储存电量的物质。本发明对正极活性物质没有特别限制，例如镍钴锰酸锂、钴酸锂、磷酸亚铁锂、锰酸锂等均可用于本发明，但不限于此。
电子导电剂可以为导电炭黑SP、导电石墨KS-6、气相生长碳纤维VGCF、纳米碳管CNTs、石墨烯等，但不限于此。
粘结剂可以为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTEE)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯晴(PAN)丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)、海藻酸钠(ALG)、壳聚糖(CTS)等中的一种或两种以上的混合物，但不限于此。
正极活性物质、电子导电剂、粘结剂等正极活性物质涂层中各常规组分的含量，本领域技术人员可根据实际需要确定，本发明并没有特别限制。
本发明的正极活性物质涂层中还包含以所述正极活性物质涂层的重量计，0.05～8wt％，优选0.1～5wt％的第一离子传导剂。
根据本发明，所述离子传导剂选自由磺化石墨烯锂盐、聚苯乙烯磺酸锂、樟脑磺酸锂、对甲基苯磺酸锂、萘磺酸锂、蒽醌磺酸锂组成的组中的至少一种，优选选自由磺化石墨烯锂盐、聚苯乙烯磺酸锂和萘磺酸锂组成的组中的至少一种。
其中，磺化石墨烯锂盐可采用常规产品，诸如市售离子传导剂GTCS-1000/2000/3000(苏州高通新材料科技有限公司)等。
聚苯乙烯磺酸锂可以商购，也可以由聚苯乙烯磺酸和氧化锂或氢氧化锂反应制备，其中磺酸根和锂元素的摩尔比为1:1～4:1。
类似地，樟脑磺酸锂、对甲基苯磺酸锂、萘磺酸锂、蒽醌磺酸锂也可以商购，或由本领域熟知的方法制备。
这些离子传导剂以上述含量单独或组合使用。由于离子传导剂对锂离子的传导能力甚至比电解液更好，因此，在正极活性物质中加入上述含量的离子传导剂可以加快锂离子在活性物质涂层中的迁移运动速度，从而降低内阻，减少电池在充放电时的温升。另一方面可以减少活性物质涂层内部的活性物质与电解液的接触界面，减少内部界面上活性物质和电解液之间的反应，有利于提高电池首次充放电效率，减缓容量衰减速度，改善循环性能，提高使用寿命。
正极活性物质涂层上涂覆的离子传导涂层103a的厚度可为5～2500nm，优选为10～2000nm。
其中，所述离子传导涂层103a由第二离子传导剂和粘结剂组成。其中，以所述离子传导涂层的质量计，离子传导涂层包括80～98wt％，优选85～96wt％的第二离子传导剂。
第二离子传导剂与上述第一离子传导剂的定义相同。特别说明的是，下文中所述第三、第四离子传导剂同样如上所定义。
在本发明中，可采用相同的第一和第二离子传导剂，也可采用不同的第一和第二离子传导剂。
粘结剂可以为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTEE)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯晴(PAN)丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)、海藻酸钠(ALG)、壳聚糖(CTS)等中的一种或两种以上的混合物，但不限于此。粘结剂用于使离子传导剂能够形成具有一定机械强度的涂层，并增加其与正极活性物质涂层之间的结合。
本发明的正极极片的所述离子传导涂层对锂离子具有良好的传导能力，又能对电子绝缘。因此，一方面，具有该涂层的正极极片在充放电过程中，锂离子的扩散迁移运动不受影响，因而充放电时电极极化小，微短路几率非常小。另一方面该涂层可以减少正极活性物质与电解液的直接接触面积，从而减少活性物质与电解液之间的反应，减少在活性物质涂层上面形成SEI膜所消耗锂离子的量，可提高锂离子电池的首次充放电效率。
本发明中的正极集流体可以是任何常规的集流体。优选地，正极集流体由铝/碳复合材料形成。
进一步地，所述铝/碳复合材料为多孔的铝/碳复合箔材。该多孔铝/碳复合箔材的孔隙率可以为0～50％，本领域技术人员可以根据需要确定多孔铝/碳复合箔材的合适的孔隙率。
根据另一实施方式，铝/碳复合集流体为无孔的铝/碳复合箔材。
正极集流体采用的多孔或无孔铝/碳复合箔可以商购，如宇东箔材科技南通有限公司的铝/碳复合箔20CP01，也可根据专利CN201110309347.0或CN201310708739.3制备。
采用的铝/碳复合箔作正极集流体，由于碳层与基体铝箔存在冶金结合或化学键结合，结合力强，界面接触电阻低。此外碳层表面存在的孔隙有利于增大其与正极活性物质涂层的接触面积及粘附强度，可进一步降低活性物质涂层与集流体界面处的接触电阻，从而显著减少电池在充放电时的温升，提高电池的安全性能。
附图2，其中示出了本发明的又一种实施方式。
其中，本发明的正极极片两侧均涂布有正极活性物质涂层102a、102b，以及离子传导涂层103a、103b。
该实施方式中的正极活性物质涂层102a、102b，以及离子传导涂层103a，103b均如上定义，在此不再赘述。
本发明第二方面供了一种负极极片，该负极极片包括：负极集流体，所述负极集流体具有相对的两个表面；负极活性物质涂层，所述负极活性物质涂层涂布在负极集流体的至少一个表面上；离子传导涂层，所述离子传导涂层涂布在负极活性物质涂层上。
根据一种实施方式，如附图3所示，负极极片包括集流体201、涂布在所述负极集流体201一个表面上的负极活性物质涂层202a和离子传导涂层203a。
通常，负极活性物质涂层中含有负极活性物质、电子导电剂、粘结剂和离子传导剂，但不限于此。
本领域技术人员应该理解，负极活性物质为能够储存电量的物质，本发明对负极活性物质没有特别限制，例如天然石墨负极、人造石墨负极、中间相碳微球(MCMB)、软炭(如焦炭)负极、硬炭负极、碳纳米管、石墨烯、碳纤维等；其他非碳负极材料如硅基及其复合材料、氮化物负极、锡基材料、钛酸锂、合金材料等均可用于本发明，但不限于此。
本领域技术人员应该理解，电子导电剂包括导电炭黑SP、导电石墨KS-6、气相生长碳纤维VGCF、纳米碳管CNTs、石墨烯等，但不限于此。
粘结剂包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTEE)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯晴(PAN)丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)、海藻酸钠(ALG)、壳聚糖(CTS)等中的一种或两种以上的混合物，但不限于此。
负极活性物质、电子导电剂、粘结剂等负极活性物质涂层中各常规组分的含量，本领域技术人员可根据实际需要确定，本发明并没有特别限制。
与正极极片类似地，本发明的负极活性物质涂层中还包含以所述负极活性物质涂层的重量计，0.05～8wt％，优选0.1～5wt％的第三离子传导剂。
具体采用的第三离子传导剂如上对第一离子传导剂的定义。同样的，所述第三离子传导剂可与第一和/或第二离子传导剂的种类相同，也可不同。
这些离子传导剂以类似的含量单独或组合使用。
基于同样的原理，负极活性物质涂层中的离子传导剂同样可以加快锂离子在活性物质涂层中的迁移运动速度，从而降低内阻，减少电池在充放电时的温升，提高电池首次充放电效率，减缓容量衰减速度，改善循环性能，提高使用寿命。
负极活性物质涂层上涂覆的离子传导涂层203a的厚度为5～2500nm，优选为10～2000nm。
其中，所述离子传导涂层203a由第四离子传导剂和粘结剂组成。
具体采用的第四离子传导剂如上对第一离子传导剂的定义。
在本发明中，可采用相同的第三和第四离子传导剂，也可采用不同的第三和第四离子传导剂。
