CN117423890A - 基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池，属于锂离子电池技术领域。全电池的负极是将塌陷碳基纳米笼材料、PVDF和乙炔黑按比例溶于有机溶剂中制成浆料后涂敷于铜箔集流体上制成的；正极是将磷酸铁锂、PVDF和乙炔黑按比例溶于有机溶剂中制成浆料后涂敷于铝箔集流体上制成的。本申请以塌陷碳基纳米笼为基础负极材料，综合考虑正负极材料与电池其余部分的匹配性和正负极能量守恒的关系后使得装配出的全电池具备高体积性能，制备的cNSCNC//LFP锂离子全电池展现出优异的体积能量密度、体积功率密度和高稳定性。

Description

基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池。
背景技术
锂离子电池因其能量密度高，使用寿命长，和相对较高的安全性等优异的特性，被3C产品的开发商选为优选电源。近年来，由于对电化学储能设备小型化的需求不断攀升，优化电池的体积性能成为当前亟需解决的技术问题。
体积能量密度是质量能量密度和材料密度的乘积，因此，提高质量能量密度及材料密度是提升电池体积能量密度的两条主要途径。锂硫、锂氧电池具有高的质量能量密度以获得高的体积能量密度，但面临着循环性能差、转化反应动力学缓慢、安全性能低等问题，难以应用于实际生活。在锂离子电池开发过程中发现，硅、锡、氧化物等负极材料虽拥有高的理论体积容量(理论体积容量能达到2000mAh cm-3)，但存在导电性差、充放电过程中体积变化大等不足，阻碍了相应材料在高体积性能锂离子电池中的应用。商业化的石墨(GP)负极虽然避开了前述问题，但因其遵循传统的插层储锂机制，所以体积容量有限(<600mAhcm-3)，同样遭遇发展瓶颈。
多孔的纳米碳负极具有增加的比表面积和活性位点的特点，质量容量和倍率性能得到明显提升。如中国专利CN 102593425 A公开一种基于空心碳纳米笼负极材料的高性能锂离子电池的组装方法，其将空心碳纳米笼和粘结剂PVDF混合，磁力搅拌分散于N-甲基吡咯烷酮溶液中制成空心碳纳米笼浆液并涂抹于集流体之上，真空干燥制得碳纳米笼电极极片；再将该电极极片放入手套箱里，利用电解液、金属锂片、隔膜、垫片、弹片和电池壳，组装成为锂离子电池。所得锂离子电池的充放电电压范围是0.01～3.0V，在小电流0.1Ag-1时比容量高达1000mAh g-1，同时还具有很好的稳定性。
虽然基于空心碳纳米笼结构制备的锂离子半电池在能量密度和功率密度参数上已经较传统的材料有了重大突破，但是本领域技术人员经进一步研究发现，这种空心碳纳米笼材料因为存在过剩的大孔和介孔结构，所以振实密度比较低，在此前提下其体积性能同样受到限制。因此，开发高质量性能和高密度的碳负极是提高锂离子电池体积性能的关键。
将多孔的纳米碳材料致密化，是有望提高锂离子电池的体积性能的可靠手段。因为纳米-致密碳既能保留材料的纳米尺寸、微孔结构和掺杂原子特性，又能消除过剩的大孔和介孔，提高密度，在不牺牲锂离子电池质量性能的前提下，提升锂离子电池的体积性能。获得纳米-致密碳的方法主要有两种：①外部致密化：采用压力、摩擦力等机械外力来压实纳米材料。但过高的机械外力会破坏材料的初始结构，降低材料的比表面积，且不可避免的粒子间空隙导致密度增加有限；②内部致密化：通过键合力、毛细管力等内力来聚集、收缩纳米材料。这种内部致密化能够有序地排列纳米颗粒、精确调控碳网孔隙、保持结构稳定性，是提高纳米碳密度的有效方法。
专利CN 111834130 A公开一种塌陷碳基纳米笼电极材料及其制备方法，其借助毛细作用力的“压缩—塌陷”现象，利用样品干燥过程产生的毛细压力，使纳米笼塌陷，减小多余大孔和介孔，从而提高材料密度，实现对单个碳纳米笼笼内多余介孔空间的可控压缩调控，构建出薄壁、窄孔且均匀分布的高密度塌陷碳基纳米笼电极材料。同时，大的比表面积、丰富微孔和掺杂原子引入额外锂锚定位点的纳米结构，有利于塌陷碳基纳米笼质量比电容的提高。但是该文件仅指出该电极材料对紧凑型超级电容器体积能量密度提升以及商业化铅酸电池的水平提升有重要影响，并未公开其在锂离子电池中的用途。
