本发明涉及电池领域，具体的涉及一种高能量密度的锂离子动力电池的制备方法。
背景技术：
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锂离子电池已成为人们生活必需品，手机、笔记本电脑、相机等便携式电子设备都离不开锂离子电池，正是由于锂离子电池优异性能使得它所占市场比额越来越大。锂离子电池的高容量、高电压、无记忆效应、环保无污染等众多优点使得人们还希望它能在更广阔的空间和领域做出贡献，如作为新能源应用在电动汽车、航空航天等领域。
但是，由于锂离子电池还存在一些未能解决的问题，它在电动车行业一直未能大展拳脚。主要是由于以下几个原因：首先锂离子电池安全性还让人们不放心，其次，动力领域要求电池高电压、高容量、高功率。因此，开发大功率锂离子动力电池，替代传统动力电池已成为新能源发展的趋势。
技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种高能量密度的锂离子动力电池的制备方法，该制备方法简单易操作，制得的锂离子动力电池能量密度大，循环稳定性好，使用寿命久。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高能量密度的锂离子动力电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极片的制备
采用多孔球形磷酸钒锂作为正极活性物质，将正极活性物质与粘合剂、导电剂混合制得正极材料，正极材料用溶剂溶解，然后用双星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑、得到正极浆料，将正极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在真空环境下，75-85℃烘烤10-15h后，辊压、分切成正极片；
(2)负极片的制备
a)将含硅生物质碳研磨成粉末，然后与偏硅酸钠进行均匀混合，并在惰性气氛中400-1700℃下碳化处理1-10h，制得硅-碳复合物前驱体；
b)将上述制得的硅-碳复合物前驱体研磨过筛后，依次用酸和水反复清洗2-5次，得到干净的硅-碳复合物前驱体浑浊液；
c)将上述制得的硅-碳复合物前驱体浑浊液转移至水热釜中，并加入镁粉，同时加入氢氧化钠来调节pH至10-13，然后密封，在160-250℃下反应2-24h，密封水热反应过程中需不断搅拌，反应结束后，冷却至室温，沉淀依次用酸和水反复清洗2-5次，烘干得到硅-碳复合材料；其中镁粉与硅-碳复合物前驱体浑浊液中的硅的摩尔比为(0.5-5)：1；
d)将上述制得的硅-碳复合材料作为负极活性物质，并加入粘合剂、导电剂，混合均匀后制得负极材料；
e)将负极材料用溶剂溶解，然后用双星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑、得到负极浆料，将负极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在真空环境下，75-85℃烘烤10-15h后，辊压、分切成负极片；
(3)组装
分别将正极片、负极片在-0.05MPa、60-70℃下干燥20-25h，然后将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置于塑料壳体中，然后在-0.05MPa、60-70℃下烘烤80-95h，注入电解液、化成、分容，得到锂离子动力电池。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述多孔球形磷酸钒锂表面包覆有碳纳米管层。
作为上述技术方案的优选，所述粘合剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠中的一种。
作为上述技术方案的优选，所述导电剂为碳纳米管、炭黑、导电石墨、石墨烯中的一种。
作为上述技术方案的优选，活性物质、导电剂、粘合剂的质量比为(50-80)：(2-5)：(2-5)。
作为上述技术方案的优选，步骤a)中，所述含硅生物质为硬壳类果实壳、竹叶或秸秆。
作为上述技术方案的优选，步骤a)中，所述偏硅酸钠与含硅生物质碳粉末的质量比为(0.5-10)：100。