粘结剂可以为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTEE)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯晴(PAN)丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)、海藻酸钠(ALG)、壳聚糖(CTS)等中的一种或两种以上的混合物，但不限于此。粘结剂用于使离子传导剂能够形成具有一定机械强度的涂层，并增加其与负极活性物质涂层之间的结合。
与正极极片情况类似，负极极片的离子传导涂层同样对锂离子具有良好的传导能力，又能对电子绝缘。因此，一方面，具有该涂层的负极极片在充放电过程中，锂离子的扩散迁移运动不受影响，因而充放电时电极极化小，充电时锂离子也不容易在负极极片表面获得电子，负极析锂的几率大大降低，微短路几率非常小。因此，本发明的离子传导涂层使电池反复充放电过程中容量衰减少，形成锂枝晶的可能性被大大降低，从而使电池在高倍率充放电中的循环寿命和安全性得到改善。另一方面该涂层可以减少负极活性物质与电解液的直接接触面积，从而减少活性物质与电解液之间的反应，减少在活性物质涂层上面形成SEI膜所消耗锂离子的量，可提高锂离子电池的首次充放电效率。
本发明中的负极集流体可以是任何常规的集流体。优选地，负极集流体由铜/碳复合材料形成。
进一步地，所述铜/碳复合材料为多孔的铜/碳复合箔材。该多孔铜/碳复合箔材的孔隙率可以为0～50％，本领域技术人员可以根据需要确定多孔铜/碳复合箔材的合适的孔隙率。
根据另一实施方式，铜/碳复合集流体为无孔的铜/碳复合箔材。
所述多孔或无孔铜/碳复合集流体可以按如下两种方法之一制备：
制备方法一：
在铜箔表面沉积过渡层；
在过渡层表面涂覆碳浆料；
对涂覆碳浆料后的所述铜箔进行热处理，以在所述过渡层的表面形成导电碳层；在所述热处理过程中，所述过渡层中的至少部分化学元素向所述铜箔中扩散并固溶，所述的至少部分化学元素与所述导电碳层中的碳元素反应生成碳化物。
其中，所述过渡层中至少部分化学元素为下列元素中的一种或多种：Zr、Al、Ti、Cr、Ta、Nb、Ni、Si、Mn、Fe；和/或，所述过渡层的厚度为2nm～1000nm。
其中，所述导电碳层的厚度为10nm～2500nm。
其中，所述制造方法包括：将导电碳粉和有机树脂分散于有机溶剂中而形成所述碳浆料。
其中，所述导电碳粉包括下述中的一种或多种：石墨烯、炭黑、石墨粉、碳纤维、活性炭、碳纳米管、碳纳米角以及中间相碳微球。
其中，所述有机树脂包括下述中的一种或多种：氯乙烯醋酸乙烯共聚合成的树脂、聚乙烯吡咯烷酮、尿素树脂、氨甲酸乙酯树脂、环氧树脂、呋喃树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰胺树脂、聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯树脂、蔗糖、丙烯酸树脂、烯酯树脂、氯乙烯共聚树脂、沥青、氯乙烯共聚树脂、丙烯晴树脂、醋酸乙烯酯。
其中，所述导电碳粉和所述有机树脂的总质量占所述碳浆料的质量百分比为35～70％；和/或，在所述有机树脂和所述导电碳粉的总质量中，所述导电碳粉的质量百分比为60～95％。
进一步地，所述有机溶剂包括下述中的一种或多种：丙二醇甲醚、碳酸丙烯脂、碳酸乙烯脂、碳酸二甲脂、碳酸二丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙异丙酯、碳酸甲丁酯、碳酸二丁酯、碳酸乙丁酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮。
其中，所述的热处理为：将所述铜箔置于400℃～850℃的还原性气氛或惰性气氛下处理0.5～48小时。
制备方法二：
在铜箔表面涂覆溶胶，所述溶胶中含有既能与所述铜箔固溶又能与碳元素反应生成碳化物的化学元素；
干燥处理，所述溶胶干燥后形成为附着于所述铜箔表面的过渡层；
气相沉积导电碳层：使碳源气体在所述过渡层表面热解沉积形成导电碳层，在气相沉积过程中，所述过渡层中的至少部分化学元素向所述铜箔中扩散、固溶，且所述过渡层中的至少部分化学元素与所述导电碳层中的碳元素反应生成碳化物。
其中，所述溶胶中包括下列化学元素中的一种或多种：Zr、Al、Ti、Cr、Ta、Nb、Ni、Si、Mn、Fe；和/或，所述过渡层的厚度为2nm～1000nm。
其中，所述制造方法包括：将所述化学元素的硝酸盐、硫酸盐、氯化物、氟化物、醇盐或金属有机化物中的一种或多种分散在有机溶剂中形成所述溶胶。
其中，所述混合物中，有机溶剂的质量占比为30％～80％。
其中，所述有机溶剂包括下述中的一种或多种：乙醇、乙二醇、异丙醇、正丁醇、柠檬酸、醋酸、丙二醇甲醚、碳酸丙烯脂、碳酸乙烯脂、碳酸二甲脂、碳酸二丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙异丙酯、碳酸甲丁酯、碳酸二丁酯、碳酸乙丁酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮。
其中，在形成所述溶胶的过程中，以100r/min～300r/min的搅拌速度搅拌，搅拌时间为20min～120min，所述混合物的温度为40℃～95℃。
其中，所述的干燥处理，包括：60℃～120℃温度条件下鼓风干燥10～60min。
其中，所述碳源气体包括下述中的一种或多种：CH4、C2H4、C2H6、C3H8、C4H10、C4H8、C3H6、C6H6、CH3OH、C2H5OH、C3HOH或CO。
其中，所述的气相沉积导电碳层，包括：在非氧化性气氛下以10℃～30℃/min的速度升温至500℃～1000℃；输入碳源气体气相沉积所述导电碳层，沉积时间为0.5h～20h。
其中，所述导电碳层的厚度为10nm～2500nm。
使用以上两种制备方法制得的负极复合箔材，在铜箔与过渡层之间的界面处形成扩散结合界面，过渡层和导电碳层之间的界面处形成化学键结合界面，结合强度高，导电碳层中的碳通过过渡层能够牢牢地“锚”在铜箔表面，由此可有效提高导电碳层与铜箔之间的结合强度、降低界面接触内阻；再者，热处理后或气相沉积形成的导电碳层，表面粗糙多孔，能够增大负极活性材料层与导电碳层之间的粘接面积、提升粘接强度、降低界面接触电阻，使得电池的内阻进一步降低，改善动力电池的性能。
由于碳层与基体铜箔存在冶金结合或化学键结合，结合力强，界面接触电阻低。此外碳层表面存在的孔隙有利于增大其与负极活性物质涂层的接触面积及粘附强度，可进一步降低活性物质涂层与集流体界面处的接触电阻，从而显著减少电池在充放电时的温升，提高电池的安全性能。
附图4，其中示出了本发明的又一种实施方式。本发明的负极极片两侧均涂布有负极活性物质涂层202a、202b，以及离子传导涂层203a、203b。
该实施方式中的正极活性物质涂层202a、202b，以及离子传导涂层203a，203b均如上定义，在此不再赘述。
根据本发明的第三方面，还提供了一种高倍率快充锂离子电池，所述高倍率快充锂离子电池包括本发明第一方面的正极极片和本发明第二方面的负极极片。
具体地，本发明的高倍率快充锂离子电池包括本发明的正极极片、负极极片、电解液和隔膜。本领域技术人员可以利用本发明的正极极片、负极极片来制备各种形式的锂离子电池。例如，可以根据实际需要制备出圆形、方形或软包电池。
为了更好的阐述本发明的具体内容及效果，以下实施例进一步描述本发明的详细方案。
实施例1
a.正极集流体的制备
采用厚度为22μm的普通铝箔作正极集流体。
b.正极活性物质涂层的制备
