CN111403801A - 一种锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池及其制备方法。一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括正极片、负极片、隔膜、电解液和电池壳体，所述正极片包括正极集流体和正极浆料，所述负极片包括负极集流体和负极浆料；其中，所述负极片的容量与所述正极片的容量的比值为1.41‑9.41。所述锂离子电池，通过对电池中负极片的容量与所述正极片的容量的比值进行优化，富余容量通过补锂技术进行补充，并且优化正极片和负极片的参数，提高了锂离子电池的循环性能、安全性能和倍率充电性能，使其具有高倍率和长寿命的特点。

Description

一种锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池及其制备方法。
背景技术
目前，受限于电极材料的电化学性能和生产成本，锂离子电池能量密度的提升和电池原材料成本的降低已十分困难，这是制约新能源汽车大力推广的关键因素。提高锂离子电池的充电速度，缩短单位电量的充电时间是增强续航能力的有效途径。同时优化生产工艺，提高生产效率，是降低电芯成本的主要手段。
锂电池的生产主要包括浆料制备、涂布、制片、装配、注液、化成、分容等工序，其中浆料的制备是锂离子电池生产过程的关键工序之一，浆料制备周期和质量直接影响到了电池的最终成本和整体性能。
传统的负极浆料制备大多采用常温湿法混合，该工艺方法制备过程时间长，一般为10-12h，制备时间长，生产效率低，且制备得到的浆料的粘度、细度和固含量不稳定，易沉降，涂布后外观不良率较高。
由于快速充电时，锂离子在电池正负极之间的移动速率加快，在锂离子从正极脱嵌时，需要快速的移动到负极并被负极材料接纳嵌入，从而保证正常的充电反应进行。在此反应过程中，如果负极材料的锂离子嵌入速率达不到电芯施加的充电电流电子迁移速率，便会造成锂金属在负极表面的析出，锂离子电池容量损失严重，电池寿命急剧缩短，同时在锂离子电池使用过程中锂枝晶不断生长还可能刺穿隔离膜，给锂离子电池带来安全隐患。
在一个特定的锂离子电池体系中，决定其充电速度、循环寿命和安全性能的关键是负极。目前大部分的研究都集中在负极活性物质设计上，对负极极片设计的关注非常少。很多研究表明，倍率性能优异的负极活性物质若采用不合理的极片设计，不一定能达到持续快充的设计目标，而倍率性能一般的负极活性物质若采用合理的极片设计也可达到快充的效果。因此负极活性物质的选择以及负极极片设计是实现快速充电和长循环寿命的关键，优化电池化学体系和改善电池设计等方面进行。
为解决上述问题，确有必要提供一种负极浆料高效分散方法及一种优化电池设计的高倍率长寿命锂离子电池。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种锂离子电池及其制备方法，该锂离子电池能在大倍率下进行充放电，具有优良的安全性能和循环性能。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括正极片、负极片、隔膜、电解液和电池壳体，所述正极片包括正极集流体和正极浆料，所述负极片包括负极集流体和负极浆料；
其中，所述负极片的容量与所述正极片的容量的比值为1.41-9.41；
所述锂离子电池的富余容量通过补锂技术进行补充；
优选地，所述正极浆料包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂；优选地，所述负极浆料包括负极活性物质、负极导电剂、增稠剂、负极粘结剂和分散剂。
优选地，所述正极片的压实密度为1.6-3.89g/cm3，所述负极片的压实密度为0.6-1.2g/cm3。
优选地，所述正极集流体的平均孔径为0-5μm，孔隙率为35-50％，导电涂层厚度为2-6μm。
优选地，所述负极集流体的厚度为3-8μm，孔隙率为35-50％，平均孔径为20-100μm。
优选地，所述锂离子电池的保液系数为7-15g/Ah。
