本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种新型高倍率三元镍钴铝动力电池的制备方法。
背景技术：
21世纪将进入混合电动车(hev)、电动车(ev)的时代。在现有的新能源汽车动力电池中，锂离子电池生产成本相对较低，重复充电利用非常方便，相比其他可携带能源具有更高的成本优势。因此，这类电池成为了目前最受欢迎的动力电源，全球锂离子电池市场保持连续正值增长，动力锂离子电池需求也呈现连续增长趋势。
近几年，我国锂离子电池行业(包括电池、正负极材料、隔膜、电解液及专用设备等)产业格局和新技术应用不断出现新亮点，锂离子电池及关键材料产量也在稳定增长。目前已经量产的锂离子动力电池正极材料包括钴酸锂(licoo2)、磷酸铁锂(lifepo4)、锰酸锂(limn2o4)和三元材料(镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂)产品。
目前新能源汽车的电池大多数采用磷酸铁锂材料，在示范推广中已经显现出能量密度瓶颈，这极大地阻碍了续驶里程，磷酸铁锂材料的克容量小，工作电压低(相对石墨类负极)。
针对目前新能源汽车电池综合性能差、续航能力弱等缺点，公开号106784812a通过改进磷酸铁锂电池的制备方法使电池具备快速充电、低温下使用的优点。然而磷酸铁锂电池的克容量、工作电压仍无法获得提升。
技术实现要素：
针对上述存在的问题，本发明提供一种克容量大、工作电压高的新型高倍率三元镍钴铝动力电池。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种新型高倍率三元镍钴铝动力电池，所述电池包括正极活性材料和负极活性材料，其中，所述正极活性材料包括如下重量份数的组份：三元镍钴铝材料90-95份、正极导电剂3-4份、聚偏氟乙烯3-5份；负极活性材料包括如下重量份数的组份：人造石墨90-94份、水性粘结剂2-4份、炭黑1-2份、丁苯橡胶2-4份。
作为优选，三元镍钴铝材料中各组分的摩尔比例镍：钴：铝为15-25：5:1；正极导电剂包括如下重量份数的组份：石墨烯45-55份、炭黑16-24份、大颗粒石墨粉16-24份、多壁碳纳米管8-12份。
作为优选，负极活性材料中所述水性粘结剂为羧甲基纤维素钠，炭黑为负极导电剂。
本发明提供的正极活性材料通过采用粒径≤150nm的超细镍钴铝材料，导电剂采用碳纳米管、石墨烯和科琴超级炭黑的组合，均匀分布于正极活性材料颗粒的表面和正极活性材料颗粒形成的空隙中，很好地连接了活性物质颗粒，为锂离子的传输提供良好的路径，减少了其扩散过程中的阻力，增加了正极活性材料在低温下的导电能力。
而本发明提供的负极活性材料采用层结构、晶面间距、电导率和离子扩散速率均较优秀的高倍率人造石墨，能够提高电导率和离子扩散速率，降低锂离子迁移的阻抗。
一种新型高倍率三元镍钴铝动力电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)正极活性材料制备：将三元镍钴铝材料、正极导电剂加入到干混搅拌机中，进行第一次搅拌，再加入部分正极胶液，进行第二次搅拌，然后加入余下正极胶液，进行第三次搅拌得正极活性材料；
(2)负极活性材料制备：将水性粘结剂和去离子水加入到搅拌机中进行分散处理，再加入石墨粉末进行第一次搅拌并刮料，然后加入负极导电剂，进行第二次搅拌后加去离子水调节黏度得负极活性材料；
(3)极片制作：将制备好的正极活性材料和负极活性材料分别涂覆在正极集流体及负极集流体上，烘烤、棍压、裁剪后得正极片和负极片；
(4)电池装配：将正极片、隔膜和负极片以叠片工艺组装后封壳，并注入电解液得高倍率三元镍钴铝动力电池。
现有的动力电池能量密度偏低，严重影响了电动汽车的续航里程，高倍率三元镍钴铝材料本身导电性能好，锂离子扩散速度快，具有非常优异的低温性能。本发明通过分步加料并多次搅拌等方式获得的正极活性材料，区别于其他电池材料，具有材料更细腻、性能更优异的特点，同时，负极活性材料不仅仅只是粘接剂与导电剂的简单混合，而是通过加入去离子水来调节黏度，以使得负极活性材料能与正极活性材料更好地贴合，有利于电池充放电。