以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，正极活性物质为平均粒径为4.5μm镍钴锰酸锂(NCM)(克容量170mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)、导电石墨(KS-6)、纳米碳管(CNTs)，离子传导剂为磺化石墨烯锂盐，粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。其中，正极活性物质涂层中离子传导剂磺化石墨烯锂盐含量为0.3％，涂层中各物质的质量比为：NCM：SP：KS-6：CNTs：离子传导剂(磺化石墨烯锂盐)：PVDF＝93：2.8：1.1：0.5：0.1：2.5。先将PVDF加入到溶剂NMP中，搅拌3h～4h，制得PVDF的胶液，然后依次加入SP、KS-6、CNTs、磺化石墨烯锂盐，搅拌分散1h～2h，然后加入NCM，继续搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到正极活性物质料浆，固含量为45～50％。用22μm厚的无孔铝/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的正极活性物质料浆涂布在普通铝箔(即本实施例a小节)上，双面敷料面密度为220～250g/m2，压实密度为3.3～3.6g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
c.正极极片表面离子传导涂层的制备
正极极片表面离子传导涂层的制备：以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，磺化石墨烯锂盐为离子传导剂，聚偏氟乙烯(PVDF)为粘结剂。离子传导涂层中各物质的质量百分比为：磺化石墨烯锂盐96％、PVDF 4％。先将PVDF加入到溶剂NMP中，搅拌3h-4h，制得PVDF的胶液，然后加入磺化石墨烯锂盐，搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到离子传导剂料浆，固含量为10～15％。将离子传导剂料浆涂布在前述制备的覆有正极活性物质涂层的铝/碳复合箔(即本实施例b小节)上，厚度为100～200nm，经干燥、辊压后分切成56mm宽的极片，并在1/4、3/4的位置焊接上0.1mm*5mm的铝极耳。
d.负极集流体的制备
采用12μm厚的普通电解铜箔作负极集流体。
e.负极活性物质涂层的制备
以去离子水(H2O)为溶剂，负极活性物质为平均粒径为12μm的人造石墨(克容量350mAh/g)以及5μm的硬碳(克容量350mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)，气相生长的纳米碳纤维(VGCF)，离子传导剂为磺化石墨烯锂盐，粘接剂为丁苯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)的组合物。本实施例负极活性物质涂层中离子传导剂磺化石墨烯锂盐含量为1％，涂层中各物质的质量比为：人造石墨：硬碳：SP：VGCF：离子传导剂(磺化石墨烯锂盐)：CMC：SBR＝75：19：1.5：0.5：1：1：2。先将CMC加入到去离子水中，搅拌3h-4h，制得CMC胶液，然后依次加入SP、VGCF、磺化石墨烯锂盐，搅拌分散1h～2h，加入人造石墨，继续搅拌分散2h～3h后加入SBR乳液，搅拌0.5～1h后抽真空脱气泡，得到负极活性物质料浆，固含量为42～45％。用12μm厚的无孔铜/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的负极活性物质料浆涂布在普通电解铜箔(即本实施例d小节)上，双面敷料面密度为100～130g/m2，压实密度为1.3～1.5g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
f.负极极片表面离子传导涂层的制备
以去离子水为溶剂，磺化石墨烯锂盐为离子传导剂，丁苯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)的组合物为粘结剂。本实施例的离子传导涂层中各物质的质量百分比为：磺化石墨烯锂盐95.5％、CMC 1.5％、SBR 3％。先将CMC加入到溶剂去离子水中，搅拌3h-4h，制得CMC的胶液，然后加入磺化石墨烯锂盐，搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到离子传导剂料浆，固含量为10～15％。将离子传导剂料浆涂布在前述方法制备的覆有负极活性物质涂层的铜/碳复合箔(即本实施例e小节)上，厚度为200～300nm，经干燥、辊压后分切成58mm宽的极片，并在1/4、3/4的位置焊接上0.1mm*5mm的铜镍复合极耳。
g.锂离子电池的制作
将上述的正极极片、负极极片和隔膜卷绕成圆柱型的电芯，并装入圆形外壳，其中隔膜采用20μm厚的PE隔膜，其宽度为60mm，孔隙率为48％，透气度170s/100ml，负极极耳在底部与钢壳焊接，正极在顶部与盖帽焊接。电芯入壳并焊接后在温度80℃～90℃，真空度≤-0.08MPa的条件下烘烤24h～36h；烘烤完的电芯注入电解液后压缩密封，然后在45℃静置10h～16h，再转到常温静置10h～16h后待化成。
h.锂离子电池的化成
对本实施例g.锂离子电池的制作中的电池进行0.02C充电150min，0.05C充电180min，0.1C充电至4.2V；充电完成后在45℃静置24h～36h，再以1C进行恒流恒压充电至4.2V，截止电流为0.1C，搁置30min，以1C恒流放电至3.0V。
对比例1
a.正极集流体的制备
采用厚度为22μm的普通铝箔作正极集流体。
b.正极活性物质涂层的制备
以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，正极活性物质为平均粒径为4.5μm镍钴锰酸锂(NCM)(克容量170mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)、导电石墨(KS-6)、纳米碳管(CNTs)，离子传导剂为磺化石墨烯锂盐，粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。其中，正极活性物质涂层中离子传导剂磺化石墨烯锂盐含量为0.3％，涂层中各物质的质量比为：NCM：SP：KS-6：CNTs：离子传导剂(磺化石墨烯锂盐)：PVDF＝93：2.8：1.1：0.5：0.1：2.5。先将PVDF加入到溶剂NMP中，搅拌3h-4h，制得PVDF的胶液，然后依次加入SP、KS-6、CNTs、磺化石墨烯锂盐，搅拌分散1h～2h，然后加入NCM，继续搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到正极活性物质料浆，固含量为45～50％。用22μm厚的无孔铝/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的正极活性物质料浆涂布在铝/碳复合箔(即本实施例a小节)上，双面敷料面密度为220～250g/m2，压实密度为3.3～3.6g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
c.负极集流体的制备
采用12μm厚的普通电解铜箔作负极集流体。
d.负极活性物质涂层的制备
以去离子水(H2O)为溶剂，负极活性物质为平均粒径为12μm的人造石墨(克容量350mAh/g)以及5μm的硬碳(克容量350mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)，气相生长的纳米碳纤维(VGCF)，离子传导剂为磺化石墨烯锂盐，粘接剂为丁苯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)的组合物。本实施例负极活性物质涂层中离子传导剂磺化石墨烯锂盐含量为1％，涂层中各物质的质量比为：人造石墨：硬碳：SP：VGCF：离子传导剂(磺化石墨烯锂盐)：CMC：SBR＝75：19：1.5：0.5：1：1：2。先将CMC加入到去离子水中，搅拌3h-4h，制得CMC胶液，然后依次加入SP、VGCF、磺化石墨烯锂盐，搅拌分散1h～2h，加入人造石墨，继续搅拌分散2h～3h后加入SBR乳液，搅拌0.5～1h后抽真空脱气泡，得到负极活性物质料浆，固含量为42～45％。用12μm厚的无孔铜/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的负极活性物质料浆涂布在铜/碳复合箔(即本实施例d小节)上，双面敷料面密度为100～130g/m2，压实密度为1.3～1.5g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
