锂离子电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池因具有能量密度高、工作电压高、使用寿命长、无记忆效应和环保等优 点，现已成为移动设备的理想电源，并取代了传统电源。随着移动设备的智能化和多功能 化，其功耗急剧增加，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。
[0003] 自1991年Sony公司开发出石墨体系的锂离子电池，经过20多年的发展，其能量 密度已接近极限。而新的化学体系的开发还有一些关键问题待解决，如硅基负极活性材料 循环后膨胀带来的自身粉化、高电压下正极活性材料的高温循环性能差、电解液在高电压 体系中的稳定性差、正极活性材料与电解液反应产气等。
[0004] 能量密度的提升遇到瓶颈，为提高用户体验，大倍率快充锂离子电池的开发可适 当弥补能量密度的不足。但是当锂离子电池在大倍率下快速充电时，锂离子电池极化严重， 单位面积电流加大，负极很快到达析锂电位，导致从正极扩散到负极的大量锂离子不能及 时被负极接受，从而锂枝晶在负极表面析出，导致锂离子电池的容量快速衰减，并且锂枝晶 容易刺穿隔离膜，造成极大的安全隐患。
【发明内容】
[0005] 鉴于【背景技术】中存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂离子电池，所述锂离 子电池能在大倍率下进行快速充电，且所述锂离子电池具有优良的安全性能，同时具有优 良的循环性能。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种锂离子电池，其包括：正极极片，包括正极 集流体和涂布干燥压实设置于正极集流体上且包含正极活性材料、正极导电剂、正极粘结 剂的正极膜片；负极极片，包括负极集流体和涂布干燥压实设置于负极集流体上且包含负 极活性材料、负极导电剂、负极粘结剂的负极膜片；隔离膜；电解液；以及包装膜。正极膜片 的压实密度为3. 9g/cm3~4. 4g/cm3 ;负极膜片的压实密度为1. 55g/cm3~1. 8g/cm3 ;负极 活性材料的容量与正极活性材料的容量的比值（CB)为1~1. 4。
[0007] 相对于现有技术，本发明的有益效果为：
[0008] 本发明的锂离子电池能在大倍率下进行快速充电。
[0009] 本发明的锂离子电池具有优良的安全性能，同时具有优良的循环性能。
【具体实施方式】
[0010] 下面详细说明根据本发明的锂离子电池以及实施例、对比例和测试结果。
[0011] 首先说明根据本发明的锂离子电池，包括：正极极片，包括正极集流体和涂布干燥 压实设置于正极集流体上且包含正极活性材料、正极导电剂、正极粘结剂的正极膜片；负极 极片，包括负极集流体和涂布干燥压实设置于负极集流体上且包含负极活性材料、负极导 电剂、负极粘结剂的负极膜片；隔离膜；电解液；以及包装膜。正极膜片的压实密度为3. 9g/ cm3~4. 4g/cm3 ;负极膜片的压实密度为1. 55g/cm3~1. 8g/cm3 ;负极活性材料的容量与正 极活性材料的容量的比值（CB)为1~1. 4。
[0012] 在根据本发明所述的锂离子电池中，一方面通过减轻负极极化，加速锂离子在负 极的扩散；另一方面通过增大正极极化，减缓锂离子在正极的扩散速度，使充电过程迅速由 恒流充电转换为恒压充电，进而逐渐减小电流，减少单位时间内从正极扩散到负极的锂离 子量，从而有效避免负极表面的锂枝晶析出，进而锂离子电池具有优良的安全性能，同时具 有优良的循环性能。
[0013] 为了减轻负极极化，（1)在涂布工序段，控制负极活性材料的容量与正极活性材料 的容量的比值（CB)尽量大，因为当全电池处于同样的S0C态，CB越小，负极嵌锂越充分，负 极电位越低，在充电过程中表现为负极很快达到析锂电位，导致负极表面更容易析锂，当CB 提高时，负极电位提高，可有效避免负极表面析锂，提高锂离子电池大倍率下的快充能力， 但CB过大容易导致锂离子电池的能量密度较低，因此，本发明的CB为1~1.4; (2)在冷 压工序段，减小负极膜片的压实密度可使负极膜片的孔隙率增大，从而减小负极表面极化， 使其厚度方向上的电流分布更均匀，在大倍率快速充电时有更多的负极活性材料同时参与 接受Li+，进而有效避免负极表面析锂，但负极膜片的压实密度过小，导致负极膜片的孔隙 率过大，从而锂离子电池的能量密度较低，因此，本发明的负极膜片的压实密度为1.55g/ cm 3 ~L 8g/cm3。
[0014] 为了增大正极极化，在冷压工序段，增大正极膜片的压实密度，减少锂离子的扩 散通道，使充电快速转换为恒压充电，电流降低，从而有效避免负极表面析锂，但正极膜片 的压实密度过大，容易导致正极极片破裂，对锂离子电池的安全性能以及循环性能不利，因 此，本发明的正极膜片的压实密度为3. 9g/cm3~4. 4g/cm3。
[0015] 在根据本发明所述的锂离子电池中，所述正极膜片的压实密度可为3. 95g/cm3~ 4. 35g/cm3。