专利CN 102593425 A虽涉及碳纳米笼材料在锂离子电池领域的应用，但是其重点也是研究的半电池材料的性能，并未提出基于碳纳米笼材料构建全电池的工艺。因而，即使将该文件中涉及的空心碳纳米笼材料替换为专利CN 111834130 A公开的高密度塌陷碳基纳米笼材料，构建出的也只是锂离子半电池，只能研究相应碳材料的克容量和首次充放电效率等特性，据此无法直接获知也无法直接推断得知基于高密度碳材料得到的全电池的性能。
全电池作为一个完整的电池，含电池正极、电池负极、隔膜、电解液和壳体，基于组装条件的不同，正极或负极材料与电池其余部分的匹配程度会有所不同，组装时更是需要考虑正负极能量守恒，这些因素都会影响全电池的电化学性能和机械性能，因此，想要获得基于塌陷碳基纳米笼电极材料的高体积能量密度的锂离子全电池还有待技术人员做进一步的研究探索。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池，以掺杂或未掺杂杂原子的塌陷碳基纳米笼材料作为基础负极材料，综合考虑材料匹配程度和正负极能量守恒关系后组装出的锂离子全电池具备优异的体积能量密度、体积功率密度和高稳定性。
本发明是这样来实现的：一种基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池，包括正极、负极、电解液、隔膜和壳体，所述负极是将塌陷碳基纳米笼材料、PVDF和乙炔黑按比例溶于有机溶剂中制成浆料后涂敷于铜箔集流体上并干燥后制成的；所述正极是将磷酸铁锂、PVDF和乙炔黑按比例溶于有机溶剂中制成浆料后涂敷于铝箔集流体上并干燥后制成的。
进一步地，所述塌陷碳基纳米笼材料为塌陷碳纳米笼电极材料、塌陷氮掺杂碳纳米笼电极材料、塌陷硫掺杂碳纳米笼电极材料或塌陷氮硫共掺杂碳纳米笼电极材料。
作为优选，所述塌陷碳基纳米笼材料为塌陷氮硫共掺杂碳纳米笼电极材料。
进一步地，制备负极时所用塌陷碳基纳米笼材料、PVDF和乙炔黑的质量比为8～9:0.5～1:0.5～1。
进一步地，制备正极时所用磷酸铁锂、PVDF和乙炔黑的质量比为8～9:0.5～1:0.5～1。
进一步地，所述有机溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮。
进一步地，负极浆料涂敷于铜箔集流体上的负载量为0.4～3.5mg cm-2，负极浆料干燥温度为60～100℃，烘干时间为8～12h。
进一步地，正极浆料涂敷于铝箔集流体上的负载量为3.3～25mg cm-2，正极浆料干燥温度为60～100℃，烘干时间为8～12h。
进一步地，所述电解液为将六氟磷酸锂溶于碳酸乙烯和碳酸二甲酯的混合溶剂中制备而成的，六氟磷酸锂的浓度为1mol L-1，碳酸乙烯和碳酸二甲酯的体积比为1:1；所述隔膜为Celgard 2500聚丙烯膜。
进一步地，基于塌陷氮硫共掺杂碳纳米笼电极材料制备而成的锂离子全电池的体积能量密度能达到1029Wh L-1、对应的体积功率密度为111W L-1，体积能量密度为445Wh L-1时、对应的体积功率密度能达到11.13kW L-1，1C循环200次后，容量保持率能达到90.1％，库仑效率能达到97.7％。
有益效果：
1、本申请以高密度塌陷碳基纳米笼材料作为基础负极材料，综合考虑正负极材料与电池其余部分的匹配性和正负极能量守恒的关系后装配出了高体积性能的锂离子全电池cNSCNC//LFP，cNSCNC//LFP的体积能量密度(Ev)能达到1029Wh L-1、相应的体积功率密度(Pv)为111W L-1；Ev达到445Wh L-1时、对应的Pv能达到11.13kW L-1，普遍高于现有水平；
2、利用本申请公开方法制备的基于cNSCNC的锂离子全电池cNSCNC//LFP具有较高的稳定性，在1C循环200次后，容量保持率为90.1％，库仑效率为97.7％；