e.锂离子电池的制作
根据实施例1中锂离子电池的制作的方法，对本对比例中a、b、c、d步骤中的元件进行电池的制备。
f.锂离子电池的化成
根据实施例1中锂离子电池的化成的方法，对本对比例中e步骤制备的电池进行化成。
对比例2
a.正极集流体的制备
采用厚度为22μm的普通铝箔作正极集流体。
b.正极活性物质涂层(不含离子传导剂)的制备
以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，正极活性物质为平均粒径为4.5μm镍钴锰酸锂(NCM)(克容量170mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)、导电石墨(KS-6)、纳米碳管(CNTs)，粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。其中，正极活性物质涂层各物质的质量比为：NCM：SP：KS-6：CNTs：PVDF＝93：2.7：1.3：0.5：2.5。先将PVDF加入到溶剂NMP中，搅拌3h-4h，制得PVDF的胶液，然后依次加入SP、KS-6、CNTs，搅拌分散1h～2h，然后加入NCM，继续搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到正极活性物质料浆，固含量为45～50％。用22μm厚的无孔铝/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的正极活性物质料浆涂布在22μm的普通铝箔上，双面敷料面密度为220～250g/m2，压实密度为3.3～3.6g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
c.负极集流体的制备
采用12μm厚的普通电解铜箔作负极集流体。
d.负极活性物质涂层(不含离子传导剂)的制备
以去离子水(H2O)为溶剂，负极活性物质为平均粒径为12μm的人造石墨(克容量350mAh/g)以及5μm的硬碳(克容量350mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)，气相生长的纳米碳纤维(VGCF)，粘接剂为丁苯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)的组合物。本实施例负极活性物质涂层各物质的质量比为：人造石墨：硬碳：SP：VGCF：CMC：SBR＝75：20：1.5：0.5：1：2。先将CMC加入到去离子水中，搅拌3h-4h，制得CMC胶液，然后依次加入SP、VGCF，搅拌分散1h～2h，加入人造石墨，继续搅拌分散2h～3h后加入SBR乳液，搅拌0.5～1h后抽真空脱气泡，得到负极活性物质料浆，固含量为42～45％。用12μm厚的无孔铜/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的负极活性物质料浆涂布在12μm厚的普通电解铜箔上，双面敷料面密度为100～130g/m2，压实密度为1.3～1.5g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
e.锂离子电池的制作
根据实施例1中锂离子电池的制作的方法，对本对比例中a、b、c、d步骤中的元件进行电池的制备。
f.锂离子电池的化成
根据实施例1中锂离子电池的化成的方法，对本对比例e步骤中制备的电池进行化成。
实施例2
a.正极集流体的制备
采用厚度为22μ的多孔铝/碳复合箔材做集流体，该集流体采购自宇东箔材科技南通有限公司的多孔铝/碳复合箔，型号为20CP01。
b.正极活性物质涂层的制备
以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，正极活性物质为平均粒径为4.5μm镍钴锰酸锂(NCM)(克容量170mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)、导电石墨(KS-6)、纳米碳管(CNTs)，离子传导剂为磺化石墨烯锂盐，粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。其中，正极活性物质涂层中离子传导剂磺化石墨烯锂盐含量为0.3％，涂层中各物质的质量比为：NCM：SP：KS-6：CNTs：离子传导剂(磺化石墨烯锂盐)：PVDF＝93：2.8：1.1：0.5：0.1：2.5。先将PVDF加入到溶剂NMP中，搅拌3h-4h，制得PVDF的胶液，然后依次加入SP、KS-6、CNTs、磺化石墨烯锂盐，搅拌分散1h～2h，然后加入NCM，继续搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到正极活性物质料浆，固含量为45～50％。用22μm厚的无孔铝/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的正极活性物质料浆涂布在铝/碳复合箔(即由本实施例a步骤制备)上，双面敷料面密度为220～250g/m2，压实密度为3.3～3.6g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
c.正极极片表面离子传导涂层的制备
正极极片表面离子传导涂层的制备：以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，磺化石墨烯锂盐为离子传导剂，聚偏氟乙烯(PVDF)为粘结剂。离子传导涂层中各物质的质量百分比为：磺化石墨烯锂盐96％、PVDF 4％。先将PVDF加入到溶剂NMP中，搅拌3h-4h，制得PVDF的胶液，然后加入磺化石墨烯锂盐，搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到离子传导剂料浆，固含量为10～15％。将离子传导剂料浆涂布在前述制备的覆有正极活性物质涂层的铝/碳复合箔(即由本实施例b步骤制备)上，厚度为100～200nm，经干燥、辊压后分切成56mm宽的极片，并在1/4、3/4的位置焊接上0.1mm*5mm的铝极耳。
d.负极集流体的制备
准备厚度为12μm的铜箔，经历以下(1)～(5)步骤制备铜碳复合集流体。
(1)腐蚀处理
配置质量浓度为7％的草酸溶液，将草酸溶液将热至65℃，将厚度为12μm的铜箔浸泡于上述的草酸溶液中并匀速牵引移动穿过，控制铜箔在酸液中的处理时间为5分钟，然后将铜箔取出并在80℃左右、氮气气氛保护下进行干燥处理。
(2)沉积过渡层
采用磁控溅射方法在铜箔的两表面沉积过渡层，靶材选用金属Ti靶。
(3)配置碳浆料
将石墨粉和环氧树脂搅拌混合至丙二醇甲醚中，石墨粉与环氧树脂的质量比为3:1，石墨粉和环氧树脂的总质量占碳浆料的质量百分比为50％，搅拌速度1000转每分钟，搅拌混合时间为3小时。
(4)涂覆碳浆料
将上述碳浆料涂刷在铜箔一面的过渡层的表面，然后采取同样的涂刷方式涂覆在铜箔另一面过渡层的表面，铜箔的单面的碳浆料涂层的厚度为500nm。
(5)热处理
将涂覆碳浆料之后的铜箔在N2气气氛下加热至温度800℃，其中，铜箔在高温区域400℃以上的时长为12小时。
e.负极活性物质涂层的制备