作为优选，步骤(1)中所述正极胶液由油性粘结剂聚偏氟乙烯和油性溶剂n-甲基吡咯烷酮组成，经搅拌机混合搅拌2-3h后分散均匀制成，且第一次搅拌后加入的正极胶液占所有正极胶液的30-60％。正极胶液能提升正极中分批加入的材料之间的结合性，且将正极胶液分批加入，能使得胶液更好地渗入各种组成材料的间隙中。
作为优选，步骤(1)中所述第一次搅拌时设置搅拌机的频率为公转35-40hz，自转6000-8000rpm，搅拌时间为0.5-2h；第二次搅拌时设置搅拌机的频率为公转40-45hz，自转4000-5000rpm，搅拌时间为10-30min；第三次搅拌时设置搅拌机的频率为公转40-45hz，自转4000-5000rpm，搅拌时间为2-3h。分批次加入正极材料的各个组成成分，能使得各成分更加细密，颗粒物的粒径更小，分散物的混合程度更高。
作为优选，步骤(2)中所述分散处理时间为0.5-1.5h，第一次搅拌时间为10-30min，第二次搅拌时间为0.5-1.5h，黏度为500-2000mpas。调节黏度有利于负极活性材料能与正极活性材料更好地贴合，有利于电池充放电。
作为优选，步骤(4)中所述电解液具体为：六氟磷酸锂/乙基纤维素、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯的体积比为1:1:1。本发明采用高倍率功能性低温电解液，通过选取低熔点、低黏度、高介电常数，且有较高电化学稳定性的低温共溶剂，调节各溶剂组份的比例，提高电解液在低温下的电导率。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)目前磷酸铁锂动力电池比能力为130wh/kg左右，三元镍钴铝动力电池的比能量能够做到170wh/kg以上，突破了动力电池能量密度低的瓶颈。
(2)高倍率三元镍钴铝动力电池的循环性能更好，500次循环后，容量保持率在90％以上。
(3)高倍率三元镍钴铝动力电池解决了新能源电动车快速充电问题，可实现15分钟快速充满目标，极大缩短新能源电动车充电时间，续航能力大大增加，实现了新能源电动车大规模应用。
(4)相比于现有技术，本发明所制备的镍钴铝动力电池具有高能量密度和极好的低温性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
配料：按上述电池的活性材料及其重量份数准备原料，正极活性材料包括如下重量份数的组份：三元镍钴铝材料93份、正极导电剂3.5份、聚偏氟乙烯4份，其中，正极导电剂包括如下重量份数的组份：石墨烯50份、炭黑20份、大颗粒石墨粉20份、多壁碳纳米管10份；负极活性材料包括如下重量份数的组份：人造石墨92份、水性粘结剂3份、炭黑1.5份、丁苯橡胶3份，其中，水性粘结剂为羧甲基纤维素钠，炭黑为负极导电剂。
正极活性材料制备：先将聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮经搅拌机混合搅拌2.5h后分散均匀制成正极胶液，再将三元镍钴铝材料、正极导电剂加入到干混搅拌机中，进行第一次搅拌，设置搅拌机的频率为公转38hz，自转7000rpm，搅拌时间为1.3h；再加入45％的正极胶液，进行第二次搅拌，设置搅拌机的频率为公转43hz，自转4500rpm，搅拌时间为20min；刮料，然后加入余下正极胶液，进行第三次搅拌，设置搅拌机的频率为公转43hz，自转4500rpm，搅拌时间为2.5h，调节黏度为7000mpas，搅拌除泡，抽真空，搅拌机不开自转，设置公转18hz后得正极活性材料。
负极活性材料制备：将水性粘结剂和去离子水加入到搅拌机中进行分散处理1h，再加入石墨粉末进行第一次搅拌20min，并刮料，然后加入负极导电剂，进行第二次搅拌1h后加去离子水调节黏度至1300mpas得负极活性材料。
极片制作：将制备好的正极活性材料和负极活性材料分别涂覆在正极集流体及负极集流体上，烘烤、棍压、裁剪后得正极片和负极片。
电池装配：将六氟磷酸锂/乙基纤维素、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯以体积比1:1:1制成电解液，将正极片、隔膜和负极片以叠片工艺组装后封壳，并注入电解液得高倍率三元镍钴铝动力电池。
实施例2