3、本申请公开的高密度塌陷碳基纳米笼材料是具有大的比表面积、丰富微孔的纳米结构，掺杂原子后引入额外的锂锚定位点，使sp2碳的电荷重新分配到最佳状态，有利于塌陷碳基纳米笼质量比容量(Cwt-anode)的提高，掺杂原子有利于电解液的浸润和良好的离子吸附，且塌陷结构还能提高材料密度(ρ)，这些特点均有助于制备体积比容量(Cv-anode)高的碳负极材料，并最终获得令人满意的全电池性能(Ev、Pv)；
4、本申请公开的基于cNSCNC的锂离子全电池展现出优异的体积能量密度、体积功率密度和高稳定性，这不仅有助于拓宽锂离子电池的应用场景，也能为锂离子电池领域的发展提供新的思路。
附图说明
图1为实施例一获取的hNSCNC、mNSCNC、cNSCNC、cNCNC、cSCNC、cCNC的扫描电镜照片；
图2为实施例一获取的hNSCNC、mNSCNC、cNSCNC、cNCNC、cSCNC、cCNC的透射电镜照片；
图3为实施例一获取的hNSCNC、cNSCNC、cNCNC、cSCNC、cCNC和石墨(GP)的XPS图；
图4为实施例二获取的0.1Ag-1时，基于cNSCNC、cNCNC、cSCNC、cCNC、GP制备的锂离子半电池的循环性能图；
图5为实施例二获取的1Ag-1时，基于cNSCNC、cNCNC、cSCNC、cCNC、GP制备的锂离子半电池的循环性能图；
图6为实施例二获取的0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、20、25Ag-1时，基于cNSCNC、cNCNC、cSCNC、cCNC、GP制备的锂离子半电池的倍率性能图；
图7为实施例二获取的cNSCNC与典型碳负极的速率性能对比图；
图8为实施例三获取的锂离子全电池cNSCNC//LFP在电流密度为0.1、0.2、0.5、1、2、5、10C时的充放电曲线；
图9为描述实施例三制备的cNSCNC//LFP全电池、对比例一制备的GP//LFP全电池和商业化18650B电池的体积能量密度(Ev)与体积功率密度(Pv)的Ragone图；
图10为cNSCNC//LFP全电池的循环性能图。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例一、塌陷碳纳米笼材料的制备
1)称取8g分析纯的碱式碳酸镁置于石英管中的多孔的玻璃砂芯挡板上，并将石英管竖直放入垂直式管式炉中；
2)以200sccm的流量向管式炉中通入Ar气流，将石英管中的空气排出；
3)以10℃/min的升温速率使管式炉升温至目标反应温度800℃，并保温60分钟使碱式碳酸镁分解为氧化镁；
4)使用注射泵将分析纯的纯碳前驱体-苯注入高温反应区使之在高温下碳化沉积于氧化镁表面，注入速度为50μL/min，注入时间为3min，
5)继续通入氩气，直至管式炉温度降至室温，将所得产物收集于烧杯中，用稀HCl溶液(2mol/L)在室温下搅拌48h，去除MgO模板；真空抽滤，并通过蒸馏水、乙醇洗涤数次，于80℃下干燥12h，在干燥的过程中，由于毛细作用力大于碳层的自支撑力，碳层不能保持氧化镁的形貌而引起塌陷，得到塌陷碳纳米笼电极材料，记为cCNC。
本实施例中在注入前驱体时考虑到前驱体注入时间太长、即前驱体进样量较大的情况下，模板上沉积碳层层数会较多，去除模板后碳层的自支撑力大于毛细作用力，产物就会遗传模板的立方形状、获得未塌陷的分级结构碳纳米笼和中等塌陷的碳纳米笼这一问题；特意将前驱体注入时间控制在较短的3min，较短的注入时间可减少前驱体溶液的进样量，进而减小包裹模板的碳层层数，在后续去除模板并干燥的过程中，使毛细作用力能大于碳层的自支撑力，即能通过毛细作用力对分级碳纳米笼笼外大孔和单个薄壁碳纳米笼笼内介孔进行可控压缩，使得碳层不能保持氧化镁的形貌而引起塌陷，调控材料密度，最终获得高密度的塌陷碳基纳米笼。