本发明第二方面提供一种负极浆料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将负极活性物质、负极导电剂、增稠剂和分散剂进行干混，得到混合料；
(2)向混合料加水，然后恒温搅拌得到固含量为60-70％的浆料S1；
(3)向浆料S1中加入N-甲基吡咯烷酮和水，然后恒温搅拌得到固含量为56-58％的浆料S2；
(4)向浆料S2中加入负极粘结剂和水，然后恒温搅拌得到固含量为50-54％、粘度为1400-2000mPa·S和细度为10-35μm的浆料S3；
(5)将浆料S3依次经过第一筛网和第二筛网进行过筛，然后除泡得到负极浆料。
优选地，在步骤(1)中，所述干混的时间为30-60min。
优选地，在步骤(2)中，所述恒温搅拌的条件包括：温度为60-65℃，时间为120-180min。
优选地，在步骤(3)中，所述恒温搅拌的条件包括：温度为40-45℃，时间为50-70min。
优选地，在步骤(4)中，所述恒温搅拌的条件包括：温度为20-30℃，时间为25-35min。
优选地，在步骤(5)中，所述第一筛网的目数为150目，所述第二筛网的目数为200-300目。
本发明第三方面提供一种由上述方法制备得到的负极浆料。
本发明第四方面提供一种锂离子电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
将正极片、负极片以及隔离膜堆叠成一个方型叠芯，然后在叠芯两侧对称设置两个锂片三电极，随后放入电池壳体中，依次进行灌注电解液、密封和化成，得到锂离子电池；
其中，所述负极片的容量与所述正极片的容量的比值1.41-9.41；
所述锂离子电池的富余容量通过补锂技术进行补充；
所述正极片的制备过程包括：将正极浆料布在正极集流体上，然后烘干得到正极片；
所述负极片的制备过程包括：将正极浆料布在正极集流体上，然后烘干得到正极片；
优选地，所述负极浆料为本发明所述的负极浆料。
本发明所述的锂离子电池，通过对电池中负极片的容量与所述正极片的容量的比值进行优化，并且富余容量通过补锂技术进行补充，优化正极片和负极片的参数，提高了锂离子电池的循环性能、安全性能和倍率充电性能，使其具有高倍率和长寿命的特点。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极片、负极片、隔膜、电解液和电池壳体，所述正极片包括正极集流体和正极浆料，所述负极片包括负极集流体和负极浆料；
其中，所述负极片的容量与所述正极片的容量的比值为1.41-9.41；
所述锂离子电池的富余容量通过补锂技术进行补充。
优选地，所述正极浆料包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂。
优选地，所述负极浆料包括负极活性物质、负极导电剂、增稠剂、负极粘结剂和分散剂。
优选的，所述负极片的容量与所述正极片的容量的比值为1.45-8。
进一步优选的，所述负极片的容量与所述正极片的容量的比值为2-7。
在本发明中，电池中负极片的容量与所述正极片的容量的比(NP比)，远大于常规锂离子电池NP比(常规锂离子电池NP比≤1.25)，并使用补锂技术对负极进行补锂，充放电时，即便电池的放电深度(DOD)达到100％的情况下，对于负极而言，放电深度也非常低。负极一直处于浅充浅放状态，负极的极化非常小，可以实现快速嵌入和脱嵌锂离子，同时正极使用涂碳箔极化也很小，使得整个电池体系在大倍率充放电时极化很小，直流阻抗小，从而实现了高安全功率。在充放电过程中，负极一直处于浅充浅放状态，锂离子的嵌入和脱出对负极材料结构的破坏更小，且负极可逆活性锂源丰富，极大的缓解了循环过程中因电极副反应而造成可逆活性锂的损失，从而实现了长循环寿命。
在本发明中，所述NP比通过以下公式进行计算：NP比＝负极活性材料的容量/正极活性材料的容量＝(单位面积的负极涂布重量×负极活性材料重量比×负极活性材料的克容量)/(单位面积的正极涂布重量×正极活性材料重量比×正极活性材料的克容量)。
在本发明中，所述锂离子电池的富余容量是通过负极容量减正极容量得到。
在本发明中，所述补锂技术的选择没有特殊的要求，可以为本领域常规使用的各种补锂方法。