配料：按上述电池的活性材料及其重量份数准备原料，正极活性材料包括如下重量份数的组份：三元镍钴铝材料90份、正极导电剂3份、聚偏氟乙烯3份，其中，正极导电剂包括如下重量份数的组份：石墨烯45份、炭黑16份、大颗粒石墨粉16份、多壁碳纳米管8份；负极活性材料包括如下重量份数的组份：人造石墨90份、水性粘结剂2份、炭黑1份、丁苯橡胶2份，其中，水性粘结剂为羧甲基纤维素钠，炭黑为负极导电剂。
正极活性材料制备：先将聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮经搅拌机混合搅拌2.5h后分散均匀制成正极胶液，再将三元镍钴铝材料、正极导电剂加入到干混搅拌机中，进行第一次搅拌，设置搅拌机的频率为公转38hz，自转7000rpm，搅拌时间为1.3h；再加入45％的正极胶液，进行第二次搅拌，设置搅拌机的频率为公转43hz，自转4500rpm，搅拌时间为20min；刮料，然后加入余下正极胶液，进行第三次搅拌，设置搅拌机的频率为公转43hz，自转4500rpm，搅拌时间为2.5h，调节黏度为7000mpas，搅拌除泡，抽真空，搅拌机不开自转，设置公转18hz后得正极活性材料。
负极活性材料制备：将水性粘结剂和去离子水加入到搅拌机中进行分散处理1h，再加入石墨粉末进行第一次搅拌20min，并刮料，然后加入负极导电剂，进行第二次搅拌1h后加去离子水调节黏度至1300mpas得负极活性材料。
极片制作：将制备好的正极活性材料和负极活性材料分别涂覆在正极集流体及负极集流体上，烘烤、棍压、裁剪后得正极片和负极片。
电池装配：将六氟磷酸锂/乙基纤维素、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯以体积比1:1:1制成电解液，将正极片、隔膜和负极片以叠片工艺组装后封壳，并注入电解液得高倍率三元镍钴铝动力电池。
实施例3
配料：按上述电池的活性材料及其重量份数准备原料，正极活性材料包括如下重量份数的组份：三元镍钴铝材料95份、正极导电剂4份、聚偏氟乙烯5份，其中，正极导电剂包括如下重量份数的组份：石墨烯55份、炭黑24份、大颗粒石墨粉24份、多壁碳纳米管12份；负极活性材料包括如下重量份数的组份：人造石墨94份、水性粘结剂4份、炭黑2份、丁苯橡胶4份，其中，水性粘结剂为羧甲基纤维素钠，炭黑为负极导电剂。
正极活性材料制备：先将聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮经搅拌机混合搅拌2.5h后分散均匀制成正极胶液，再将三元镍钴铝材料、正极导电剂加入到干混搅拌机中，进行第一次搅拌，设置搅拌机的频率为公转38hz，自转7000rpm，搅拌时间为1.3h；再加入45％的正极胶液，进行第二次搅拌，设置搅拌机的频率为公转43hz，自转4500rpm，搅拌时间为20min；刮料，然后加入余下正极胶液，进行第三次搅拌，设置搅拌机的频率为公转43hz，自转4500rpm，搅拌时间为2.5h，调节黏度为7000mpas，搅拌除泡，抽真空，搅拌机不开自转，设置公转18hz后得正极活性材料。
负极活性材料制备：将水性粘结剂和去离子水加入到搅拌机中进行分散处理1h，再加入石墨粉末进行第一次搅拌20min，并刮料，然后加入负极导电剂，进行第二次搅拌1h后加去离子水调节黏度至1300mpas得负极活性材料。
极片制作：将制备好的正极活性材料和负极活性材料分别涂覆在正极集流体及负极集流体上，烘烤、棍压、裁剪后得正极片和负极片。
电池装配：将六氟磷酸锂/乙基纤维素、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯以体积比1:1:1制成电解液，将正极片、隔膜和负极片以叠片工艺组装后封壳，并注入电解液得高倍率三元镍钴铝动力电池。
实施例4
配料：按上述电池的活性材料及其重量份数准备原料，正极活性材料包括如下重量份数的组份：三元镍钴铝材料93份、正极导电剂3.5份、聚偏氟乙烯4份，其中，正极导电剂包括如下重量份数的组份：石墨烯50份、炭黑20份、大颗粒石墨粉20份、多壁碳纳米管10份；负极活性材料包括如下重量份数的组份：人造石墨92份、水性粘结剂3份、炭黑1.5份、丁苯橡胶3份，其中，水性粘结剂为羧甲基纤维素钠，炭黑为负极导电剂。