作为上述技术方案的优选，所述酸为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或多种混合。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述隔膜为聚烯烃隔膜，聚烯烃隔膜上嫁接有甲基丙烯酸缩水甘油酯。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述电解液的溶质为六氟磷酸锂，电解液的溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯、甲乙基碳酸酯中的一种。
本发明具有以下有益效果：
一方面，本发明采用磷酸钒锂作为正极活性物质，其结构稳定，价格便宜，对环境无污染，且多孔球形磷酸钒锂表面包覆有碳纳米管，有效提高了正极材料的电子电导率和锂离子扩散率，从而提高了电池的倍率性能；
另一方面本发明采用含硅生物质碳作为原料，通过水热法合成硅-碳复合物，其可逆容量大、制备方法简单，且原料价格低廉丰富，成本低。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种高能量密度的锂离子动力电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极片的制备
采用多孔球形磷酸钒锂作为正极活性物质，多孔球形磷酸钒锂表面包覆有碳纳米管，将正极活性物质与聚偏二氟乙烯、碳纳米管混合制得正极材料，正极材料用溶剂溶解，然后用双星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑、得到正极浆料，将正极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在真空环境下，75℃烘烤15h后，辊压、分切成正极片；其中，正极活性物质、碳纳米管、聚偏二氟乙烯的质量比为50：2：2；
(2)负极片的制备
a)将核桃壳研磨成粉末，然后与偏硅酸钠进行均匀混合，并在惰性气氛中400℃下碳化处理10h，制得硅-碳复合物前驱体；其中，偏硅酸钠与核桃壳粉末的质量比为0.5：100；
b)将上述制得的硅-碳复合物前驱体研磨过筛后，依次用盐酸和水反复清洗2-5次，得到干净的硅-碳复合物前驱体浑浊液；
c)将上述制得的硅-碳复合物前驱体浑浊液转移至水热釜中，并加入镁粉，同时加入氢氧化钠来调节pH至10-13，然后密封，在160℃下反应24h，密封水热反应过程中需不断搅拌，反应结束后，冷却至室温，沉淀依次用盐酸和水反复清洗2-5次，烘干得到硅-碳复合材料；其中镁粉与硅-碳复合物前驱体浑浊液中的硅的摩尔比为0.5：1；
d)将上述制得的硅-碳复合材料作为负极活性物质，并加入聚偏二氟乙烯、碳纳米管，混合均匀后制得负极材料；其中，负极活性物质、聚偏二氟乙烯、碳纳米管的质量比为50：2：2；
e)将负极材料用溶剂溶解，然后用双星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑、得到负极浆料，将负极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在真空环境下，75℃烘烤15h后，辊压、分切成负极片；
(3)组装
分别将正极片、负极片在-0.05MPa、60-70℃下干燥20h，然后将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置于塑料壳体中，然后在-0.05MPa、60-70℃下烘烤80h，注入电解液、化成、分容，得到锂离子动力电池；其中，隔膜为聚烯烃隔膜，聚烯烃隔膜上嫁接有甲基丙烯酸缩水甘油酯；电解液的溶质为六氟磷酸锂，电解液的溶剂为碳酸乙烯酯。
实施例2
一种高能量密度的锂离子动力电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极片的制备
采用多孔球形磷酸钒锂作为正极活性物质，多孔球形磷酸钒锂表面包覆有碳纳米管，将正极活性物质与聚四氟乙烯、炭黑混合制得正极材料，正极材料用溶剂溶解，然后用双星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑、得到正极浆料，将正极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在真空环境下，85℃烘烤10h后，辊压、分切成正极片；其中，正极活性物质、炭黑、聚四氟乙烯的质量比为80：5：5；
(2)负极片的制备
a)将竹叶研磨成粉末，然后与偏硅酸钠进行均匀混合，并在惰性气氛中1700℃下碳化处理1h，制得硅-碳复合物前驱体；其中，偏硅酸钠与竹叶粉末的质量比为10：100；
b)将上述制得的硅-碳复合物前驱体研磨过筛后，依次用硫酸和水反复清洗2-5次，得到干净的硅-碳复合物前驱体浑浊液；