在优选情况下，所述正极片的压实密度为1.6-3.89g/cm3，所述负极片的压实密度为0.6-1.2g/cm3。在具体的实施方式中，所述正极片的压实密度可以为1.6g/cm3、1.7g/cm3、1.8g/cm3、1.9g/cm3、2g/cm3、2.1g/cm3、2.15g/cm3、2.2g/cm3、2.3g/cm3、2.4g/cm3、2.5g/cm3、2.6g/cm3、2.7g/cm3、2.8g/cm3、2.9g/cm3、3g/cm3、3.1g/cm3、3.2g/cm3、3.3g/cm3、3.4g/cm3、3.5g/cm3、3.6g/cm3、3.7g/cm3、3.8g/cm3或3.89g/cm3。在具体的实施方式中，所述负极片的压实密度可以为0.6g/cm3、0.7g/cm3、0.8g/cm3、0.9g/cm3、1g/cm3、1.1g/cm3或1.2g/cm3。
在优选情况下，所述正极集流体的平均孔径为0-5μm，孔隙率为35-50％，导电涂层厚度为2-6μm。在具体的实施方式中，所述正极集流体的平均孔径可以为1μm、2μm、3μm、4μm或5μm。在具体的实施方式中，所述正极集流体的孔隙率可以为35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％。在具体的实施方式中，所述导电涂层厚度可以为2μm、3μm、4μm、5μm或6μm。
在本发明中，对于所述正极集流体的选择没有特殊的限制，可以为本领域的常规选择。在优选情况下，所述正极集流体为铝箔。在具体的实施方式中，所述正极集流体可以为多孔铝箔。
在优选情况下，所述负极集流体的厚度为3-8μm，孔隙率为35-50％，平均孔径为20-100μm。在具体的实施方式中，所述负极集流体的厚度可以为3μm、4μm、5μm、6μm、7μm或8μm。在具体的实施方式中，所述负极集流体的孔隙率以为35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％。在具体的实施方式中，所述负极集流体的平均孔径可以为20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm或100μm。
在本发明中，对于所述负极集流体的选择没有特殊的限制，可以为本领域的常规选择。在优选情况下，所述负极集流体为铜箔。在具体的实施方式中，所述负极集流体可以为多孔铜箔。
在本发明中，所述负极使用多孔铜箔，如果发生析锂，Li会在微孔的内壁发生沉积，同时微孔内部发生的锂沉积会自动溶解嵌入负极，减少了析锂带来的容量损失，从而大大降低了锂枝晶生成引发的安全问题。多孔集流体制备的极片，正反两面的锂离子会起到自平衡的作用，特别在负极端，因涂层局部厚度不足导致的析锂会得到有效缓解，有利于提高安全性。
在本发明中，锂离子电池的正负极皆采用多孔集流体，优化集流体的孔径和孔隙率，使得正负极极片的正反面材料通过孔隙连接为一个整体，电解液有效浸润到涂层材料与集流体的结合部，并通过孔隙，使得电解液在整个电芯内部成为全贯通状态，锂离子从电解液中迁移的效率提升，迁移过程可选择路径大大增加，从而提升电池的倍率性能。
在本发明中，负极在充放电过程的具有膨胀收缩效应，多次充放电之后，涂层材料与箔材之间的剥离现象加剧，内阻急剧增大，从而影响寿命。采用多孔集流体，正负极材料通过多孔箔的孔隙，形成了紧密咬合的整体，附着力增大，涂层与集流体的剥离状况会减缓，有利于循环寿命增加。
在本发明中，在优选情况下，所述锂离子电池的保液系数为7-15g/Ah。
优选地，所述锂离子电池的保液系数为8-14g/Ah。
进一步优选的，所述锂离子电池的保液系数为9-12g/Ah。
在本发明中，充放电过程中，不可避免的形成电极材料与电解液发生副反应，不仅消耗锂源也消耗电解液，通过提高锂电池的保液系数，保液量有所增加，有利于循环寿命提高。
本发明第二方面提供了一种负极浆料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将负极活性物质、负极导电剂、增稠剂和分散剂进行干混，得到混合料；
(2)向混合料加水，然后恒温搅拌得到固含量为60-70％的浆料S1；
(3)向浆料S1中加入N-甲基吡咯烷酮和水，然后恒温搅拌得到固含量为56-58％的浆料S2；
