本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种可广泛应用于数码产品、电动汽车和储能等领域的快充兼高能量密度锂离子电池的制作方法。
背景技术：
由于锂离子电池具有能量密度高、输出功率大，循环寿命长、工作温度范围宽、环保等优点，可广泛应用于数码产品、电动汽车和储能等领域，近年来锂离子电池得到了迅猛发展，特别是在电动汽车领域，受国家政策扶持的影响，锂离子动力电池呈快速增长。然而，要想真正实现电动汽车的市场化推广，让消费者更加放心、便捷地使用电动汽车，发展高安全、长寿命、快充、高能量密度的电池技术是必然趋势。首先，安全和长寿命是我们需要考虑的首要问题。其次，电池需要具备快充能力才可满足消费者的机动性需求。再次，高能量密度的电池保证了电动汽车的续航里程。锂离子电池主要分两类：一类是高能量密度型，此类电池能量密度较高，但是倍率性能较差，充放电倍率一般为0.1~1c；另一类是功率型，此类电池倍率性能较好，充放电倍率一般为2~6c，但是能量密度较低。
目前市面上提高锂离子电池快充性能的方法很多，例如选用粒径小且比表面积大的活性物质、添加较多的导电剂、使用高孔隙率的隔膜、降低极片面密度等，这些方法可在一定程度上提高锂离子电池的快充性能，但是也带来电池能量密度的严重下降和安全性变差的问题。
如何既能够提高锂离子电池快充性能又不会降低电池能量密度以及安全性能是业界亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明为解决现有锂离子电池提高快充性能同时也带来电池能量密度严重下降和安全性变差的技术问题，提供一种具有快充兼高能量密度性能、易产业化的锂离子电池的制作方法，使得在不降低现有电池能量密度的前提下，进一步降低锂离子电池的内阻，提高其快充性能和安全性。
本发明提出的一种快充兼高能量密度的锂离子电池的制作方法。在常规高能量密度电池制作方法的基础上，正极片中的粘结剂采用改性聚偏氟乙烯粉末，隔膜采用改性聚偏氟乙烯涂覆隔膜，将正极片、负极片、隔膜装配成裸电芯，经过铝塑膜封装、烘烤、注液、化成、夹具烘烤、二封、分容等工序制得软包装锂离子电池。具体制作步骤如下：
步骤1：正极片制作
先将改性聚偏氟乙烯粉末和n-甲基吡咯烷酮充分混合均匀，形成均一透明状的胶液，将正极导电剂加入到所述的胶液中充分搅拌，混合均匀后加入正极活性物质，充分搅拌均匀后将浆料过筛，然后涂布于正极集流体，经过辊压、切片制得正极片；
步骤2：负极片制作
将负极导电剂和丙烯腈多元共聚物的分散液充分混匀后，加入负极活性物质，充分搅拌后过筛，然后涂布于负极集流体，经过辊压、切片制得负极片；
步骤3：电池制作
将改性聚偏氟乙烯涂覆隔膜和所述的正极片、负极片，通过叠片或者卷绕的方式装配成裸电芯，然后经过顶侧封、高温烘烤、注液、化成、夹具烘烤、二封、分容，制得所述的锂离子电池。
较优的，所述的改性聚偏氟乙烯为通过改变聚偏氟乙烯的官能团、结晶度、分子结构、分子量来制得的；所述的改性聚偏氟乙烯通过降低聚偏氟乙烯的玻璃化转变温度、改变官能团、降低结晶度、增加吸液率来提高聚合物链段的运动能力，改善聚合物链段的离子电导率。
较优的，所述的正极导电剂至少为乙炔黑、导电炭黑、导电石墨片、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种。
较优的，所述的正极活性物质至少为磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、锰酸锂、钴酸锂、富锂锰基材料、高电压尖晶石镍锰酸锂中的一种。
较优的，所述的正极集流体为铝箔或涂炭铝箔，其中，所述涂炭铝箔的涂炭层材料至少为乙炔黑、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种。
较优的，所述的负极导电剂至少为乙炔黑、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种。
较优的，所述的负极活性物质至少为人造石墨、天然石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、硅碳中的一种。
较优的，所述的负极集流体为铜箔、涂炭铜箔，其中，所述涂炭铜箔的涂炭层材料至少为乙炔黑、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种。
较优的，所述的改性聚偏氟乙烯涂覆隔膜由在聚乙烯基膜或者聚丙烯基膜的一表面涂覆改性聚偏氟乙烯制得，涂层厚度为1~6μm。卷绕或者叠片时，隔膜的涂覆面要对着正极片。
较优的，所述的夹具烘烤的温度60~100℃，面压为0.8-2mpa，夹具烘烤时间为2-6h。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1）将原来的正极粘结剂改用改性聚偏氟乙烯，与当前规模化使用的绝缘聚偏氟乙烯相比，能极大改善正极复合层的离子导电性，构造一个更加均匀、稳定的导电网，提高离子迁移率，降低极片电阻，进而提高电池的快充和循环性能；