[0016] 在根据本发明所述的锂离子电池中，所述负极膜片的压实密度可为1. 55g/cm3~ L 75g/cm3。
[0017] 在根据本发明所述的锂离子电池中，负极活性材料的容量与正极活性材料的容量 的比值（CB)可为1.03~1.2。
[0018] 在根据本发明所述的锂离子电池中，所述锂离子电池的充电倍率可为1.3C~5C。 [0019] 在根据本发明所述的锂离子电池中，所述负极膜片涂布时的涂布重量可 为120mg/1540. 25mm2~190mg/1540. 25mm2 ;所述正极膜片涂布时的涂布重量可为 230mg/1540. 25mm2~380mg/1540. 25mm2。在设计锂离子电池时，可减小膜片的涂布重量，因 为当膜片的涂布重量减小时，单位面积的电流减小，同时在极片厚度方向上浓差极化减轻， 因此可有效避免快速充电时负极表面的析锂。
[0020] 在根据本发明所述的锂离子电池中，所述正极活性材料可选自钴酸锂（LiC〇0 2)、 锰酸锂（LiMn204)、磷酸铁锂（LiFeP04)以及三元材料（NCM)中的一种或几种。
[0021] 在根据本发明所述的锂离子电池中，所述负极活性材料可为碳素材料，所述碳素 材料可选自软碳、硬碳、人造石墨、天然石墨以及中间相炭微球中的一种或几种。
[0022] 在根据本发明所述的锂离子电池中，所述隔离膜可选自聚乙烯（PE)膜以及聚丙 烯（PP)膜中的一种，厚度可为5 μ m~30 μ m。
[0023] 在根据本发明所述的锂离子电池中，所述电解液可为非水电解质溶液，所述非水 电解质溶液可包括非水有机溶剂以及锂盐。
[0024] 在根据本发明所述的锂离子电池中，所述非水有机溶剂可选自链状酯和环状酯的 组合；所述链状酯可选自碳酸二甲酯（DMC)、碳酸二乙酯（DEC)、碳酸甲乙酯（EMC)、碳酸甲 丙酯（MPC)、碳酸二丙酯（DPC)以及其它含氟、含硫或含不饱和键的链状酯中的一种或几 种；所述环状酯可选自碳酸乙烯酯（EC)、碳酸丙烯酯（PC)、碳酸亚乙烯酯（VC)、γ-丁内酯 (Y-BL)、亚硫酸丙烯酯以及其它含氟、含硫或含不饱和键的环状酯中的一种或几种。
[0025] 在根据本发明所述的锂离子电池中，所述锂盐可选自LiPF6、LiBF4、LiC10 4、 LiCF3S02、LiN(S02CF3) 2 以及 LiN(S02C2F5)2 中的一种，优选为 LiPF6。
[0026] 接下来说明根据本发明的锂离子电池及其电解液的实施例、对比例。
[0027] 实施例1
[0028] (1)正极极片的制备
[0029] 以N-甲基吡咯烷酮（NMP)为溶剂，将正极粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF)溶解并配 置成质量分数为8%的粘结剂溶液，之后在搅拌下加入正极活性材料LiC 〇02(克容量为 160mAh/g)和正极导电剂炭黑，之后进一步搅拌形成均匀的正极浆料，其中LiC 〇02、PVDF和 炭黑的重量比为97:1. 5:1. 5,之后将正极浆料均匀地涂布在正极集流体铝箔上，涂布重量 为334mg/1540. 25mm2,然后在120°C下烘干得到正极膜片，之后进行冷压并控制正极膜片的 厚度，使其压实密度为3. 95g/cm3,最后经过分切制得72mmX 1024mm的正极极片。
[0030] (2)负极极片的制备
[0031] 将负极活性材料人造石墨（克容量为360mAh/g)、增稠剂羧甲基纤维素钠（CMC)、 正极粘结剂丁苯橡胶（SBR)和正极导电剂炭黑按重量比96:1. 5:1. 5:1加入到溶剂去离子 水中混合，之后搅拌形成均匀的负极浆料，之后将负极浆料均匀地涂布在负极集流体铜箔 上，涂布重量为155mg/1540. 25mm2,然后在90°C下烘干得到负极膜片，之后进行冷压并控制 负极膜片的厚度，使其压实密度为1. 75g/cm3,最后经过分切制得73. 5mmX 1036mm的负极极 片。
[0032] (3)电解液的制备
[0033] 电解液以浓度为lmol/L的LiPF6为锂盐，以碳酸乙烯酯（EC)和碳酸二甲酯（DMC) 的混合物（质量比为1:1)为非水有机溶剂。
[0034] (4)锂离子电池的制备
[0035] 将上述正极极片、负极极片以及厚度为16μπι的PE隔离膜卷绕成一个方型裸电 芯，随后放入铝塑外包装膜中，灌注电解液、密封、化成，制备成CB为1. 03的锂离子电池。
[0036] 其中：
[0037] CB =负极活性材料的容量/正极活性材料的容量
[0038] =(单位面积的负极涂布重量X负极活性材料重量比X负极活性
[0039] 材料的克容量）八单位面积的正极涂布重量父正极活性材料重
[0040] 量比X正极活性材料的克容量）。
[0041] 实施例2
[0042] 依照实施例1的方法制备锂离子电池，除以下不同之处：
[0043] (1)正极膜片涂布时的涂布重量为314mg/1540. 25mm2 ;
[0044] (4)CB 为 1.1。
[0045] 实施例3
[0046] 依照实施例1的方法制备锂离子电池，除以下不同之处：
[0047] (1)正极膜