c)将上述制得的硅-碳复合物前驱体浑浊液转移至水热釜中，并加入镁粉，同时加入氢氧化钠来调节pH至10-13，然后密封，在250℃下反应2h，密封水热反应过程中需不断搅拌，反应结束后，冷却至室温，沉淀依次用硫酸和水反复清洗2-5次，烘干得到硅-碳复合材料；其中镁粉与硅-碳复合物前驱体浑浊液中的硅的摩尔比为5：1；
d)将上述制得的硅-碳复合材料作为负极活性物质，并加入炭黑、聚四氟乙烯，混合均匀后制得负极材料；其中，负极活性物质、炭黑、聚四氟乙烯的质量比为80：5：5；
e)将负极材料用溶剂溶解，然后用双星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑、得到负极浆料，将负极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在真空环境下，85℃烘烤10h后，辊压、分切成负极片；
(3)组装
分别将正极片、负极片在-0.05MPa、60-70℃下干燥25h，然后将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置于塑料壳体中，然后在-0.05MPa、60-70℃下烘烤95h，注入电解液、化成、分容，得到锂离子动力电池；其中，隔膜为聚烯烃隔膜，聚烯烃隔膜上嫁接有甲基丙烯酸缩水甘油酯；电解液的溶质为六氟磷酸锂，电解液的溶剂为碳酸丙烯酯。
实施例3
一种高能量密度的锂离子动力电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极片的制备
采用多孔球形磷酸钒锂作为正极活性物质，多孔球形磷酸钒锂表面包覆有碳纳米管，将正极活性物质与聚乙烯醇、导电石墨混合制得正极材料，正极材料用溶剂溶解，然后用双星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑、得到正极浆料，将正极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在真空环境下，75℃烘烤14h后，辊压、分切成正极片；其中，正极活性物质、导电石墨、聚乙烯醇的质量比为60：3：3；
(2)负极片的制备
a)将竹叶研磨成粉末，然后与偏硅酸钠进行均匀混合，并在惰性气氛中600℃下碳化处理8h，制得硅-碳复合物前驱体；其中，偏硅酸钠与竹叶粉末的质量比为2.5：100；
b)将上述制得的硅-碳复合物前驱体研磨过筛后，依次用硝酸和水反复清洗2-5次，得到干净的硅-碳复合物前驱体浑浊液；
c)将上述制得的硅-碳复合物前驱体浑浊液转移至水热釜中，并加入镁粉，同时加入氢氧化钠来调节pH至10-13，然后密封，在180℃下反应6h，密封水热反应过程中需不断搅拌，反应结束后，冷却至室温，沉淀依次用硝酸和水反复清洗2-5次，烘干得到硅-碳复合材料；其中镁粉与硅-碳复合物前驱体浑浊液中的硅的摩尔比为1.5：1；
d)将上述制得的硅-碳复合材料作为负极活性物质，并加入聚乙烯醇、导电石墨，混合均匀后制得负极材料；其中，负极活性物质、导电石墨、聚乙烯醇的质量比为60：3：3；
e)将负极材料用溶剂溶解，然后用双星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑、得到负极浆料，将负极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在真空环境下，75℃烘烤14h后，辊压、分切成负极片；
(3)组装
分别将正极片、负极片在-0.05MPa、60-70℃下干燥21h，然后将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置于塑料壳体中，然后在-0.05MPa、60-70℃下烘烤83h，注入电解液、化成、分容，得到锂离子动力电池；其中，隔膜为聚烯烃隔膜，聚烯烃隔膜上嫁接有甲基丙烯酸缩水甘油酯；电解液的溶质为六氟磷酸锂，电解液的溶剂为二甲基碳酸酯。
实施例4
一种高能量密度的锂离子动力电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极片的制备
采用多孔球形磷酸钒锂作为正极活性物质，多孔球形磷酸钒锂表面包覆有碳纳米管，将正极活性物质与羧甲基纤维素钠、石墨烯混合制得正极材料，正极材料用溶剂溶解，然后用双星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑、得到正极浆料，将正极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在真空环境下，80℃烘烤13h后，辊压、分切成正极片；其中，正极活性物质、石墨烯、羧甲基纤维素钠的质量比为65：3：3；
