本发明涉及一种锂离子电池的制备方法，属于电池技术领域。
背景技术：
锂离子电池是一种新型的绿色化学电源，与传统的镍镉电池、镍氢电池相比具有电压高、寿命长、能量密度大的优点。自1990年日本索尼公司推出第一代锂离子电池后，它已经得到迅速发展并广泛应用于各种便携式设备，涉及到3c产品、动力装置、储能设备等领域。由于新能源汽车的蓬勃发展，对动力电池的需求越来越大的同时，对其能量及倍率性能提出了更高的要求，高能量和高功率锂电池已成为电池行业的重点研究方向。
完整的锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和电池壳体构成。电极主要通过在集流体表面涂覆浆料、干燥、压实，最后获得正/负极极片。在装配电池过程需要将隔膜在正/负极极片间对齐，最后经过叠片或卷绕工艺获得电芯组件。该工艺装配电池工艺繁琐，尤其在装配过程中，需要实现电极片与隔膜的对齐和良好接触，避免模切过程中的毛刺带来的内部短路，自动化程度受限，成本高；传统技术中不同工序要求相互制约，导致电池一致性差。此外，由于正/负极极片与隔膜的界面结构较复杂，电池内阻较大，导致电池的电化学性能发挥受限制，同时，现有的加工都是通过分步对正负极材料层进行加工，存在不同步加工的制约，影响电池性能。
技术实现要素：
本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种锂离子电池的制备方法，解决的技术问题是如何实现同步性好且能够减少电池的界面阻力以减少电池内阻的性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：一种锂离子电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
a、将正极浆料和负极浆料分别转移至相应的正极注射器和负极注射器中，将正极浆料和负极浆料分别同步静电纺丝涂覆在隔膜的相对两个侧面，干燥后，在隔膜的相对两个侧面上分别形成正极活性层和负极活性层；
b、将正极集流体和负极集流体分别对应正极活性层和负极活性层进行热辊压复合在表面，再经过模切和后续加工制成相应的锂离子电池。
通过同步静电纺丝处理使正极浆料和负极资料分别在隔膜的两侧表面进行涂覆，通过静电纺丝能够使形成均匀的涂层，使其能够与隔膜之间形成更紧密的粘覆效果，使形成的正极活性层和负极活性层与隔膜形成接解更紧密，从而有效减少正极活性材料与负极活性材料跟隔膜之间的界面阻力，实现减少电池的内阻的效果；且正、负极涂覆由于采用静电纺丝处理能够形成复杂的交错的多微孔结构，相当于具有网状的结构形貌，有助于减小电极电化学过程中的极化现象，缓解体积膨胀的缺陷，使整体上提高电池的化学稳定性能。同时，通过同步采用静电纺织涂覆处理，缩短了生产时间，避免了不同工序之间的相互影响，同步加工形成提高了电池的一致性，使电池性能更加稳定，且工艺过程简单，有利于实际应用。
在上述锂离子电池的制备方法中，作为优选，步骤a中所述同步静电纺丝的条件为：
所述电压设置为20～25kv，纺丝液流速为0.6～0.8ml/h，接收距离为15～25cm；且所述正极注射器和负极注射器的金属针头直径均为0.5～0.6mm。使形成的纺丝的细微性和均匀性更优越，能够使形成的活性层具有较好的高能量密度的效果。
在上述锂离子电池的制备方法中，作为优选，所述正极活性层的面密度为10～30mg/cm2，所述负极活性层的面密度为5～20mg/cm2。通过采用静电纺丝处理更有利于形成较高的面密度，使正、负极之间能够达到较佳的容量比例，有利于提高锂离子电池的能量密度。
在上述锂离子电池的制备方法中，作为优选，所述锂离子电池的正极可逆容量与负极可逆容量之比为1:1～1:1.3。能够有效提高锂离子电池的比能量，使更进一步的提高锂离子电池的倍率和能量密度。