(4)向浆料S2中加入负极粘结剂和水，然后恒温搅拌得到固含量为50-54％、粘度为1400-2000mPa·S和细度为10-35μm的浆料S3；
(5)将浆料S3依次经过第一筛网和第二筛网进行过筛，然后除泡得到负极浆料。
在优选情况下，在步骤(1)中，所述干混的时间为30-60min。在具体的实施方式中，所述干混的时间可以为30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min。
在优选情况下，在步骤(2)中，所述恒温搅拌的条件包括：温度为60-65℃，时间为120-180min。具体的，所述温度可以为60℃、61℃、62℃、63℃、64℃或65℃。具体的，所述时间可以为120min、130min、140min、150min、160min、170min或180min。
在优选情况下，在步骤(3)中，所述恒温搅拌的条件包括：温度为40-45℃，时间为50-70min。具体的，所述温度可以为40℃、41℃、42℃、43℃、44℃或45℃。具体的，所述时间可以为50min、55min、60min、65min或70min。
在优选情况下，在步骤(4)中，所述恒温搅拌的条件包括：温度为20-30℃，时间为25-35min。具体的，所述温度可以为20℃、21℃、22℃、23℃、24℃25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃。具体的，所述时间可以为25min、26min、27min、28min、29min、30min、31min、32min、33min、34min或35min。
在优选情况下，在步骤(5)中，所述第一筛网的目数为150目，所述第二筛网的目数为200-300目。在具体得到实施方式中，所述第二筛网的目数为250目。
在优选情况下，在步骤(5)中，对于所述除泡的方法没有特殊的要求，可以为本领域常规使用的除泡方法。在具体的实施方式中，所述除泡为真空搅拌除泡。
进一步优选地，在步骤(5)中，所述除泡的搅拌时间为10-20min。
在本发明中，所述负极浆料的制备方法具有以下优点：
⑴所有粉体材料一次加入进行干混搅拌，缩短制浆工序总体时长，极大提高了负极浆料制备效率。
⑵采用高温高固含量高速搅拌工艺，高温下水的缔合度减小，分子热运动加快，增加了水的渗透力和溶解力，缩短了增稠剂、分散剂的溶解时间，分散剂作用和高速搅拌作用下，加快了负极主材和导电剂的分散速率，缩短了制浆时间，极大地提高了生产效率；
⑶加入了分散剂和N-甲基吡咯烷酮降低了浆料表面张力，提高负极浆料的稳定性，进而可以抑制浆料沉降，防止浆料涂覆边缘鼓边卷边等不良现象，提高极片合格率。
⑷浆料过两道目数不同的筛网后得到的负极浆料更细腻，可以有效减少因大颗粒阻塞涂布机模头而造成的极片划痕等涂布缺陷，提高极片质量，从而提高电池性能。
本发明第三方面提供由上述方法制备得到的负极浆料。
本发明第四方面提供了一种锂离子电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
将正极片、负极片以及隔离膜堆叠成一个方型叠芯，然后在叠芯两侧对称设置两个锂片三电极，随后放入电池壳体中，依次进行灌注电解液、密封和化成，得到锂离子电池；
其中，所述负极片的容量与所述正极片的容量的比值1.41-9.41；
所述锂离子电池的富余容量通过补锂技术进行补充；
所述正极片的制备过程包括：将正极浆料布在正极集流体上，然后烘干得到正极片；
所述负极片的制备过程包括：将正极浆料布在正极集流体上，然后烘干得到正极片；
优选地，所述负极浆料为权利要求8所述的负极浆料。
在优选情况下，所述锂离子电池的保液系数为7-15g/Ah。
在优选情况下，所述正极集流体为铝箔。
在优选情况下，所述正极片的压实密度为1.6-3.89g/cm3。
优选地，所述正极集流体的平均孔径为0-5μm，孔隙率为35-50％，导电涂层厚度2-6μm。
在优选情况下，所述负极集流体为铜箔。
在优选情况下，所述负极片的压实密度为0.6-1.2g/cm3。
在优选情况下，所述负极集流体的厚度3-8μm，孔隙率为35-50％，平均孔径为20-100μm。
进一步优选的，所述正极集流体为铝箔。
