本发明涉及比能量电池技术领域，具体涉及一种大于300wh/kg高比能量、高安全性电池的制作方法。
背景技术：
锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、寿命长等优点，最初在3C电子类产品里得到的广泛的应用，随着锂电池技术的革新其应用范围进一步拓宽，同时对能量密度的要求越来越高，目前锂离子电池是我国新能源汽车发展的动力核心，并且“高比能量电池”是国家“新能源汽车”试点专项2016年首批立项项目之一，电池能量密度的提高能够解决新能源汽车续航里程短的“痛点”问题，理论计算搭载300wh/kg单体电芯组装的电池包，汽车续航里程将超过500km，这样汽车的续航里程问题将得到解决，提高电池的续航能力；同时，能量密度的提升能够降低电池生产的成本。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，现提供一种提高电池续航能力且降低生产成本的高安全性比能量电池的制造方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种大于300wh/kg高比能量、高安全性电池的制作方法，其创新点在于：包括以下步骤：（1）制备浆料：制备正极浆料和负极浆料；（2）制作正极片：将正极浆料涂布在铝箔上制作正极片；（3）制作负极片：将负极浆料涂布在铜箔上制作负极片；（4）电芯组装：将正极片、陶瓷隔膜和负极片制作成电芯；将电芯安装在电池壳内，将极耳分别焊接在正极片和负极片上；（5）烘烤和注液：对组装后的电池半成品进行高温烘烤，烘烤后立即降温；注入高电压电解液，并进行封口老化；（6）测试：将电池在常温中横放、正立和倒立一段时间后，进行化成、分容测试。
进一步的，所述步骤（1）中，制备正极浆料采用干混或湿混的混合方式；所述正极浆料的浆料黏度＞2000mpas，固含量＞60%；所述正极浆料包括以下质量组分的物质：正极粉料 95%-99%，导电剂0.5%-3%，正极粘结剂 0.5%-3%；所述正极粉料采用高镍三元材料或高电压钴酸锂中的一种，克容量＞200mAh/g；所述正极粘结剂采用聚四氟乙烯。
进一步的，所述步骤（1）中，制备负极浆料采用干混或湿混的混合方式；所述负极浆料的浆料黏度＞1000mpas，固含量＞35%；所述负极浆料包括质量组分的物质：负极粉料94%-99%，导电剂0.5%-3%，负极粘结剂0.5%-5%；所述负极粉料采用硅基负极材料，克容量＞600mAh/g；所述负极粘结剂由羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶组成的复合粘结剂。
进一步的，所述导电剂采用炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种。
进一步的，所述步骤（2）中制作正极片具体包括以下步骤：采用涂布机将正极浆料均匀地涂布在10-20μm的铝箔上；在铝箔的边缘双面均涂布无机陶瓷涂料，涂布无机陶瓷涂料的宽度为涂布正极浆料宽度的1%-6%，厚度与涂布正极浆料厚度一致；对涂布后的正极片进行辊压、分切，获得压实密度为3.3-4.3g/cm3的正极片；在正极片的正中间位置上焊接正极极耳。
进一步的，所述步骤（3）中制作负极片具体包括以下步骤：使用涂布机将负极浆料涂布在10-20μm的铜箔上，涂布后，对负极片进行辊压、分切制片，获得压实密度为1.5-1.8g/cm3的负极片；在负极片的正中间位置上焊接负极极耳。
进一步的，所述步骤（4）中所采用的陶瓷隔膜的厚度为12μm；所述步骤（4）中将电芯安装在电池壳内后，将正极极耳、负极极耳分别与电池壳体上的正极和负极焊接在一起。
进一步的，所述陶瓷隔膜采用单层陶瓷隔膜、双层陶瓷隔膜或无纺布陶瓷隔膜中的一种；所述步骤（4）中电芯制作方式采用方形卷绕、圆形卷绕和叠片工艺的一种。
进一步的，所述步骤（5）烘烤和注液的具体步骤如下：将卷绕组装后的电池半成品放入烘箱内进行真空烘烤，烘烤温度为80-85℃，烘烤时间为48h；烘烤完成后，对电池半成品进行降温；向电池壳体内注入高电压电解液4g-5.5g，并进行封口老化，形成电池成品。
进一步的，所述步骤（6）中将电池在常温环境下横放、正立、倒立各12h，送样进行化成、分容测试，通过测试得到电容的分容容量为4.09Ah，能量密度为305wh/kg的电池合格品。
本发明的有益效果如下：
1.本发明具有电池结构稳定性好，安全性高和能量密度高优点，比能量可达到300wh/kg以上，提高电池的续航能力，能量密度的提升能够降低电池生产的成本，因此本发明可以应用在电动汽车、电动自行车、无人机等高能量密度要求的领域。