在上述锂离子电池的制备方法中，作为优选，步骤a中所述正极活性层和负极活性层的涂层的厚度均为50～200μm。能够保证具有较好的电池性能。
在上述锂离子电池的制备方法中，作为优选，步骤b中所述热辊压的温度为20～100℃，且所述热辊压的压力为10～1000n/cm2。目的是为了使相应的集流体更好的复合在表面，减小集流体与活性涂层之间的接触电阻，有利于材料性能的发挥。
在上述锂离子电池的制备方法中，作为优选，所述正极浆料包括正极活性材料、导电剂和粘结剂的混合浆料；所述负极浆料包括负极活性材料、导电剂和粘结剂的混合浆料。浆料中还包括有其它的溶剂成分如有机溶剂，这里的溶剂可以是nmp、二甲基甲酰胺或丙酮等等。
在上述锂离子电池的制备方法中，作为优选，步骤b中所述正极集流体选自铝箔或铝网；所述负极集流体选自铜箔或铜网。具有原料易得，成本低的优点。
在上述锂离子电池的制备方法中，作为优选，步骤a中所述隔膜选自pp膜、pe膜、双层pp/pe膜、双层pp/pp膜或三层pp/pe/pp膜，所述隔膜位于正极活性层侧的表面涂覆有陶瓷材料层。通过在隔膜的表面涂覆陶瓷材料层有利于提高隔膜的耐热性的浸润性能，使更有效的保证电池的性能。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.通过使正极活性层和负极活性层直接同步涂覆在隔膜的表面，缩短了生产时间，使正、负极活性材料与隔膜形成更紧密的复合结构特性，减少了它们之间的界面阻力，实现减少电池内阻，提高电池性能效果。
2.通过采用同步静电纺丝处理能够使形成的正、负极活性层具有致密性好和稳定性高的优点，且具有工艺简单，易利操作的优点。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
本锂离子电池通过将混合均匀的正极浆料和负极浆料分别转移至相应的正极注射器和负极注射器中，将正极浆料和负极浆料分别同步静电纺丝涂覆在隔膜的相对两个侧面，干燥后，在隔膜的相对两个侧面分别形成正极活性层和负极活性层；再将正极集流体和负极集流体分别对应正极活性层和负极活性层进行热辊压复合在表面，最好使热辊压的温度为20～100℃，且热辊压的压力为10～1000n/cm2；最佳条件为热辊压的温度为80℃，且热辊压的压力为120n/cm2；再经过模切和后续加工制成相应的锂离子电池，这里的后续加工如包括卷绕、极耳焊接、组装、真空烘烤、注液、化成、密封、全容量测试制得锂离子电池。这里通过同步静电纺丝方法将正、极浆料同步涂覆在相应的隔膜两侧表面，能够形成很好的复合效果，使有效减少界面阻力和极化现象。具体的说，本方法得到的锂离子电池包括电芯，一般锂离子电池均具有外壳和电解液，电芯设置在外壳内，更重要的是，本电芯包括隔膜，隔膜的一侧表面通过同步静电纺丝涂覆有正极活性层，以及在隔膜的另一侧表面涂覆有负极活性层，正极活性层的外侧复合有正极集流体，负极活性层的外侧复合有负极集流体。电芯可以是常规的卷绕式或叠片式的结构特点。这里同步静电纺丝操作，能够避免采用不同工序加工的差异制约导致电池性能下降的缺陷。
更进一步的方案，可以使正极活性层的面密度为10～30mg/cm2，负极活性层的面密度为5～20mg/cm2。还可以使锂离子电池的正极可逆容量与负极可逆容量之比为1:1～1:1.3。有利于正极活性材料容量的发挥，提高电池的循环寿命。最好使正极活性层和负极活性层的厚度在50～200μm。