进一步优选的，所述负极集流体为铜箔。在具体的实施方式中，所述铜箔为多孔铜箔。
在本发明中，在优选情况下，所述正极浆料涂布后，涂布面密度为1-4g/100cm2。
在本发明中，在优选情况下，烘干得到正极片时，所述烘干的温度为110-150℃。
在本发明中，在优选情况下，所述负极浆料涂布后，涂布面密度为0.8-2g/100cm2。
在本发明中，在优选情况下，烘干得到负极片时，所述烘干的温度为70-120℃。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
(1)正极极片的制备
将正极粘结剂聚偏氟乙烯用N-甲基吡咯烷酮溶剂溶解并配置成质量分数为6％的粘结剂溶液，之后在搅拌下加入正极活性物质LiFePO4(克容量为140mAh/g)、正极导电剂碳纳米管导电剂，之后进一步搅拌形成均匀的正极浆料，其中LiFePO4、聚偏氟乙烯和碳纳米管的重量比为92:3:5，之后将正极浆料均匀地涂布在正极集流体铝箔上，涂布面密度为1.4g/100cm2，然后在120℃下烘干得到正极片，之后进行辊压并控制正极片的厚度，使其压实密度为2g/cm3，最后经过分切制得145mm×179mm的正极小片。其中正极集流体铝箔厚度20μm，平均孔径5μm，孔隙率40％，导电涂层厚度2μm；
(2)负极极片的制备
原料准备：负极活性物质94重量份(人造石墨：硬碳＝1:1，克容量为330mAh/g)、导电碳1.8重量份、碳纳米管1重量份、羧甲基纤维素钠(CMC)1.2重量份、分散剂(PVP)0.5重量份、丁苯橡胶(SBR)1.5重量份、N-甲基吡咯烷酮(NMP)4重量份、去离子水88重量份。
制备负极浆料：
①粉料干混：将石墨、导电碳、碳纳米管、羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡咯烷酮加入搅拌机进行混合搅拌30min，搅拌公转35rpm，搅拌自转1300rpm，制得均匀的混合料；
②将去温度为65℃离子水溶剂加入①的混合料中，搅拌时长180min，搅拌公转60rpm，搅拌自转3000rpm，过程恒定浆料温度61℃，制得固含量为60-70％的浆料S1；
③将N-甲基吡咯烷酮和部分去离子水溶剂加入步骤②所得的浆料S1中，搅拌60min，搅拌公转60rpm，搅拌自转3000rpm，过程恒定浆料温度40℃制得固含量为56-58％的浆料S2；
④将丁苯橡胶和部分去离子水加入步骤③所得的浆料S2中，搅拌30min，搅拌公转50rpm，搅拌自转2500rpm，调节固体含量50-54％，过程调节并恒定浆料温度值25℃，粘度1500-2500mPa·S,细度10～35μm得到各组分混合均匀的浆料S3；
⑤步骤④所得的浆料S3第一次过100目筛网，第二次过250目筛网，搅拌15min，搅拌公转20rpm，真空度-90kpa得到负极浆料。
负极涂布
将负极浆料均匀地涂布在负极集流体铜箔上，涂布面密度为0.872g/100cm2，然后在90℃下烘干得到负极膜片，之后进行辊压并控制负极片的厚度，使其压实密度为1.1g/cm3，最后经过分切制得148mm×185mm的负极小片。其中负极集流体为铜箔，厚度为8μm，平均孔径40μm，孔隙率40％。
(3)电解液的制备
电解液以浓度为1.2mol/L的LiPF6为锂盐，以碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)的混合物(质量比为3:5:2)为非水有机溶剂。
(4)锂离子电池的制备
将上述正极片、负极片以及厚度为25μm的PE隔离膜堆叠成一个方型叠芯，然后叠芯两侧对称设置两个锂片三电极，随后放入铝塑外包装膜中，灌注电解液、密封、化成，制备成NP比为1.5的锂离子电池A1。
实施例2
按照实施例1所述的方法进行实施，与之不同的是，辊压并控制负极片的厚度，使其压实密度为1.2g/cm3。
实施例3
按照实施例1所述的方法进行实施，与之不同的是，辊压并控制正极片的厚度，使其压实密度为2.15g/cm3。
实施例4
按照实施例1所述的方法进行实施，与之不同的是，辊压并控制正极片的厚度，使其压实密度为2.15g/cm3；辊压并控制负极片的厚度，使其压实密度为1.2g/cm3。