以去离子水(H2O)为溶剂，负极活性物质为平均粒径为12μm的人造石墨(克容量350mAh/g)以及5μm的硬碳(克容量350mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)，气相生长的纳米碳纤维(VGCF)，离子传导剂为磺化石墨烯锂盐，粘接剂为丁苯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)的组合物。本实施例负极活性物质涂层中离子传导剂磺化石墨烯锂盐含量为1％，涂层中各物质的质量比为：人造石墨：硬碳：SP：VGCF：离子传导剂(磺化石墨烯锂盐)：CMC：SBR＝75：19：1.5：0.5：1：1：2。先将CMC加入到去离子水中，搅拌3h-4h，制得CMC胶液，然后依次加入SP、VGCF、磺化石墨烯锂盐，搅拌分散1h～2h，加入人造石墨，继续搅拌分散2h～3h后加入SBR乳液，搅拌0.5～1h后抽真空脱气泡，得到负极活性物质料浆，固含量为42～45％。用12μm厚的无孔铜/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的负极活性物质料浆涂布在铜/碳复合箔(即由本实施例d步骤制备)上，双面敷料面密度为100～130g/m2，压实密度为1.3～1.5g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
f.负极极片表面离子传导涂层的制备
以去离子水为溶剂，磺化石墨烯锂盐为离子传导剂，丁苯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)的组合物为粘结剂。本实施例的离子传导涂层中各物质的质量百分比为：磺化石墨烯锂盐95.5％、CMC 1.5％、SBR 3％。先将CMC加入到溶剂去离子水中，搅拌3h-4h，制得CMC的胶液，然后加入磺化石墨烯锂盐，搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到离子传导剂料浆，固含量为10～15％。将离子传导剂料浆涂布在前述方法制备的覆有负极活性物质涂层的铜/碳复合箔(即由本实施例e步骤制备)上，厚度为200～300nm，经干燥、辊压后分切成58mm宽的极片，并在1/4、3/4的位置焊接上0.1mm*5mm的铜镍复合极耳。
g.锂离子电池的制作
根据实施例1中锂离子电池的制作的方法，对本实施例中a、b、c、d、e、f步骤中的元件进行电池的制备。
f.锂离子电池的化成
根据实施例1中锂离子电池的化成的方法，对本实施例g步骤中制备的电池进行化成。
实施例3
a.正极集流体的制备
采用孔隙率为40％、厚度22μ的多孔铝/碳复合箔材做集流体，该集流体采购自宇东箔材科技南通有限公司的多孔铝/碳复合箔，型号为20CP02。
b.正极活性物质涂层的制备
与电池的实施例1中b.正极活性物质涂层的制备的正极活性物质涂层相同。
c.正极极片表面离子传导涂层的制备
与电池的实施例1中c.正极极片表面离子传导涂层的制备的正极极片表面离子传导涂层的制备相同。
d.负极集流体的制备
采用孔隙率为40％、厚度为12μ的多孔铜/碳复合箔材作集流体，其制备方法与实施例2中负极集流体的制备相同。
e.负极活性物质涂层的制备
与电池的实施例1中e.负极活性物质涂层的制备的负极活性物质涂层相同。
f.负极极片表面离子传导涂层的制备
与电池的实施例1中f.负极极片表面离子传导涂层的制备的负极极片表面离子传导涂层。
g.锂离子电池的制作
根据电池的实施例1中g.锂离子电池的制作的方法，对本实施例中a～f步骤中制备的元件进行电池的制备。
h.锂离子电池的化成
根据电池的实施例1中h.锂离子电池的化成的方法，对本实施例g步骤中制备的电池进行化成。
实施例4
a.正极集流体的制备
与电池的实施例2中的a.正极集流体的制备中的正极集流体相同。
b.正极活性物质涂层的制备
以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，正极活性物质为平均粒径为4.5μm镍钴锰酸锂(NCM)(克容量170mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)、导电石墨(KS-6)、纳米碳管(CNTs)，离子传导剂为磺化石墨烯锂盐，粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。其中，正极活性物质涂层中离子传导剂磺化石墨烯锂盐含量为0.1％，涂层中各物质的质量比为：NCM：SP：KS-6：CNTs：离子传导剂(磺化石墨烯锂盐)：PVDF＝93：2.8：1.1：0.5：0.1：2.5。先将PVDF加入到溶剂NMP中，搅拌3h-4h，制得PVDF的胶液，然后依次加入SP、KS-6、CNTs、磺化石墨烯锂盐，搅拌分散1h～2h，然后加入NCM，继续搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到正极活性物质料浆，固含量为45～50％。用22μm厚的无孔铝/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的正极活性物质料浆涂布在铝/碳复合箔(由本实施例a步骤制备)上，双面敷料面密度为220～250g/m2，压实密度为3.3～3.6g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
c.正极极片表面离子传导涂层的制备
正极极片表面离子传导涂层的制备：以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，磺化石墨烯锂盐为离子传导剂，聚偏氟乙烯(PVDF)为粘结剂。本实施例的离子传导涂层中各物质的质量百分比为：磺化石墨烯锂盐96％、PVDF 4％。先将PVDF加入到溶剂NMP中，搅拌3h-4h，制得PVDF的胶液，然后加入磺化石墨烯锂盐，搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到离子传导剂料浆，固含量为10～15％。将离子传导剂料浆涂布在前述制备的覆有正极活性物质涂层的铝/碳复合箔(由本实施例b步骤制备)上，厚度为10～50nm，经干燥、辊压后分切成56mm宽的极片，并在1/4、3/4的位置焊接上0.1mm*5mm的铝极耳。
d.负极集流体的制备
与电池的实施例2中d.负极集流体的制备的负极集流体相同。
e.负极活性物质涂层的制备
以去离子水(H2O)为溶剂，负极活性物质为平均粒径为12μm的人造石墨(克容量350mAh/g)以及5μm的硬碳(克容量350mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)，气相生长的纳米碳纤维(VGCF)，离子传导剂为磺化石墨烯锂盐，粘接剂为丁苯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)的组合物。本实施例负极活性物质涂层中离子传导剂磺化石墨烯锂盐含量为0.3％，涂层中各物质的质量比为：人造石墨：硬碳：SP：VGCF：离子传导剂(磺化石墨烯锂盐)：CMC：SBR＝75：19：1.9：0.8：0.3：1：2。先将CMC加入到去离子水中，搅拌3h-4h，制得CMC胶液，然后依次加入SP、VGCF、磺化石墨烯锂盐，搅拌分散1h～2h，加入人造石墨，继续搅拌分散2h～3h后加入SBR乳液，搅拌0.5～1h后抽真空脱气泡，得到负极活性物质料浆，固含量为42～45％。用12μm厚的无孔铜/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的负极活性物质料浆涂布在铜/碳复合箔(由本实施例d步骤制备)上，双面敷料面密度为100～130g/m2，压实密度为1.3～1.5g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