(2)负极片的制备
a)将秸秆研磨成粉末，然后与偏硅酸钠进行均匀混合，并在惰性气氛中1000℃下碳化处理6h，制得硅-碳复合物前驱体；其中，偏硅酸钠与秸秆粉末的质量比为4.5：100；
b)将上述制得的硅-碳复合物前驱体研磨过筛后，依次用盐酸和水反复清洗2-5次，得到干净的硅-碳复合物前驱体浑浊液；
c)将上述制得的硅-碳复合物前驱体浑浊液转移至水热釜中，并加入镁粉，同时加入氢氧化钠来调节pH至10-13，然后密封，在200℃下反应10h，密封水热反应过程中需不断搅拌，反应结束后，冷却至室温，沉淀依次用盐酸和水反复清洗2-5次，烘干得到硅-碳复合材料；其中镁粉与硅-碳复合物前驱体浑浊液中的硅的摩尔比为3.5：1；
d)将上述制得的硅-碳复合材料作为负极活性物质，并加入羧基纤维素钠、石墨烯，混合均匀后制得负极材料；其中，负极活性物质、石墨烯、羧甲基纤维素钠的质量比为65：4：4；
e)将负极材料用溶剂溶解，然后用双星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑、得到负极浆料，将负极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在真空环境下，80℃烘烤12h后，辊压、分切成负极片；
(3)组装
分别将正极片、负极片在-0.05MPa、60-70℃下干燥22h，然后将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置于塑料壳体中，然后在-0.05MPa、60-70℃下烘烤88h，注入电解液、化成、分容，得到锂离子动力电池；其中，隔膜为聚烯烃隔膜，聚烯烃隔膜上嫁接有甲基丙烯酸缩水甘油酯；电解液的溶质为六氟磷酸锂，电解液的溶剂为二甲基碳酸酯。
实施例5
一种高能量密度的锂离子动力电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极片的制备
采用多孔球形磷酸钒锂作为正极活性物质，多孔球形磷酸钒锂表面包覆有碳纳米管，将正极活性物质与羧甲基纤维素钠、碳纳米管混合制得正极材料，正极材料用溶剂溶解，然后用双星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑、得到正极浆料，将正极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在真空环境下，80℃烘烤11h后，辊压、分切成正极片；其中，正极活性物质、碳纳米管、羧甲基纤维素钠的质量比为70：4：4；
(2)负极片的制备
a)将秸秆研磨成粉末，然后与偏硅酸钠进行均匀混合，并在惰性气氛中1200℃下碳化处理3h，制得硅-碳复合物前驱体；其中，偏硅酸钠与秸秆粉末的摩尔比为6.5：100；
b)将上述制得的硅-碳复合物前驱体研磨过筛后，依次用硝酸和水反复清洗2-5次，得到干净的硅-碳复合物前驱体浑浊液；
c)将上述制得的硅-碳复合物前驱体浑浊液转移至水热釜中，并加入镁粉，同时加入氢氧化钠来调节pH至10-13，然后密封，在220℃下反应6h，密封水热反应过程中需不断搅拌，反应结束后，冷却至室温，沉淀依次用硝酸和水反复清洗2-5次，烘干得到硅-碳复合材料；其中镁粉与硅-碳复合物前驱体浑浊液中的硅的摩尔比为3.5：1；
d)将上述制得的硅-碳复合材料作为负极活性物质，并加入羧甲基纤维素钠、碳纳米管，混合均匀后制得负极材料；其中，负极活性物质、碳纳米管、羧甲基纤维素钠的质量比为70：4：4；
e)将负极材料用溶剂溶解，然后用双星动力混合机高速搅拌均匀，消除气泡、铁屑、得到负极浆料，将负极浆料经过自动上料系统、涂布机均匀涂布在铝箔上，在真空环境下，80℃烘烤11h后，辊压、分切成负极片；
(3)组装
分别将正极片、负极片在-0.05MPa、60-70℃下干燥24h，然后将正极片、隔膜、负极片一起层叠成电芯，置于塑料壳体中，然后在-0.05MPa、60-70℃下烘烤91h，注入电解液、化成、分容，得到锂离子动力电池；其中，隔膜为聚烯烃隔膜，聚烯烃隔膜上嫁接有甲基丙烯酸缩水甘油酯；电解液的溶质为六氟磷酸锂，电解液的溶剂为甲乙基碳酸酯。
下面对本发明制得的锂离子动力电池进行性能测试。
循环性能测试：
以0.5C的电流对电池进行充放电循环。主要步骤为恒流充电-恒压充电-搁置-恒流放电-搁置-循环。循环性能测试主要考察电池容量衰减情况。
实施例1-5中制得的锂离子动力电池在循环500次时，电池容量无变化，其循环寿命测试4000次，电池容量保持率在75％以上。