实施例5
按照实施例1所述的方法进行实施，与之不同的是，负极片涂布面密度为1.163g/100cm2；NP比为2。
实施例6
按照实施例5所述的方法进行实施，与之不同的是，辊压并控制负极片的厚度，使其压实密度为1.2g/cm3。
实施例7
按照实施例5所述的方法进行实施，与之不同的是，辊压并控制正极片的厚度，使其压实密度为2.15g/cm3。
实施例8
按照实施例5所述的方法进行实施，与之不同的是，辊压并控制正极片的厚度，使其压实密度为2.15g/cm3；辊压并控制负极片的厚度，使其压实密度为1.2g/cm3。
实施例9
按照实施例1所述的方法进行实施，与之不同的是，负极片涂布面密度为1.453g/100cm2；NP比为2.5。
实施例10
按照实施例9所述的方法进行实施，与之不同的是，辊压并控制负极片的厚度，使其压实密度为1.2g/cm3。
实施例11
按照实施例9所述的方法进行实施，与之不同的是，辊压并控制正极片的厚度，使其压实密度为2.15g/cm3。
实施例12
按照实施例9所述的方法进行实施，与之不同的是，辊压并控制正极片的厚度，使其压实密度为2.15g/cm3；辊压并控制负极片的厚度，使其压实密度为1.2g/cm3。
实施例13
按照实施例1所述的方法进行实施，与之不同的是，正极集流体铝箔厚度为20μm，导电涂层厚度2μm，无开孔；负极片涂布面密度为0.698g/100cm2；负极正极集流体铜箔的为厚度8μm，无开孔；叠芯两侧不设置两个锂片三电极，随后放入铝塑外包装膜中；NP比为1.2。
实施例14
依照实施例13的方法制备负极将及锂离子电池，与之不同的是，在负极浆料的制备过程中，在步骤(2)中，搅拌时间150min。
对比例1
按照实施例1所述的方法进行实施，与之不同的是，正极集流体铝箔厚度为20μm，导电涂层厚度2μm，无开孔；负极片涂布面密度为0.698g/100cm2；负极正极集流体铜箔的为厚度8μm，无开孔；叠芯两侧不设置两个锂片三电极，随后放入铝塑外包装膜中；NP比为1.2。
对比例2
按照对比例1所述的方法进行实施，与之不同的是，辊压并控制负极片的厚度，使其压实密度为1.2g/cm3。
对比例3
按照对比例1所述的方法进行实施，与之不同的是，辊压并控制正极片的厚度，使其压实密度为2.15g/cm3。
对比例4
按照对比例1所述的方法进行实施，与之不同的是，辊压并控制正极片的厚度，使其压实密度为2.15g/cm3；辊压并控制负极片的厚度，使其压实密度为1.2g/cm3。
对比例5
按照实施例13所述的方法进行实施，与之不同的是，电池负极浆料采用如下步骤进行制备：
1)原料准备：石墨94.3重量份、导电碳1.8重量份、碳纳米管1.0重量份、羧甲基纤维素钠(CMC)1.2重量份、丁苯橡胶1.5重量份、去离子水92重量份。
2)制备负极浆料：
①制备CMC胶液：根据1)中配比按重量份计称取1.2份羧甲基纤维素钠，加入部分去离子水，常温下，搅拌180min，搅拌公转60rpm，搅拌自转3000rpm，配置固含量为2％的CMC胶液；
②导电胶液制备：将导电碳、导电石墨入搅拌机进行混合搅拌180min，搅拌公转60rpm，搅拌自转3000rpm，制得均匀的混合物；
③将石墨加入到②的混合物中，搅拌240min，搅拌公转60rpm，搅拌自转3000rpm，过程恒定浆料温度25℃，制得固含量为60～70％的均匀混合物S1；
④将部分去离子水溶剂加入步骤③所得的混合物S1中，搅拌60min，搅拌公转60rpm，搅拌自转3000rpm，过程恒定浆料温度25℃制得固含量为56-58％的浆料S2；
⑤将丁苯橡胶和部分去离子水加入步骤③所得的浆料S2中，搅拌30min，搅拌公转50rpm，搅拌自转2500rpm，调节固体含量50-54％，过程调节并恒定浆料温度值25℃，粘度1500-2500mPa·S，得到各组分混合均匀的负极浆料S3；
⑥步骤⑤所得的浆料S3过150目筛网，搅拌15min，搅拌公转20rpm，真空度-90kpa得到负极浆料。
3)负极涂布
负极片涂布面密度为0.698g/100cm2；负极正极集流体铜箔的为厚度8μm，无开孔；在步骤(4)中，叠芯两侧不设置两个锂片三电极，随后放入铝塑外包装膜中；NP比为1.2。