2）隔膜基体表面涂覆改性聚偏氟乙烯，可以增加电解液的吸收量；通过夹具烘烤工艺可使正极片和隔膜紧紧粘结在一起，缩短了锂离子的传输路径，同时电池内部没有明显的液体电解液，既提高了锂离子电池的快充性能，也保证了电池的安全性。
3）该方法制作的电池，可广泛应用于数码产品、电动汽车、储能等领域。
附图说明
图1为实施例一的倍率充电曲线；
图2为对比例一的倍率充电曲线；
图3为实施例二的倍率充电曲线；
图4为对比例二的倍率充电曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
本发明提出的一种快充兼高能量密度的锂离子电池的制作方法，具体制作步骤如下：
步骤1：正极片制作
先将改性聚偏氟乙烯粉末和n-甲基吡咯烷酮充分混合均匀，形成均一透明状的胶液，将正极导电剂加入到所述的胶液中充分搅拌，混合均匀后加入正极活性物质，充分搅拌均匀后将浆料过筛，然后涂布于正极集流体，经过辊压、切片制得正极片；
步骤2：负极片制作
将负极导电剂和丙烯腈多元共聚物的分散液充分混匀后，加入负极活性物质，充分搅拌后过筛，然后涂布于负极集流体，经过辊压、切片制得负极片；
步骤3：电池制作
将改性聚偏氟乙烯涂覆隔膜和所述的正极片、负极片，通过叠片或者卷绕的方式装配成裸电芯，然后经过顶侧封、高温烘烤、注液、化成、夹具烘烤、二封、分容，制得所述的锂离子电池。
本发明，所述的改性聚偏氟乙烯为通过改变聚偏氟乙烯的官能团、结晶度、分子结构、分子量来制得的；所述的改性聚偏氟乙烯通过降低聚偏氟乙烯的玻璃化转变温度、改变官能团、降低结晶度、增加吸液率来提高聚合物链段的运动能力，改善聚合物链段的离子电导率。
正极导电剂至少为乙炔黑、导电炭黑、导电石墨片、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种。正极活性物质至少为磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、锰酸锂、钴酸锂、富锂锰基材料、高电压尖晶石镍锰酸锂中的一种。正极集流体为铝箔或涂炭铝箔，其中，所述涂炭铝箔的涂炭层材料至少为乙炔黑、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种。负极导电剂至少为乙炔黑、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种。负极活性物质至少为人造石墨、天然石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、硅碳中的一种。负极集流体为铜箔、涂炭铜箔，其中，所述涂炭铜箔的涂炭层材料至少为乙炔黑、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种。改性聚偏氟乙烯涂覆隔膜由在聚乙烯基膜或者聚丙烯基膜的一表面涂覆改性聚偏氟乙烯制得，涂层厚度为1~6μm。卷绕或者叠片时，隔膜的涂覆面要对着正极片。夹具烘烤的温度60~100℃，面压为0.8-2mpa，夹具烘烤时间为2-6h。
实施例一
正极活性物质选用lini0.5co0.2mn0.3o2，d50为4-6μm，正极导电剂为碳纳米管和super-p，管径7-12nm，正极粘结剂为改性聚偏氟乙烯；负极活性物质为人造石墨，d50为7-10μm，负极导电剂为super-p，负极粘结剂为丙烯腈多元共聚物的水分散液；隔膜为聚乙烯基膜的一表面涂覆改性聚偏氟乙烯，涂层厚度为2μm；电解液溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯二元混合溶剂，锂盐为lipf6，添加剂为vc（碳酸亚乙烯酯）、ps（丙磺酸内酯）、fec（氟代碳酸乙烯酯）；电芯采用叠片工艺，铝塑膜包装。
1、本发明的电芯制作
（1）正极片制作：
正极各组分比例：活性物质：碳纳米管：super-p：改性聚偏氟乙烯=96.7:0.8:1.5:1。
将改性聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮按质量比6:94加入到搅拌机中，搅拌速度为20rpm，搅拌时间为3h；依次加入碳纳米管导电浆和super-p，搅拌速度为30rpm，搅拌时间为2h；加入活性物质lini0.5co0.2mn0.3o2，搅拌速度为30rpm，搅拌时间为3h；浆料过150目筛网，涂覆在铝箔上，单面面密度为10mg/cm2，并辊压至72-82μm。
（2）负极片制作：
负极各组分比例：活性物质：super-p：丙烯腈多元共聚物=96:1.5:2.5。