2.本发明使用炭黑颗粒、碳纳米管和石墨烯复合导电剂，通过少量的复合导电剂成功构造了三维的导电网络，并通过使用高分子量的粘结剂，成功将正极片活性物质提升至98.5%以上，同时正极片的强度、导电导热性能都得到了显著提升。
3.本发明针对硅负极的膨胀问题，使用炭黑颗粒、碳纳米管和石墨烯复合导电剂，保证了硅负极膨胀过程中负极片导电稳定性，有效降低了负极片的循环过程中的活性物质和活性锂离子的损失，同时有效的解决了硅负极的本征反弹和电化学反弹，提升了电池的性能。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例1
一种大于300wh/kg高比能量、高安全性电池的制作方法，包括以下步骤：
（1）制备浆料：制备正极浆料和负极浆料；制备正极浆料采用干混或湿混的混合方式；正极浆料的浆料黏度＞2000mpas，固含量＞60%；正极浆料包括以下质量组分的物质：正极粉料 95%，导电剂3%，正极粘结剂 2%；正极粉料采用高镍三元材料或高电压钴酸锂中的一种，克容量＞200mAh/g；正极粘结剂采用聚四氟乙烯。制备负极浆料采用干混或湿混的混合方式；负极浆料的浆料黏度＞2000mpas，固含量＞40%；负极浆料包括质量组分的物质：负极粉料94%，导电剂2%，负极粘结剂4%；负极粉料采用硅基负极材料，克容量＞600mAh/g；负极粘结剂由羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶组成的复合粘结剂。导电剂采用炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种。
（2）制作正极片：将正极浆料涂布在铝箔上制作正极片；制作正极片具体包括以下步骤：采用涂布机将正极浆料均匀地涂布在12μm的铝箔上；在铝箔的边缘双面均涂布无机陶瓷涂料，涂布无机陶瓷涂料的宽度为涂布正极浆料宽度的1%，厚度与涂布正极浆料厚度一致；对涂布后的正极片进行辊压、分切，获得压实密度为3.3g/cm3的正极片；在正极片的正中间位置上焊接正极极耳。
（3）制作负极片：将负极浆料涂布在铜箔上制作负极片；制作负极片具体包括以下步骤：使用涂布机将负极浆料涂布在8μm的铜箔上，涂布后，对负极片进行辊压、分切制片，获得压实密度为1.65g/cm3的负极片；在负极片的正中间位置上焊接负极极耳。
（4）电芯组装：将正极片、陶瓷隔膜和负极片制作成电芯；将电芯安装在电池壳内，将极耳分别焊接在正极片和负极片上；所采用的陶瓷隔膜的厚度为12μm；将电芯安装在电池壳内后，将正极极耳、负极极耳分别与电池壳体上的正极和负极焊接在一起。陶瓷隔膜采用单层陶瓷隔膜、双层陶瓷隔膜或无纺布陶瓷隔膜中的一种；电芯制作方式采用方形卷绕、圆形卷绕和叠片工艺的一种。
（5）烘烤和注液：对组装后的电池半成品进行高温烘烤，烘烤后立即降温；注入高电压电解液，并进行封口老化；烘烤和注液的具体步骤如下：将卷绕组装后的电池半成品放入烘箱内进行真空烘烤，烘烤温度为80℃，烘烤时间为48h；烘烤完成后，对电池半成品进行降温；向电池壳体内注入高电压电解液5g，并进行封口老化，形成电池成品。
（6）测试：将电池在常温中横放、正立和倒立一段时间后，进行化成、分容测试。将电池在常温环境下横放、正立、倒立各12h，送样进行化成、分容测试，通过测试得到电容的分容容量为4.0Ah，能量密度为301wh/kg的电池合格品。
实施例2
一种大于300wh/kg高比能量、高安全性电池的制作方法，包括以下步骤：
（7）制备浆料：制备正极浆料和负极浆料；制备正极浆料采用干混或湿混的混合方式；正极浆料的浆料黏度＞2000mpas，固含量＞60%；正极浆料包括以下质量组分的物质：正极粉料 99%，导电剂0.5%，正极粘结剂 0.5%；正极粉料采用高镍三元材料或高电压钴酸锂中的一种，克容量＞200mAh/g；正极粘结剂采用聚四氟乙烯。制备负极浆料采用干混或湿混的混合方式；负极浆料的浆料黏度＞2000mpas，固含量＞40%；负极浆料包括质量组分的物质：负极粉料99%，导电剂0.5%，负极粘结剂0.5%；负极粉料采用硅基负极材料，克容量＞600mAh/g；负极粘结剂由羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶组成的复合粘结剂。导电剂采用炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种。
（8）制作正极片：将正极浆料涂布在铝箔上制作正极片；制作正极片具体包括以下步骤：采用涂布机将正极浆料均匀地涂布在15μm的铝箔上；在铝箔的边缘双面均涂布无机陶瓷涂料，涂布无机陶瓷涂料的宽度为涂布正极浆料宽度的1%，厚度与涂布正极浆料厚度一致；对涂布后的正极片进行辊压、分切，获得压实密度为3.6g/cm3的正极片；在正极片的正中间位置上焊接正极极耳。