对比例6
依照对比例5的方法制备负极将及锂离子电池，与之不同的是，在制得浆料S1的过程中，搅拌时间为300min。
测试例
1、锂离子电池的循环性能测试
(1)8C倍率充放电循环性能测试
在25℃下，以8C倍率恒流充电到3.65V，然后在3.65V下恒压充电，截止电流为0.1C，之后以8C倍率恒流放电，截止电压是2.2V，此为一个充放电循环过程，重复N次该充放电循环过程。
N次循环后的容量保持率(％)＝第N次循环的放电容量/第一次循环的放电容量×100％。当容量保持率＜80％，循环测试结束。
(2)20C倍率充放电循环性能测试
在25℃下，以20C倍率恒流充电到3.65V，然后在3.65V下恒压充电，截止电流为0.2C，之后以20C倍率恒流放电，截止电压是2.2V，此为一个充放电循环过程，重复N次该充放电循环过程。
N次循环后的容量保持率(％)＝第N次循环的放电容量/第一次循环的放电容量×100％。当容量保持率＜80％，循环测试结束。
2、20C倍率充电恒流比
在25℃下，以20C倍率恒流充电到3.65V，然后在3.65V下恒压充电，截止电流为0.2C，之后以20C倍率恒流放电，截止电压是2.2V，此为一个充放电循环过程，重复5次该充放电循环过程，过程记录后3次恒流充电容量与恒流恒压充电容量的比值，将3次比值取平均值即得到电池20C倍率充电恒流比。
3、负极极片的析锂情况测试
在25℃下，以20C倍率恒流充电到3.65V，然后在3.65V下恒压充电，截止电流为0.2C，之后以20C倍率恒流放电，截止电压是2.2V，此为一个充放电循环过程，重复5次该充放电循环过程。结束后将锂离子电池满充，之后拆解，观察负极极片表面的析锂情况。析锂程度分为不析锂、轻微析锂、中度析锂以及严重析锂，不析锂表示负极极片表面的析锂区域为0％；轻微析锂表示负极极片表面的析锂区域小于整体区域的10％，中度析锂表示负极极片表面的析锂区域为整体区域的10-30％，严重析锂表示负极极片表面的析锂区域超过整体区域的30％。
实施例1-12和对比例1-4关键参数及性能测试结果如表1所示。
从实施例1-12和对比例1-4性能测试结果对比中可以看出，随着负极涂布面密度的增大，NP比增加，锂离子电池20C恒流比不断增大，即倍率充电性能不断提升，最快可以在3分钟内充满96.77％的电量。
从实施例1-12和对比例1-4性能测试结果对比中可以看出，随着负极涂布面密度的增大，NP比增加，8C倍率循环和20C倍率循环测试明显增多，8C充放电循环次数高达12055次；20C充放电循环次数高达4515次。
从实施例2、4、6、8、10、12和对比例2、4负极片析锂情况可以看出，本发明的锂离子电池可以负极片析锂情况，进而提升电池的安全性能。
表1
Figure BDA0002421685310000191
4、负极浆料稳定性测试
取过筛后的浆料500ml，用粘度计3号转子，转速30rmp，25℃下测试并记录初始粘度，将浆料恒温25度并密封，然后每隔4h测试其粘度，要求粘度4h无明显变化，若浆料粘度明显减小，即发生沉降，说明浆料稳定性差，记录浆料搁置20h后是否发生沉降。
5、负极浆料粘度测试
取负极浆料S3用刮板细度计测试3次并记录其细度的平均值。
6、浆料造成涂布极片不良率统计
通过冲片机自动CCD拍照不良片挑选系统识别统计出由负极浆料造成的划痕、颗粒等不良极片数量，计算出浆料造成的涂布极片不良率。
实施例13-14和对比例5-6负极浆料稳定性测试结果、负极浆料粘度测试结果和浆料造成涂布极片不良率统计结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002421685310000201
从实施例13-14和对比例5-6性能测试结果对比中可以看出，在电池性能相当的情况下，与传统负极浆料相比本发明的负极浆料制备方法可以使制浆时长总时长缩短一半以上，极大提高了生产效率。
从实施例13-14和对比例5-6浆料的细度、稳定性和造成极片不良率对数据比中可以看出，与传统负极浆料相比本发明的负极浆料制备方法浆料细度跟小，分散效果更好；浆料更稳定；涂布造成的不良率比传统方法明显要低。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括正极片、负极片、隔膜、电解液和电池壳体，所述正极片包括正极集流体和正极浆料，所述负极片包括负极集流体和负极浆料；