将丙烯腈多元共聚物和纯水按质量比1:4加入到搅拌机中，搅拌速度为20rpm，搅拌时间为0.5h；加入super-p，搅拌速度为30rpm，搅拌时间为2h；加入活性物质人造石墨，搅拌速度为30rpm，搅拌时间为3h；浆料过120目筛网，涂覆在铜箔上，单面面密度为5.4mg/cm2，将负极片辊压至85-95μm。
（3）电池制作：
将正、负极片模切、烘烤后，与改性聚偏氟乙烯涂覆隔膜叠片成裸电芯，然后过顶侧封、高温烘烤、注液、化成、夹具烘烤（温度75℃，面压为1mpa，烘烤时间为3h）、二封、分容等工序，制得成品电芯。
2、电池性能测试
对比例一
将实施例一中的正极粘结剂改为普通绝缘聚偏氟乙烯，隔膜改为相同厚度、相同材质的基膜，其他材料和工艺参数不变制得测试电芯。
实施例二
正极活性物质选用lifepo4，d50为3μm，正极导电剂为碳纳米管和多层石墨烯混合液，碳纳米管管径为5-10nm，石墨烯层数为5-20，正极粘结剂为改性聚偏氟乙烯；负极活性物质为中间相碳微球，d50为9-12μm，负极导电剂为super-p，负极粘结剂为丙烯腈多元共聚物的水分散液；隔膜为聚丙烯基膜的一表面涂覆改性聚偏氟乙烯，涂层厚度为2μm；电解液溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯二元混合溶剂，锂盐为lipf6，添加剂为vc（碳酸亚乙烯酯）、ps（丙磺酸内酯）、fec（氟代碳酸乙烯酯）；电芯采用叠片工艺，铝塑膜包装。
1、本发明的电芯制作
（1）正极片制作：
正极各组分比例：活性物质：碳纳米管：多层石墨烯：改性聚偏氟乙烯=96.2:1.0:0.3:2.5。
将改性聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮按质量比6:94加入到搅拌机中，搅拌速度为20rpm，搅拌时间为3h；加入碳纳米管和石墨烯混合液，搅拌速度为30rpm，搅拌时间为1h；加入活性物质lifepo4，搅拌速度为30rpm，搅拌时间为3h；浆料过150目筛网，涂覆在铝箔上，单面面密度为10mg/cm2，并辊压至103-107μm。
（2）负极片制作：
负极各组分比例：活性物质：super-p：丙烯腈多元共聚物=96:1.5:2.5。
将丙烯腈多元共聚物和纯水按质量比1:4加入到搅拌机中，搅拌速度为20rpm，搅拌时间为0.5h；加入super-p，搅拌速度为30rpm，搅拌时间为2h；加入活性物质人造石墨，搅拌速度为30rpm，搅拌时间为3h；浆料过120目筛网，涂覆在铜箔上，单面面密度为5.2mg/cm2，将负极片辊压至78-85μm。
（3）电池制作：
将正、负极片模切、烘烤后，与改性聚偏氟乙烯涂覆隔膜叠片成裸电芯，然后过顶侧封、高温烘烤、注液、化成、夹具烘烤（温度85℃，面压为1.3mpa，烘烤时间为2.5h）、二封、分容等工序，制得成品电芯。
2、电池性能测试
对比例二
将实施例二中的正极粘结剂改为普通绝缘聚偏氟乙烯，隔膜改为相同厚度、相同材质的基膜，其他材料和工艺参数不变制得测试电芯。
下面是实施例一、实施例二、对比例一、对比例二的锂离子电池测试结果：
(1)倍率充电性能测试
在常温25℃下，将电芯0.5c恒流放电至3.0v，静置时间5min，然后分别以1c、2c、4c、6c的倍率恒流恒压充电至4.2v，截止电流为0.05c，静置时间为15min。
通过对比图1和图2可以看出，在不降低电池能量密度的情况下，实施例一的电池倍率充电性能得到明显提高，倍率越大优势越大，6c充电恒流比从83.2%提高至92.7%。对比图3和图4可以看出，1c和2c倍率充电时，充电恒流比差别很小，但是当充电倍率提高至4c以上时，实施例二的电池倍率充电性能优势得到明显体现，6c充电恒流比可从87.6%提高至93.5%。
（2）针刺性能测试
在常温25℃下，将电芯1c恒流恒压充电至截止电压，截止电流为0.05c，用φ7mm的耐高温钢针，以25mm/s的速度从垂直于电芯表面的方向针刺。
从上面表格中可以看出，实施例一和实施例二中的三个电池针刺时都不起火、不冒烟，而对比例一有两个电池发生起火现象，对比例二中的三个电池都发生冒烟。
本发明将原来的正极粘结剂改用改性聚偏氟乙烯，与当前规模化使用的绝缘聚偏氟乙烯相比，能极大改善正极复合层的离子导电性，构造一个更加均匀、稳定的导电网，提高离子迁移率，降低极片电阻，进而提高电池的快充和循环性能；隔膜基体表面涂覆改性聚偏氟乙烯，可以增加电解液的吸收量；通过夹具烘烤工艺可使正极片和隔膜紧紧粘结在一起，缩短了锂离子的传输路径，同时电池内部没有明显的液体电解液，既提高了锂离子电池的快充性能，也保证了电池的安全性。该方法制作的电池，可广泛应用于数码产品、电动汽车、储能等领域。
以上所述实施例主要是为了说明本发明的创作构思，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。