正极活性材料制备：先将聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮经搅拌机混合搅拌2h后分散均匀制成正极胶液，再将三元镍钴铝材料、正极导电剂加入到干混搅拌机中，进行第一次搅拌，设置搅拌机的频率为公转35hz，自转6000rpm，搅拌时间为0.5h；再加入30％的正极胶液，进行第二次搅拌，设置搅拌机的频率为公转40hz，自转4000rpm，搅拌时间为10min；刮料，然后加入余下正极胶液，进行第三次搅拌，设置搅拌机的频率为公转40hz，自转4000rpm，搅拌时间为2h，调节黏度为4000mpas，搅拌除泡，抽真空，搅拌机不开自转，设置公转15hz后得正极活性材料。
负极活性材料制备：将水性粘结剂和去离子水加入到搅拌机中进行分散处理1h，再加入石墨粉末进行第一次搅拌20min，并刮料，然后加入负极导电剂，进行第二次搅拌1h后加去离子水调节黏度至1300mpas得负极活性材料。
极片制作：将制备好的正极活性材料和负极活性材料分别涂覆在正极集流体及负极集流体上，烘烤、棍压、裁剪后得正极片和负极片。
电池装配：将六氟磷酸锂/乙基纤维素、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯以体积比1:1:1制成电解液，将正极片、隔膜和负极片以叠片工艺组装后封壳，并注入电解液得高倍率三元镍钴铝动力电池。
实施例5
配料：按上述电池的活性材料及其重量份数准备原料，正极活性材料包括如下重量份数的组份：三元镍钴铝材料93份、正极导电剂3.5份、聚偏氟乙烯4份，其中，正极导电剂包括如下重量份数的组份：石墨烯50份、炭黑20份、大颗粒石墨粉20份、多壁碳纳米管10份；负极活性材料包括如下重量份数的组份：人造石墨92份、水性粘结剂3份、炭黑1.5份、丁苯橡胶3份，其中，水性粘结剂为羧甲基纤维素钠，炭黑为负极导电剂。
正极活性材料制备：先将聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮经搅拌机混合搅拌3h后分散均匀制成正极胶液，再将三元镍钴铝材料、正极导电剂加入到干混搅拌机中，进行第一次搅拌，设置搅拌机的频率为公转40hz，自转8000rpm，搅拌时间为2h；再加入60％的正极胶液，进行第二次搅拌，设置搅拌机的频率为公转45hz，自转5000rpm，搅拌时间为30min；刮料，然后加入余下正极胶液，进行第三次搅拌，设置搅拌机的频率为公转45hz，自转5000rpm，搅拌时间为3h，调节黏度为10000mpas，搅拌除泡，抽真空，搅拌机不开自转，设置公转20hz后得正极活性材料。
负极活性材料制备：将水性粘结剂和去离子水加入到搅拌机中进行分散处理1h，再加入石墨粉末进行第一次搅拌20min，并刮料，然后加入负极导电剂，进行第二次搅拌1h后加去离子水调节黏度至1300mpas得负极活性材料。
极片制作：将制备好的正极活性材料和负极活性材料分别涂覆在正极集流体及负极集流体上，烘烤、棍压、裁剪后得正极片和负极片。
电池装配：将六氟磷酸锂/乙基纤维素、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯以体积比1:1:1制成电解液，将正极片、隔膜和负极片以叠片工艺组装后封壳，并注入电解液得高倍率三元镍钴铝动力电池。
实施例6
配料：按上述电池的活性材料及其重量份数准备原料，正极活性材料包括如下重量份数的组份：三元镍钴铝材料93份、正极导电剂3.5份、聚偏氟乙烯4份，其中，正极导电剂包括如下重量份数的组份：石墨烯50份、炭黑20份、大颗粒石墨粉20份、多壁碳纳米管10份；负极活性材料包括如下重量份数的组份：人造石墨92份、水性粘结剂3份、炭黑1.5份、丁苯橡胶3份，其中，水性粘结剂为羧甲基纤维素钠，炭黑为负极导电剂。