其中，所述负极片的容量与所述正极片的容量的比值为1.41-9.41；
所述锂离子电池的富余容量通过补锂技术进行补充；
优选地，所述正极浆料包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂；
优选地，所述负极浆料包括负极活性物质、负极导电剂、增稠剂、负极粘结剂和分散剂。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极片的压实密度为1.6-3.89g/cm3，所述负极片的压实密度为0.6-1.2g/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极集流体的平均孔径为0-5μm，孔隙率为35-50％，导电涂层厚度为2-6μm。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极集流体的厚度为3-8μm，孔隙率为35-50％，平均孔径为20-100μm。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的保液系数为7-15g/Ah。
6.一种负极浆料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将负极活性物质、负极导电剂、增稠剂和分散剂进行干混，得到混合料；
(2)向混合料加水，然后恒温搅拌得到固含量为60-70％的浆料S1；
(3)向浆料S1中加入N-甲基吡咯烷酮和水，然后恒温搅拌得到固含量为56-58％的浆料S2；
(4)向浆料S2中加入负极粘结剂和水，然后恒温搅拌得到固含量为50-54％、粘度为1400-2000mPa·S和细度为10-35μm的浆料S3；
(5)将浆料S3依次经过第一筛网和第二筛网进行过筛，然后除泡得到负极浆料。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述干混的时间为30-60min；
优选地，在步骤(2)中，所述恒温搅拌的条件包括：温度为60-65℃，时间为120-180min；
优选地，在步骤(3)中，所述恒温搅拌的条件包括：温度为40-45℃，时间为50-70min；
优选地，在步骤(4)中，所述恒温搅拌的条件包括：温度为20-30℃，时间为25-35min；
优选地，在步骤(5)中，所述第一筛网的目数为150目，所述第二筛网的目数为200-300目。
8.由权利要求6或7所述的方法制备得到的负极浆料。
9.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将正极片、负极片以及隔离膜堆叠成一个方型叠芯，然后在叠芯两侧对称设置两个锂片三电极，随后放入电池壳体中，依次进行灌注电解液、密封和化成，得到锂离子电池；
其中，所述负极片的容量与所述正极片的容量的比值1.41-9.41；
所述锂离子电池的富余容量通过补锂技术进行补充；
所述正极片的制备过程包括：将正极浆料布在正极集流体上，然后烘干得到正极片；
所述负极片的制备过程包括：将正极浆料布在正极集流体上，然后烘干得到正极片；
优选地，所述负极浆料为权利要求8所述的负极浆料。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述锂离子电池的保液系数为7-15g/Ah；
优选地，所述正极集流体为铝箔；
优选地，所述正极片的压实密度为1.6-3.89g/cm3；
优选地，所述正极集流体的平均孔径为0-5μm，孔隙率为35-50％，导电涂层厚度2-6μm；
优选地，所述负极集流体为铜箔；
优选地，所述负极片的压实密度为0.6-1.2g/cm3；
优选地，所述负极集流体的厚度3-8μm，孔隙率为35-50％，平均孔径为20-100μm。
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