6)将步骤4)中的前驱体分别替换为吡啶、噻吩以及吡啶和噻吩的混合物(2:1，V/V)，保持其他条件不变，即可分别得到塌陷氮掺杂碳纳米笼电极材料(记为cNCNC)、塌陷硫掺杂碳纳米笼电极材料(记为cSCNC)和塌陷氮硫共掺杂碳纳米笼电极材料(记为cNSCNC)。得到的一系列的塌陷碳基纳米笼材料具有相似的高密度(～0.97g cm-3)、丰富微孔(0.6nm)、增加的活性位点(缺陷、N、S或N&S)、优异的浸润性(与锂离子电解液最优接触角低至8°)和扩大的碳层间距(由石墨的0.335nm增加至～0.402nm)等特点，有利于有限空间内锂离子的扩散和存储。
作为对比，将步骤4)中的前驱体替换为吡啶和噻吩的混合物(2:1，V/V)，并在注入速度为50μL/min不变的情况下，将注入时间分别调整为较长的10min和5min，即可分别得到未塌陷的分级结构氮硫共掺杂碳纳米笼(记为hNSCNC)和中等塌陷的氮硫共掺杂碳纳米笼(记为mNSCNC)。
图1为本实施例获取的hNSCNC、mNSCNC、cNSCNC、cNCNC、cSCNC、cCNC的扫描电镜照片，从图中可以看出，在将前驱体注入时间控制在较短的3min的情况下，所得塌陷碳基纳米笼材料中多余的大孔和介孔明显减少，材料密度提升。
图2为本实施例获取的hNSCNC、mNSCNC、cNSCNC、cNCNC、cSCNC、cCNC的透射电镜照片，从图中也可以看出所得塌陷碳基纳米笼材料中多余的大孔和介孔明显减少，材料密度提升。
图3为本实施例获取的hNSCNC、cNSCNC、cNCNC、cSCNC、cCNC和石墨(GP)的XPS数据，表明成功制备出了未掺杂和掺杂杂原子的碳纳米笼。
实施例二、基于塌陷碳纳米笼材料的锂离子半电池的制备
以8:1:1的质量比分别称取cCNC电极材料0.8mg、聚偏氟乙烯(PVDF)0.1mg和乙炔黑0.1mg，溶解于10μLN-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶剂中制成浆料，取适量浆料涂敷于铜箔集流体上，负载量为～1.0mg cm-2，真空干燥箱中于60℃条件下烘干12h，作为工作电极。所有电极片在10MPa下压紧后放入手套箱内组装电池，采用1mol L-1六氟磷酸锂(LiPF6)溶液作为电解液(所用溶剂为碳酸乙烯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物，VEC:VDMC＝1:1)，采用Celgard 2500聚丙烯膜作为隔膜，金属Li作为对电极，组装成锂离子半电池。
将cCNC电极材料分别替换为cNCNC、cSCNC或cNSCNC，其他步骤保持不变，制得基于不同塌陷碳纳米笼材料的锂离子半电池。
半电池性能测试：
相应结果见图4(商业化石墨(GP)的曲线列在图中以便比较)，从图中可以看出，在0.1Ag-1电流密度下，基于cNSCNC、cNCNC、cSCNC、cCNC制备的半电池的质量容量Cwt为1627、1161、1016和756mAh g-1。考虑到塌陷样品的电极密度为0.97g cm-3，因此，对应的体积容量Cv分别为1578、1115、1013和733mAh cm-3。
基于cNSCNC、cNCNC、cSCNC和cCNC的半电池在100次循环后的保留率分别为初始性能的90.4％、77.5％、74.4％和67.8％。
在更高的电流密度下，基于cNSCNC的半电池依然表现出非常好的循环性能，1Ag-1循环1000次后，体积容量Cv保持在814mAh cm-3，高于基于cNCNC、cSCNC和cCNC的半电池，考虑是因为cNSCNC不仅具有高密度、丰富微孔的特点，且其上具有N、S协同活性位点和扩大的碳层间距，这些条件均有利于锂离子在有限空间内的存储和扩散(图5)。
此外，基于cNSCNC的半电池表现出非常好的倍率性能(图6)，在0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、20和25Ag-1，体积容量Cv分别为1605、1397、1172、1002、827、585、385、239和190mAhcm-3，高于其他塌陷的样品，当电流密度恢复到0.1Ag-1时，体积容量Cv恢复到1602mAh cm-3，表现出良好的可逆性。cNSCNC的倍率性能为历史新高，其他对比材料：HNMG为高质量氮掺杂介孔石墨烯，NHGM为氮掺杂多孔石墨烯单体，mPFR-HCA为氢改性中间层排列的碳，INCM为碘氮共掺杂碳微球，均为现有文献中公开的材料，列在图中主要是方便比较(图7)。