更进一步的方案，还可以使隔膜选自pp膜、pe膜、双层pp/pe膜、双层pp/pp膜或三层pp/pe/pp膜，所述隔膜位于正极活性层侧的表面涂覆有陶瓷材料层，提高隔膜的耐热性和浸润性。正极活性层对应的正极浆料可以包括正极导电添加剂、正极粘结剂、正极溶剂，正极涂覆浆料各组分的质量比为正极活性材料：正极导电添加剂：正极粘结剂：正极溶剂的质量比10～100:1～20:1～20:5～100。负极活性层对应的负极浆料可以包括负极导电添加剂、负极粘结剂、负极溶剂，负极涂覆浆料的组分的质量比为负极活性材料：负极导电添加剂：负极粘结剂：负极溶剂的质量比10～100:1～20:1～20:5～100。进一步的，最好使正极浆料采用镍钴锰三元材料：super-p：碳纳米管：pvdf：nmp的质量比为96:1.5:1:1.5:54；负极浆料采用石墨：super-p：cmc：sbr：去离子水的质量比为95:2:1:2:72，提高电池的稳定性和循环容量保持率的性能。电池的电解液采用常规的均可，优选采用的电解液的溶质为锂盐，浓度为0.7～2m，溶质选自lipf6、libf6、liasf6、liclf6、libob中任意一种；电解液的溶剂包括碳酸酯和酯类，其中，碳酸酯选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯中的至少一种，酯类选自γ-丁内酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯和丁酸乙酯中的至少一种；还可以使电解液中碳酸酯与酯类溶剂的质量比为1:2～3:1。以下对本发明的锂离子电池进行具体的制作工艺说明。
实施例1
本实施例中的正极浆料配制按质量比为镍钴锰三元材料：super-p：碳纳米管：pvdf：nmp＝96:1.5:1:1.5:54的比例进行配制；负极浆料配制按质量比为石墨：super-p：碳纳米管：pvdf：nmp＝95:2:1:2:72的比例进行配制。正极的可逆容量与负极的可逆容量之比为1:1.17。将上述正极浆料和负极浆料各自搅拌均匀后分别转移至同步静电纺丝装置的两个注射器中，在隔膜的两个相对的侧面上进行同步静电纺丝处理，其中，隔膜采用其中一侧涂覆纳米陶瓷材料的双层pp/pe膜，将正极浆料涂覆于有纳米陶瓷材料一侧的隔膜表面上，同时，将负极浆料涂覆于隔膜的相对的另一侧表面上，其中，相应的静电纺丝处理的条件为：电压设置为20kv，纺丝液流速为0.6ml/h，接收距离为20cm；且所述正极注射器和负极注射器的金属针头直径均为0.50mm；静电纺丝结束后，得到在隔膜两侧的表面分别形成正极活性层和负极活性层，其中使正极活性层的面密度为19mg/cm2，负极活性层的面密度为8mg/cm2；然后转移至真空干燥箱中于95℃下干燥120min；将铝箔和铜箔分别对应正极活性层和负极活性层进行热辊压，在温度60℃和压力400n/cm2下进行压制使复合在相应的活性层表面；再经过模切、卷绕、极耳焊接、组装、真空烘烤、注液、化成、密封、全容量测试制得相应的锂离子电池。这里电池的外形可以是圆柱形、方形或异形等结构。采用浓度为1mlipf6-ec/dec(1:1)的电解液。电池经过100次循环后容量保持率为99％，电池直流内阻为0.45mω。相比常规设计，1c下电池容量提高10.5％。
实施例2
本实施例中的正极浆料配制按质量比为镍钴锰三元材料：super-p：碳纳米管：pvdf：nmp＝96:1.5:1:1.5:54的比例进行配制；负极浆料配制按质量比为石墨：super-p：碳纳米管：pvdf：nmp＝95:2:1:2:72的比例进行配制。正极的可逆容量与负极的可逆容量之比为1:1.2。将上述正极浆料和负极浆料各自搅拌均匀后分别转移至同步静电纺丝装置的两个注射器中，在隔膜的两个相对的侧面上进行同步静电纺丝处理，其中，隔膜采用其中一侧涂覆纳米陶瓷材料的pp膜，将正极浆料涂覆于有纳米陶瓷材料一侧的pp膜隔膜表面上，同时，将负极浆料涂覆于pp膜隔隔膜的另一侧表面上，其中，相应的静电纺丝处理的条件为：电压设置为20kv，纺丝液流速为0.6ml/h，接收距离为20cm；且正极注射器和负极注射器的金属针头直径均为0.51mm；静电纺丝结束后，得到在隔膜两侧的表面分别形成正极活性层和负极活性层，其中使正极活性层的面密度为30mg/cm2，负极活性层的面密度为14mg/cm2；然后转移至真空干燥箱中于90℃下干燥120min；将铝箔和铜箔分别对应正极活性层和负极活性层进行热辊压，在温度80℃和压力1000n/cm2下进行压制使复合在相应的活性层表面；再经过模切、卷绕、极耳焊接、组装、真空烘烤、注液、化成、密封、全容量测试制得相应的锂离子电池。