f.负极极片表面离子传导涂层的制备
以去离子水为溶剂，磺化石墨烯锂盐为离子传导剂，丁苯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)的组合物为粘结剂。本实施例的离子传导涂层中各物质的质量百分比为：磺化石墨烯锂盐95.5％、CMC 1.5％、SBR 3％。先将CMC加入到溶剂去离子水中，搅拌3h-4h，制得CMC的胶液，然后加入磺化石墨烯锂盐，搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到离子传导剂料浆，固含量为10～15％。将离子传导剂料浆涂布在前述方法制备的覆有负极活性物质涂层的铜/碳复合箔(由本实施例e步骤制备)上，厚度为20～60nm，经干燥、辊压后分切成58mm宽的极片，并在1/4、3/4的位置焊接上0.1mm*5mm的铜镍复合极耳。
g.锂离子电池的制作
根据电池的实施例1中g.锂离子电池的制作的方法，对本实施例中a～f步骤中制备的元件进行电池的制备。
h.锂离子电池的化成
根据电池的实施例1中h.锂离子电池的化成的方法，对本实施例g步骤中制备的电池进行化成。
实施例5
a.正极集流体的制备
与电池的实施例2中的a.正极集流体的制备中的正极集流体相同。
b.正极活性物质涂层的制备
以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，正极活性物质为平均粒径为4.5μm镍钴锰酸锂(NCM)(克容量170mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)、导电石墨(KS-6)、纳米碳管(CNTs)，离子传导剂为磺化石墨烯锂盐、聚苯乙烯磺酸锂和樟脑磺酸锂的混合物(其比例为磺化石墨烯锂盐：聚苯乙烯磺酸锂：樟脑磺酸锂＝90：5：5)，粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。其中，正极活性物质涂层中混合离子传导剂含量为2％，涂层中各物质的质量比为：NCM：SP：KS-6：CNTs：混合离子传导剂：PVDF＝92：2：1：0.5：2：2.5。先将PVDF加入到溶剂NMP中，搅拌3h-4h，制得PVDF的胶液，然后依次加入SP、KS-6、CNTs、混合离子传导剂，搅拌分散1h～2h，然后加入NCM，继续搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到正极活性物质料浆，固含量为45～50％。用22μm厚的无孔铝/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的正极活性物质料浆涂布在铝/碳复合箔(由本实施例a步骤制备)上，双面敷料面密度为220～250g/m2，压实密度为3.3～3.6g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
c.正极极片表面离子传导涂层的制备
正极极片表面离子传导涂层的制备：以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，磺化石墨烯锂盐、聚苯乙烯磺酸锂和樟脑磺酸锂的混合物(其比例为磺化石墨烯锂盐：聚苯乙烯磺酸锂：樟脑磺酸锂＝90：5：5)为离子传导剂，聚偏氟乙烯(PVDF)为粘结剂。本实施例的离子传导涂层中各物质的质量百分比为：离子传导剂90％、PVDF 10％。先将PVDF加入到溶剂NMP中，搅拌3h-4h，制得PVDF的胶液，然后加入混合离子传导剂，搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到离子传导剂料浆，固含量为10～15％。将离子传导剂料浆涂布在前述制备的覆有正极活性物质涂层的铝/碳复合箔(由本实施例b步骤制备)上，厚度为800～1000nm，经干燥、辊压后分切成56mm宽的极片，并在1/4、3/4的位置焊接上0.1mm*5mm的铝极耳。
d.负极集流体的制备
与电池的实施例2中d.负极集流体的制备的负极集流体相同。
e.负极活性物质涂层的制备
以去离子水(H2O)为溶剂，负极活性物质为平均粒径为12μm的人造石墨(克容量350mAh/g)以及5μm的硬碳(克容量350mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)，气相生长的纳米碳纤维(VGCF)，离子传导剂为磺化石墨烯锂盐、聚苯乙烯磺酸锂和樟脑磺酸锂的混合物(其质量比为磺化石墨烯锂盐：聚苯乙烯磺酸锂：樟脑磺酸锂＝90：5：5)，粘接剂为丁苯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)的组合物。本小节例负极活性物质涂层中混合离子传导剂含量为3％，涂层中各物质的质量比为：人造石墨：硬碳：SP：VGCF：混合离子传导剂：CMC：SBR＝74：18：1.5：0.5：3：1：2。先将CMC加入到去离子水中，搅拌3h-4h，制得CMC胶液，然后依次加入SP、VGCF、混合离子传导剂，搅拌分散1h～2h，加入人造石墨，继续搅拌分散2h～3h后加入SBR乳液，搅拌0.5～1h后抽真空脱气泡，得到负极活性物质料浆，固含量为42～45％。用12μm厚的无孔铜/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的负极活性物质料浆涂布在铜/碳复合箔(由本实施例d步骤制备)上，双面敷料面密度为100～130g/m2，压实密度为1.3～1.5g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
f.负极极片表面离子传导涂层的制备
以去离子水为溶剂，磺化石墨烯锂盐、聚苯乙烯磺酸锂和樟脑磺酸锂的混合物(其比例为磺化石墨烯锂盐：聚苯乙烯磺酸锂：樟脑磺酸锂＝90：5：5)为离子传导剂，丁苯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)的组合物为粘结剂。本小节的离子传导涂层中各物质的质量百分比为：混合离子传导剂90％、CMC 3％、SBR 7％。先将CMC加入到溶剂去离子水中，搅拌3h-4h，制得CMC的胶液，然后加入混合离子传导剂，搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到离子传导剂料浆，固含量为10～15％。将离子传导剂料浆涂布在前述方法制备的覆有负极活性物质涂层的铜/碳复合箔(由本实施例e步骤制备)上，厚度为1000～1200nm，经干燥、辊压后分切成58mm宽的极片，并在1/4、3/4的位置焊接上0.1mm*5mm的铜镍复合极耳。
g.锂离子电池的制作
根据电池的实施例1中g.锂离子电池的制作的方法，对本实施例中a～f中的元件进行电池的制备。
h.锂离子电池的化成
根据电池的实施例1中h.锂离子电池的化成的方法，对本实施例g.锂离子电池的制作中制备的电池进行化成。
实施例6
a.正极集流体的制备
与电池的实施例2中的a.正极集流体的制备中的正极集流体相同。
b.正极活性物质涂层的制备