实施例三、基于cNSCNC的锂离子全电池cNSCNC//LFP的制备
从实施例二公开的数据结果可知，基于cNSCNC的半电池相比于其他材料而言保持了较高的质量容量，同时提高了电极密度，因此，获得了优异的体积性能。因而本实施例中选择以cNSCNC为基础电极材料制备锂离子全电池。
全电池的制备过程如下：以8:1:1的质量比分别称取cNSCNC 0.32mg、聚偏氟乙烯(PVDF)0.04mg和乙炔黑0.04mg，溶解于5μL NMP溶剂中制成浆料，取适量浆料涂敷于铜箔集流体上，负载量为～0.4mg cm-2，真空干燥箱中于60℃下烘干12h，作为负极。以8:1:1的质量比分别称磷酸铁锂(LFP)2.6mg、PVDF 0.325mg、和乙炔黑0.325mg，溶解于20μL NMP溶剂中制成浆料，取适量浆料涂敷于铝箔集流体上，负载量为～3.3mg cm-2，真空干燥箱中于60℃下烘干12h，作为正极。所有电极片在10MPa下压紧后放入手套箱内组装电池，采用1mol L- 1LiPF6溶液作为电解液(所用溶剂为碳酸乙烯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物，VEC:VDMC＝1:1)，采用Celgard 2500聚丙烯膜作为隔膜，组装成锂离子全电池cNSCNC//LFP。
对比例一、基于石墨的锂离子全电池GP//LFP的制备
以8:1:1的质量比分别称取石墨(GP)1.2mg、PVDF 0.15mg和乙炔黑0.15mg，溶解于10μL NMP溶剂中制成浆料，取适量浆料涂敷于铜箔集流体上，负载量在～1.5mg cm-2，真空干燥箱中于60℃下烘干12h，作为负极。以8:1:1的质量比分别称LFP 2.6mg、PVDF 0.325mg和乙炔黑0.325mg，溶解于20μL NMP溶剂中制成浆料，取适量浆料涂敷于铝箔集流体上，负载量为～3.3mg cm-2，真空干燥箱中于60℃下烘干12h，作为正极。所有电极片在10MPa下压紧后放入手套箱内组装电池，采用1mol L-1LiPF6溶液作为电解液(所用溶剂为碳酸乙烯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物，VEC:VDMC＝1:1)，采用Celgard 2500聚丙烯膜作为隔膜，组装成锂离子全电池GP//LFP。
实施例三和对比例一制备的全电池的相关性能测试
器件性能由新威电池测试系统测定。
cNSCNC//LFP全电池在不同电流密度下的充放电曲线见图8，从图中可以看出，在电流密度为0.1、0.2、0.5、1、2、5、10C的情况下，cNSCNC//LFP的质量容量Cwt为148、146、137、130、118、93和64mAh/>平均输出电压为～3.35V。考虑到LFP的材料密度为2.6mg/(0.785cm-2×12×10-4cm)＝2.76g cm-3，因此，对应的体积容量Cv为409、403、378、358、326、257和177mAh/>
考虑到LFP和cNSCNC的材料体积为0.785cm-2×(12+4)×10-4cm＝1.256×10-6L，cNSCNC//LFP提供的体积能量密度(Ev)为1029Wh L-1，对应的体积功率密度(Pv)为111W L-1，Ev达到445Wh L-1时，对应的Pv能达到11.13kW L-1(图9)。
cNSCNC//LFP也表现出非常好的循环性能，从图10可以看出，1C循环200次后，容量保持率为90.1％，稳定性高，库仑效率为97.7％。