采用浓度为1mlipf6-ec/dec(1:1)的电解液。电池经过100次循环后容量保持率为99％，电池直流内阻为0.38mω。相比常规设计，1c下电池容量提高12.4％。
实施例3
本实施例中的正极浆料配制按质量比为镍钴锰三元材料：super-p：碳纳米管：pvdf：nmp＝96:1.5:1:1.5:54的比例进行配制；负极浆料配制按质量比为石墨：super-p：碳纳米管：pvdf：nmp＝95:2:1:2:72的比例进行配制。正极的可逆容量与负极的可逆容量之比为1:1.3。将上述正极浆料和负极浆料各自搅拌均匀后分别转移至同步静电纺丝装置的两个注射器中，在隔膜的两个相对的侧面上进行同步静电纺丝处理，其中，隔膜采用其中一侧涂覆纳米陶瓷材料的pp膜，将正极浆料涂覆于有纳米陶瓷材料一侧的pp膜隔膜表面上，同时，将负极浆料涂覆于pp膜隔隔膜的另一侧表面上，其中，相应的静电纺丝处理的条件为：电压设置为25kv，纺丝液流速为0.8ml/h，接收距离为25cm；且所述正极注射器和负极注射器的金属针头直径均为0.6mm；静电纺丝结束后，得到在隔膜两侧的表面分别形成正极活性层和负极活性层，其中，正极活性层和负极活性层的涂层的厚度均为10μm，且使正极活性层的面密度为30mg/cm2,负极活性层的面密度为20mg/cm2；然后转移至真空干燥箱中于95℃下干燥120min；将铝箔和铜箔分别对应正极活性层和负极活性层进行热辊压，在温度20℃和压力10n/cm2下进行压制使复合在相应的活性层表面；再经过模切、卷绕、极耳焊接、组装、真空烘烤、注液、化成、密封、全容量测试制得相应的锂离子电池。采用浓度为1mlipf6-ec/dec(1:1)的电解液。电池经过100次循环后容量保持率为98.5％，电池直流内阻为0.43mω。相比常规设计，1c下电池容量提高10.4％。
比较例1
本比较例中的正极浆料配制按质量比为镍钴锰三元材料：super-p：碳纳米管：pvdf：nmp＝96:1.5:1:1.5:54的比例进行配制；负极浆料配制按质量比为石墨：super-p：碳纳米管：pvdf：nmp＝95:2:1:2:72的比例进行配制。正极的可逆容量与负极的可逆容量之比为1:1.17。将搅拌均匀的正/负极浆料分别通过静电纺丝法涂覆在铝箔和铜箔表面(隔膜采用涂覆纳米陶瓷材料的双层pp/pe膜，正极一侧的隔膜表面涂覆有纳米陶瓷材料)，得到的正极集流体铝箔表面的正极活性层的面密度为19mg/cm2，负极集流体表面的负极活性层的面密度为8mg/cm2；然后经过辊压压实，使改善正极活性层中颗粒之间以及与集流体之间的接触，然后，再经过模切、卷绕、真空干燥、极耳焊接、组装、真空烘烤、注液、化成、密封、全容量测试制得锂离子电池。真空干燥条件为95℃下干燥120min；正极极片和负极极片辊压条件为常温和压力400n/cm2。其它工序参数同实施例1。采用浓度为1mlipf6-ec/dec(1:1)的电解液。电池经过100次循环后容量保持率为93％，电池直流内阻为0.8mω。
从上述实施例和比较例可以看出，相比于将正、负极浆料分别涂覆在正、负极集流体的表面上来说，本发明通过同步静电纺丝使正极浆料和负极浆料直接均匀的涂覆在隔膜的相对两侧表面形成相应的正、负极活性层，能够使电池具有更好的容量保持率和电池直流内阻小的效果。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。