以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，正极活性物质为平均粒径为4.5μm镍钴锰酸锂(NCM)(克容量170mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)、导电石墨(KS-6)、纳米碳管(CNTs)，离子传导剂为磺化石墨烯锂盐、对甲基苯磺酸锂和萘磺酸锂的混合物(其比例磺化石墨烯锂盐：甲基苯磺酸锂：萘磺酸锂＝92：4：4)，粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。其中，正极活性物质涂层中离子传导剂磺化石墨烯锂盐含量为4％，涂层中各物质的质量比为：NCM：SP：KS-6：CNTs：混合离子传导剂：PVDF＝91：1.5：0.5：0.5：4：2.5。先将PVDF加入到溶剂NMP中，搅拌3h-4h，制得PVDF的胶液，然后依次加入SP、KS-6、CNTs、混合离子传导剂，搅拌分散1h～2h，然后加入NCM，继续搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到正极活性物质料浆，固含量为45～50％。用22μm厚的无孔铝/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的正极活性物质料浆涂布在铝/碳复合箔(由本实施例a步骤制备)上，双面敷料面密度为220～250g/m2，压实密度为3.3～3.6g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
c.正极极片表面离子传导涂层的制备
正极极片表面离子传导涂层的制备：以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，磺化石墨烯锂盐、对甲基苯磺酸锂和萘磺酸锂的混合物(其比例为磺化石墨烯锂盐：甲基苯磺酸锂：萘磺酸锂＝92：4：4)为离子传导剂，聚偏氟乙烯(PVDF)为粘结剂。本实施例的离子传导涂层中各物质的质量百分比为：离子传导剂88％、PVDF 12％。先将PVDF加入到溶剂NMP中，搅拌3h-4h，制得PVDF的胶液，然后加入混合离子传导剂，搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到离子传导剂料浆，固含量为10～15％。将离子传导剂料浆涂布在前述制备的覆有正极活性物质涂层的铝/碳复合箔(由本实施例b步骤制备)上，厚度为1500～1700nm，经干燥、辊压后分切成56mm宽的极片，并在1/4、3/4的位置焊接上0.1mm*5mm的铝极耳。
d.负极集流体的制备
与电池的实施例2中d.负极集流体的制备的负极集流体相同。
e.负极活性物质涂层的制备
以去离子水(H2O)为溶剂，负极活性物质为平均粒径为12μm的人造石墨(克容量350mAh/g)以及5μm的硬碳(克容量350mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)，气相生长的纳米碳纤维(VGCF)，离子传导剂为磺化石墨烯锂盐、对甲基苯磺酸锂和萘磺酸锂的混合物(其质量比为磺化石墨烯锂盐：甲基苯磺酸锂：萘磺酸锂＝92：4：4)，粘接剂为丁苯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)的组合物。本小节负极活性物质涂层中混合离子传导剂含量为5％，涂层中各物质的质量比为：人造石墨：硬碳：SP：VGCF：混合离子传导剂：CMC：SBR＝73：17：1.5：0.5：5：1：2。先将CMC加入到去离子水中，搅拌3h-4h，制得CMC胶液，然后依次加入SP、VGCF、混合离子传导剂，搅拌分散1h～2h，加入人造石墨，继续搅拌分散2h～3h后加入SBR乳液，搅拌0.5～1h后抽真空脱气泡，得到负极活性物质料浆，固含量为42～45％。用12μm厚的无孔铜/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的负极活性物质料浆涂布在铜/碳复合箔(由本实施例d步骤制备)上，双面敷料面密度为100～130g/m2，压实密度为1.3～1.5g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
f.负极极片表面离子传导涂层的制备
以去离子水为溶剂，磺化石墨烯锂盐、对甲基苯磺酸锂和萘磺酸锂的混合物为离子传导剂，丁苯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)的组合物为粘结剂。本小节的离子传导涂层中各物质的质量百分比为：混合离子传导剂85％、CMC 5％、SBR 10％。先将CMC加入到溶剂去离子水中，搅拌3h-4h，制得CMC的胶液，然后加入混合离子传导剂，搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到离子传导剂料浆，固含量为10～15％。将离子传导剂料浆涂布在前述方法制备的覆有负极活性物质涂层的铜/碳复合箔(由本实施例e步骤制备)上，厚度为1800～2000nm，经干燥、辊压后分切成58mm宽的极片，并在1/4、3/4的位置焊接上0.1mm*5mm的铜镍复合极耳。
g.锂离子电池的制作
对本实施例中a～f中的元件进行电池的制备。
h.锂离子电池的化成
根据电池的实施例1中h.锂离子电池的化成的方法，对本实施例g.锂离子电池的制作中制备的电池进行化成。
实施例7
a.正极集流体的制备
与电池的实施例2中的a.正极集流体的制备中的正极集流体相同。
b.正极活性物质涂层的制备
以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，正极活性物质为平均粒径为4.5μm镍钴锰酸锂(NCM)(克容量170mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)、导电石墨(KS-6)、纳米碳管(CNTs)，离子传导剂为磺化石墨烯锂盐、对甲基苯磺酸锂和蒽醌磺酸锂的混合物(其比例磺化石墨烯锂盐：甲基苯磺酸锂：蒽醌磺酸锂＝92：4：4)，粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。其中，正极活性物质涂层中混合离子传导剂含量为4％，涂层中各物质的质量比为：NCM：SP：KS-6：CNTs：混合离子传导剂：PVDF＝91：1.5：0.5：0.5：4：2.5。先将PVDF加入到溶剂NMP中，搅拌3h-4h，制得PVDF的胶液，然后依次加入SP、KS-6、CNTs、混合离子传导剂，搅拌分散1h～2h，然后加入NCM，继续搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到正极活性物质料浆，固含量为45～50％。用22μm厚的无孔铝/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的正极活性物质料浆涂布在铝/碳复合箔(由本实施例a步骤制备)上，双面敷料面密度为220～250g/m2，压实密度为3.3～3.6g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
c.正极极片表面离子传导涂层的制备
正极极片表面离子传导涂层的制备：以N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，磺化石墨烯锂盐、对甲基苯磺酸锂和蒽醌磺酸锂的混合物(其比例为磺化石墨烯锂盐：甲基苯磺酸锂：蒽醌磺酸锂＝92：4：4)为离子传导剂，聚偏氟乙烯(PVDF)为粘结剂。本实施例的离子传导涂层中各物质的质量百分比为：离子传导剂88％、PVDF 12％。先将PVDF加入到溶剂NMP中，搅拌3h-4h，制得PVDF的胶液，然后加入混合离子传导剂，搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到离子传导剂料浆，固含量为10～15％。将离子传导剂料浆涂布在前述制备的覆有正极活性物质涂层的铝/碳复合箔(由本实施例b步骤制备)上，厚度为1500～1700nm，经干燥、辊压后分切成56mm宽的极片，并在1/4、3/4的位置焊接上0.1mm*5mm的铝极耳。
d.负极集流体的制备
与电池的实施例2中d.负极集流体的制备的负极集流体相同。
e.负极活性物质涂层的制备