在电流密度为0.1、0.2、0.5、1、2、5、10C的情况下，GP//LFP的质量容量Cwt为152、150、146、138、124、96和38mAh/>平均输出电压为～3.35V。考虑到LFP的材料密度为2.6mg/(0.785cm-2×12×10-4cm)＝2.76g cm-3，因此，对应的体积容量Cv为420、414、403、381、342、265和105mAh/>考虑到LFP和GP的材料体积为0.785cm-2×(12+10)×10-4cm＝1.727×10-6L，GP//LFP提供的体积能量密度(Ev)为766Wh L-1，对应的体积功率密度(Pv)为79W L-1，体积性能明显低于实施例三制备的基于cNSCNC的全电池。
上述结果表明，高密度的cNSCNC显著提高了锂离子电池的体积性能，表现出优异的循环稳定性，显示出巨大的应用潜力。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池，包括正极、负极、电解液、隔膜和壳体，其特征在于，所述负极是将塌陷碳基纳米笼材料、PVDF和乙炔黑按比例溶于有机溶剂中制成浆料后涂敷于铜箔集流体上并干燥后制成的；所述正极是将磷酸铁锂、PVDF和乙炔黑按比例溶于有机溶剂中制成浆料后涂敷于铝箔集流体上并干燥后制成的。
2.如权利要求1所述的基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池，其特征在于，所述塌陷碳基纳米笼材料为塌陷碳纳米笼电极材料、塌陷氮掺杂碳纳米笼电极材料、塌陷硫掺杂碳纳米笼电极材料或塌陷氮硫共掺杂碳纳米笼电极材料。
3.如权利要求2所述的基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池，其特征在于，所述塌陷碳基纳米笼材料为塌陷氮硫共掺杂碳纳米笼电极材料。
4.如权利要求1所述的基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池，其特征在于，制备负极时所用塌陷碳基纳米笼材料、PVDF和乙炔黑的质量比为8～9:0.5～1:0.5～1。
5.如权利要求1所述的基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池，其特征在于，制备正极时所用磷酸铁锂、PVDF和乙炔黑的质量比为8～9:0.5～1:0.5～1。
6.如权利要求1所述的基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池，其特征在于，所述有机溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮。
7.如权利要求1所述的基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池，其特征在于，负极浆料涂敷于铜箔集流体上的负载量为0.4～3.5mg cm-2，负极浆料干燥温度为60～100℃，烘干时间为8～12h。
8.如权利要求1所述的基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池，其特征在于，正极浆料涂敷于铝箔集流体上的负载量为3.3～25mg cm-2，正极浆料干燥温度为60～100℃，烘干时间为8～12h。
9.如权利要求1所述的基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池，其特征在于，所述电解液为将六氟磷酸锂溶于碳酸乙烯和碳酸二甲酯的混合溶剂中制备而成的，六氟磷酸锂的浓度为1mol L-1，碳酸乙烯和碳酸二甲酯的体积比为1:1；所述隔膜为Celgard2500聚丙烯膜。
10.如权利要求3所述的基于高密度碳负极材料的高体积性能锂离子全电池，其特征在于，基于塌陷氮硫共掺杂碳纳米笼电极材料制备而成的锂离子全电池的体积能量密度能达到1029Wh L-1、对应的体积功率密度为111W L-1，体积能量密度为445Wh L-1时、对应的体积功率密度能达到11.13kW L-1，1C循环200次后，容量保持率能达到90.1％，库仑效率能达到97.7％。
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