正极活性材料制备：先将聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮经搅拌机混合搅拌2.5h后分散均匀制成正极胶液，再将三元镍钴铝材料、正极导电剂加入到干混搅拌机中，进行第一次搅拌，设置搅拌机的频率为公转38hz，自转7000rpm，搅拌时间为1.3h；再加入45％的正极胶液，进行第二次搅拌，设置搅拌机的频率为公转43hz，自转4500rpm，搅拌时间为20min；刮料，然后加入余下正极胶液，进行第三次搅拌，设置搅拌机的频率为公转43hz，自转4500rpm，搅拌时间为2.5h，调节黏度为7000mpas，搅拌除泡，抽真空，搅拌机不开自转，设置公转18hz后得正极活性材料。
负极活性材料制备：将水性粘结剂和去离子水加入到搅拌机中进行分散处理0.5h，再加入石墨粉末进行第一次搅拌10min，并刮料，然后加入负极导电剂，进行第二次搅拌0.5h后加去离子水调节黏度至500mpas得负极活性材料。
极片制作：将制备好的正极活性材料和负极活性材料分别涂覆在正极集流体及负极集流体上，烘烤、棍压、裁剪后得正极片和负极片。
电池装配：将六氟磷酸锂/乙基纤维素、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯以体积比1:1:1制成电解液，将正极片、隔膜和负极片以叠片工艺组装后封壳，并注入电解液得高倍率三元镍钴铝动力电池。
实施例7
配料：按上述电池的活性材料及其重量份数准备原料，正极活性材料包括如下重量份数的组份：三元镍钴铝材料93份、正极导电剂3.5份、聚偏氟乙烯4份，其中，正极导电剂包括如下重量份数的组份：石墨烯50份、炭黑20份、大颗粒石墨粉20份、多壁碳纳米管10份；负极活性材料包括如下重量份数的组份：人造石墨92份、水性粘结剂3份、炭黑1.5份、丁苯橡胶3份，其中，水性粘结剂为羧甲基纤维素钠，炭黑为负极导电剂。
正极活性材料制备：先将聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮经搅拌机混合搅拌2.5h后分散均匀制成正极胶液，再将三元镍钴铝材料、正极导电剂加入到干混搅拌机中，进行第一次搅拌，设置搅拌机的频率为公转38hz，自转7000rpm，搅拌时间为1.3h；再加入45％的正极胶液，进行第二次搅拌，设置搅拌机的频率为公转43hz，自转4500rpm，搅拌时间为20min；刮料，然后加入余下正极胶液，进行第三次搅拌，设置搅拌机的频率为公转43hz，自转4500rpm，搅拌时间为2.5h，调节黏度为7000mpas，搅拌除泡，抽真空，搅拌机不开自转，设置公转18hz后得正极活性材料。
负极活性材料制备：将水性粘结剂和去离子水加入到搅拌机中进行分散处理1.5h，再加入石墨粉末进行第一次搅拌30min，并刮料，然后加入负极导电剂，进行第二次搅拌1.5h后加去离子水调节黏度至2000mpas得负极活性材料。
极片制作：将制备好的正极活性材料和负极活性材料分别涂覆在正极集流体及负极集流体上，烘烤、棍压、裁剪后得正极片和负极片。
电池装配：将六氟磷酸锂/乙基纤维素、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯以体积比1:1:1制成电解液，将正极片、隔膜和负极片以叠片工艺组装后封壳，并注入电解液得高倍率三元镍钴铝动力电池。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，对比例1的电池正极主要材料为磷酸铁锂材料。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，对比例2正极活性材料制备时直接将所有正极材料混合一次搅拌而成。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，对比例3负极活性材料制备时直接将所有负极材料混合一次搅拌而成。
将实施例1-7及对比例1-3的产品进行测试，测试其克容量、工作电压、比能量，结果如表1所示：
表1：实施例1-7及对比例1-3中产品的性能
从表中数据来看，大多数采用磷酸铁锂材料的电池，在示范推广中已经显现出能量密度瓶颈，这极大地阻碍了续驶里程。而镍钴铝酸锂三元材料用于锂离子动力电池，使得电池系统的质量能量密度和体积能量密度均得到很大提高。电池组的高功率特性好，特别适用于纯电动车或插电式混合动力汽车。
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。