以去离子水(H2O)为溶剂，负极活性物质为平均粒径为12μm的人造石墨(克容量350mAh/g)以及5μm的硬碳(克容量350mAh/g)，电子导电剂为导电炭黑(SP)，气相生长的纳米碳纤维(VGCF)，离子传导剂为磺化石墨烯锂盐、对甲基苯磺酸锂和蒽醌磺酸锂的混合物(其质量比为磺化石墨烯锂盐：甲基苯磺酸锂：蒽醌磺酸锂＝92：4：4)，粘接剂为丁苯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)的组合物。本小节负极活性物质涂层中混合离子传导剂含量为5％，涂层中各物质的质量比为：人造石墨：硬碳：SP：VGCF：混合离子传导剂：CMC：SBR＝73：17：1.5：0.5：5：1：2。先将CMC加入到去离子水中，搅拌3h-4h，制得CMC胶液，然后依次加入SP、VGCF、混合离子传导剂，搅拌分散1h～2h，加入人造石墨，继续搅拌分散2h～3h后加入SBR乳液，搅拌0.5～1h后抽真空脱气泡，得到负极活性物质料浆，固含量为42～45％。用12μm厚的无孔铜/碳复合箔作集流体，将按上述方法配制好的负极活性物质料浆涂布在铜/碳复合箔(由本实施例d步骤制备)上，双面敷料面密度为100～130g/m2，压实密度为1.3～1.5g/cm3，涂布后80℃～120℃干燥30min～45min备用。
f.负极极片表面离子传导涂层的制备
以去离子水为溶剂，磺化石墨烯锂盐、对甲基苯磺酸锂和蒽醌磺酸锂为离子传导剂，丁苯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素钠(CMC)的组合物为粘结剂。本小节的离子传导涂层中各物质的质量百分比为：混合离子传导剂85％、CMC 5％、SBR 10％。先将CMC加入到溶剂去离子水中，搅拌3h-4h，制得CMC的胶液，然后加入混合离子传导剂，搅拌分散2h～3h后抽真空脱气泡，得到离子传导剂料浆，固含量为10～15％。将离子传导剂料浆涂布在前述方法制备的覆有负极活性物质涂层的铜/碳复合箔(由本实施例e步骤制备)上，厚度为1800～2000nm，经干燥、辊压后分切成58mm宽的极片，并在1/4、3/4的位置焊接上0.1mm*5mm的铜镍复合极耳。
g.锂离子电池的制作
对本实施例中a～f中的元件进行电池的制备。
h.锂离子电池的化成
根据电池的实施例1中h.锂离子电池的化成的方法，对本实施例g.锂离子电池的制作中制备的电池进行化成。
测试例1：首次充放电效率测试
测试例1分别对实施例1、对比例1～2、实施例2～实施例7所制作的电池，按化成步骤的首次充放电量计算首次充放电效率：
首次充放电效率＝首次放电电量*100％/首次充电电量
测试数据见表1：
表1：首次充放电效率测试数据
由表1可以看出，本发明的活性物质涂层中含有离子传导剂且表面具有离子传导涂层的锂离子电池(实施例1～7)的首次充放电效率高于仅活性物质涂层中含有离子传导剂的锂离子电池(对比例1)和活性物质涂层中既不含离子传导剂、又不具有离子传导涂层的锂离子电池(对比例2)的首次充放电效率。其原因有可能是活性物质涂层与电解液的直接接触面积减少了，从而减少活性物质与电解液之间的反应，减少在活性物质涂层上面形成SEI膜所消耗锂离子的量。
测试例2：充放电性能测试
测试例2分别对实施例1、对比例1～2、实施例2～实施例7所制作的电池进行倍率充放电性能测试：分别使用6C/8C/10C恒流恒压充电，上限电压4.2V，恒压截止电流0.1C，充电完成后搁置30min，再以1C/20C/25C恒流放电，下限电压为3.0V。
在充放电过程中，使用热电偶测量电池表面温度，记录充放电过程的初始温度以及最高温度，将记录的最高温度减去初始温度，得到电池充放电过程中的最大温升数据。
电池倍率充放电测试结果见表2。
表2：电池倍率充放电测试结果
测试例3：常温循环测试
测试例3对实施例1、对比例1～2、实施例2～实施例7所制作的电池进行常温循环测试，测试步骤如下：①分别使用6C恒流恒压充电，上限电压4.2V，恒压截止电流0.1C；②搁置15min；③1C恒流放电，下限电压为3.0V；④搁置10min；⑤循环工步①～④共800次。
在循环初始阶段与结束阶段测量充电过程电池表面温度，记录充电过程的初始温度以及最高温度，将记录的最高温度减去初始温度，得到电池充电过程中的最大温升数据。
电池循环过程中容量、充电温升、容量保持率见表3。
表3：电池循环过程中充电温升、容量保持率
由表2和表3可以看出：(结合实施例1)采用复合正负极集流体可以有效降低内阻，从而显著抑制锂离子电池充放电过程的升温。
由表2和表3可以进一步看出：(结合实施例3)采用多孔复合正负极集流体进一步减少电池在充放电时的温升。
由表3可以进一步看出：(结合对比例1、对比例2)活性物质涂层中添加离子传导剂、表面涂布离子传导涂层可以降低充放电循环过程中电池的容量衰减速度，改善电池的循环性能。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种用于高倍率快充锂离子电池的正极极片，其特征在于，所述正极极片包括：
正极集流体，所述正极集流体具有相对的两个表面；
正极活性物质涂层，所述正极活性物质涂层涂布在所述正极集流体的至少一个表面上；
离子传导涂层，所述离子传导涂层涂布在所述正极活性物质涂层上。
2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述正极集流体由铝/碳复合材料形成。
3.根据权利要求2所述的正极极片，其特征在于，所述铝/碳复合材料为多孔或无孔的铝/碳复合箔材。
4.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，以所述正极活性物质涂层的重量计，所述正极活性物质涂层包括0.05～8wt％，优选为0.1～5wt％的第一离子传导剂；和所述离子传导涂层由第二离子传导剂和粘结剂组成，以所述离子传导涂层的质量计，所述离子传导涂层包括80～98wt％，优选85～96wt％的第二离子传导剂。
5.根据权利要求4所述的正极极片，其特征在于，所述第一和第二离子传导剂分别选自由磺化石墨烯锂盐、聚苯乙烯磺酸锂、樟脑磺酸锂、对甲基苯磺酸锂、萘磺酸锂、蒽醌磺酸锂组成的组中的至少一种，优选选自由磺化石墨烯锂盐、聚苯乙烯磺酸锂和萘磺酸锂组成的组中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述离子传导涂层的厚度为5～2500nm，优选为10～2000nm。
7.一种用于高倍率快充锂离子电池的负极极片，其特征在于，所述负极极片包括：
负极集流体，所述负极集流体具有相对的两个表面；
负极活性物质涂层，所述负极活性物质涂层涂布在负极集流体的至少一个表面上；
离子传导涂层，所述离子传导涂层涂布在负极活性物质涂层上。
8.根据权利要求7所述的负极极片，其特征在于，所述负极集流体由铜/碳复合材料形成。
9.根据权利要求8所述的负极极片，其特征在于，所述铜/碳复合材料为多孔或无孔的铜/碳复合箔材。
10.根据权利要求9所述的负极极片，其特征在于，以所述负极活性物质涂层的重量计，所述负极活性物质涂层中包括的0.05～8wt％，优选为0.1～5wt％的第一离子传导剂；和所述离子传导涂层由第二离子传导剂和粘结剂组成，以所述离子传导涂层的质量计，所述离子传导涂层包括80～98wt％，优选85～96wt％的第二离子传导剂。
11.根据权利要求10所述的负极极片，其特征在于，所述第一和第二离子传导剂分别选自由磺化石墨烯锂盐、聚苯乙烯磺酸锂、樟脑磺酸锂、对甲基苯磺酸锂、萘磺酸锂、蒽醌磺酸锂组成的组中的至少一种，优选选自由磺化石墨烯锂盐、聚苯乙烯磺酸锂和萘磺酸锂组成的组中的至少一种。
12.根据权利要求7所述的负极极片，其特征在于，所述离子传导涂层的厚度为5～2500nm，优选为10～2000nm。
13.一种高倍率快充锂离子电池，其特征在于，所述高倍率快充锂离子电池包括权利要求1～6中任一项所述的正极极片和权利要求7～12中任一项所述的负极极片。
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