（9）制作负极片：将负极浆料涂布在铜箔上制作负极片；制作负极片具体包括以下步骤：使用涂布机将负极浆料涂布在8μm的铜箔上，涂布后，对负极片进行辊压、分切制片，获得压实密度为1.7g/cm3的负极片；在负极片的正中间位置上焊接负极极耳。
（10）电芯组装：将正极片、陶瓷隔膜和负极片制作成电芯；将电芯安装在电池壳内，将极耳分别焊接在正极片和负极片上；所采用的陶瓷隔膜的厚度为10μm；将电芯安装在电池壳内后，将正极极耳、负极极耳分别与电池壳体上的正极和负极焊接在一起。陶瓷隔膜采用单层陶瓷隔膜、双层陶瓷隔膜或无纺布陶瓷隔膜中的一种；电芯制作方式采用方形卷绕、圆形卷绕和叠片工艺的一种。
（11）烘烤和注液：对组装后的电池半成品进行高温烘烤，烘烤后立即降温；注入高电压电解液，并进行封口老化；烘烤和注液的具体步骤如下：将卷绕组装后的电池半成品放入烘箱内进行真空烘烤，烘烤温度为85℃，烘烤时间为48h；烘烤完成后，对电池半成品进行降温；向电池壳体内注入高电压电解液5.5g，并进行封口老化，形成电池成品。
（12）测试：将电池在常温中横放、正立和倒立一段时间后，进行化成、分容测试。将电池在常温环境下横放、正立、倒立各12h，送样进行化成、分容测试，通过测试得到电容的分容容量为4.05Ah，能量密度为304wh/kg的电池合格品。
实施例3
一种大于300wh/kg高比能量、高安全性电池的制作方法，包括以下步骤：
（13）制备浆料：制备正极浆料和负极浆料；制备正极浆料采用干混或湿混的混合方式；正极浆料的浆料黏度＞2000mpas，固含量＞70%；正极浆料包括以下质量组分的物质：正极粉料 98%，导电剂1%，正极粘结剂 1%；正极粉料采用高镍三元材料或高电压钴酸锂中的一种，克容量＞200mAh/g；正极粘结剂采用聚四氟乙烯。制备负极浆料采用干混或湿混的混合方式；负极浆料的浆料黏度＞2000mpas，固含量＞45%；负极浆料包括质量组分的物质：负极粉料97%，导电剂1%，负极粘结剂2%；负极粉料采用硅基负极材料，克容量＞600mAh/g；负极粘结剂由羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶组成的复合粘结剂。导电剂采用炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种。
（14）制作正极片：将正极浆料涂布在铝箔上制作正极片；制作正极片具体包括以下步骤：采用涂布机将正极浆料均匀地涂布在8μm的铝箔上；在铝箔的边缘双面均涂布无机陶瓷涂料，涂布无机陶瓷涂料的宽度为涂布正极浆料宽度的1%，厚度与涂布正极浆料厚度一致；对涂布后的正极片进行辊压、分切，获得压实密度为3.65g/cm3的正极片；在正极片的正中间位置上焊接正极极耳。
（15）制作负极片：将负极浆料涂布在铜箔上制作负极片；制作负极片具体包括以下步骤：使用涂布机将负极浆料涂布在6μm的铜箔上，涂布后，对负极片进行辊压、分切制片，获得压实密度为1.6g/cm3的负极片；在负极片的正中间位置上焊接负极极耳。
（16）电芯组装：将正极片、陶瓷隔膜和负极片制作成电芯；将电芯安装在电池壳内，将极耳分别焊接在正极片和负极片上；所采用的陶瓷隔膜的厚度为12μm；将电芯安装在电池壳内后，将正极极耳、负极极耳分别与电池壳体上的正极和负极焊接在一起。陶瓷隔膜采用单层陶瓷隔膜、双层陶瓷隔膜或无纺布陶瓷隔膜中的一种；电芯制作方式采用方形卷绕、圆形卷绕和叠片工艺的一种。
（17）烘烤和注液：对组装后的电池半成品进行高温烘烤，烘烤后立即降温；注入高电压电解液，并进行封口老化；烘烤和注液的具体步骤如下：将卷绕组装后的电池半成品放入烘箱内进行真空烘烤，烘烤温度为82℃，烘烤时间为48h；烘烤完成后，对电池半成品进行降温；向电池壳体内注入高电压电解液5g，并进行封口老化，形成电池成品。
（18）测试：将电池在常温中横放、正立和倒立一段时间后，进行化成、分容测试。将电池在常温环境下横放、正立、倒立各12h，送样进行化成、分容测试，通过测试得到电容的分容容量为4.1Ah，能量密度为307wh/kg的电池合格品。
本发明具有电池结构稳定性好，安全性高和能量密度高优点，比能量可达到300wh/kg以上，提高电池的续航能力，能量密度的提升能够降低电池生产的成本，因此本发明可以应用在电动汽车、电动自行车、无人机等高能量密度要求的领域。
对比实施例1、实施例2、实施例3与传统比能量电池的制造工艺，对比能量电池的直流内阻、安全性系数和比能量值的影响，具体数据如下表所示：
对比上表可知，实施例1、实施例2和实施例3相对于传统比能量电池的制造工艺，具有更小内阻和更高比能量值。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。