本发明涉及电池制造技术领域，具体的涉及一种可快充锂离子电池及其制作方法。
背景技术：
随着互联网技术的兴起与发展，以智能手机为代表的移动便携式设备已成为人们生活中不可或缺的一部分。以智能手机为例，功能越发强大后带来的是耗电量的大幅增加，目前广泛使用的锂离子电池近年来能量密度虽有所提高，但仍然难以满足人们的使用需求，特别是手机和个人身份以及钱包绑定后，低电量关机将严重影响用户生活。再比如，当前流行的航拍无人机凭借全新的视野空间被广泛应用于影视拍摄、旅游体验等领域，但目前的锂离子电池仅能维持约20min左右的续航。另一方面，由于环境与能源问题日益严峻，以动力电池驱动的新能源汽车越来越受到各国政府的重视，“以电代汽”成为今后发展的必然趋势，虽然从续航里程上看，部分新能源汽车(400km)似乎已于传统汽车相接近，但超长的充电等待(2h以上)对新能源汽车的普及来说极为不利。
综上所述，无论是3c领域(电脑、通讯、消费电子)还是动力领域，快充技术都亟待突破，更为确切地来说应该是保证当前产品能量密度的快充技术才是市场迫切需要的，而快充技术的基础在于可快充锂离子电池的开发。受限于锂离子电池的自身特点，能量密度和快充客观上有瓶颈且相互制约，较高能量密度的锂离子电池在20min快充中存在如下问题：电池容量会随着试使用期增长而快速衰减；充电过程中温度上升较多。从设备运行角度看，电池能量密度是绝对的、不可大幅妥协的，快充是相对的、在一定范围内是可接受的。结合实际产品特点和用户体验，发明人认为确有必要提供一类单体电池质量能量密度不低于160wh/kg且体积能量密度不低于320wh/l，还可实现20min快速充电且稳定的锂离子电池。
技术实现要素：
1.要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题在于提供一种可快充锂离子电池及其制作方法，其具有较高的质量能量密度和体积能量密度，快充能力得到了明显提升，充电过程中温升较少，且快充条件下仍然保持良好的循环稳定性。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：
一种可快充锂离子电池，包括正极、负极及壳体，所述正极包括钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钴锰酸锂、镍锰酸锂、钴镍酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的任意一种或几种的混合物；所述负极包括骨料和填料，所述骨料包括石墨或石墨为主的含硅复合物，所述填料包括零维碳材料和一维碳材料中的任意一种或二者的混合物；所述石墨或以石墨为主的含硅负极材料的粒径d50值为8-22μm，振实密度为0.8-1.3g/㎝3，比表面积为0.8-4.0㎡/g；所述零维碳材料的平均一次粒径为15-70nm，dbp吸收值为180-350ml/100g；所述一维碳材料的平均粒径为7-11nm，平均长度为5-20μm；所述壳体采用铝制或铝塑膜壳体。
进一步地，在负极中，所述骨料的质量百分比为x％,x的取值范围为90.0<x<99.0，所述填料的质量百分比为y％,y的取值范围为1.0<y<10.0。
本发明还提供了上述可快充锂离子电池的制作方法，包括如下步骤：
(1)锂离子电池负极制作：将负极所用材料制成浆料后涂布在厚度为h1的铜箔上，h1的取值范围为0.004mm<h1<0.012mm，涂布的双面面密度大于1.2g/dm2；随后进行烘干处理，待烘干后进行辊压，压实密度为1.1-1.7g/cm3，即得负极片；
(2)锂离子电池正极制作：将正极所用材料、导电剂、粘结剂在溶剂中分散均匀，合浆后涂布在厚度为h2的铝箔上，h2的取值范围为0.006mm<h2<0.020mm，涂布的双面面密度大于2.0g/dm2；随后进行烘干处理，待烘干后进行辊压，压实密度为2.5-4.3g/cm3，即得正极片；
(3)正、负极的极耳设置：步骤(1)所得的负极片的长度方向上每l1mm设置一个负极极耳，且负极极耳以焊接的方式固定在铜箔上，所述负极极耳的宽度为m1mm；步骤(2)所得的正极片的长度方向上每l2mm设置一个正极极耳，且正极极耳以焊接的方式固定在铝箔上，正极极耳的宽度为m2mm；假设电池的额定容量为cah，负极片的总长为f1mm，正极片的总长为f2mm，各参数满足如下条件：①c/4<f1m1h1/l1<c；②c/3<f2m2h2/l2<2c；
(4)锂离子电池组装：先将正极片、负极片裁剪成所需尺寸，然后将隔膜同正极片、负极片一起卷绕成规定尺寸的电芯，再将所得电芯置于壳体中，经真空烘烤后注入电解液并封口，即得目标锂离子电池。
3.有益效果
(1)本发明的负极以石墨或石墨为主的含硅复合物为骨料，以零维碳材料和一维碳材料中的任意一种或二者的混合物为填料，可在电池负极形成良好的导电网络；在正极材料中也加入了导电剂，可促进电池正极形成良好的导电网络。则本发明可在锂离子电池电极中构建起良好的导电网络，有利于促进电解液的均匀分布，并平衡电极的电子转移和离子转移；同时，在电极制组装前，合理设计了正、负极极耳，可降低电池内阻，更有利于促进电池的导电性能；两者协作，使圆柱电池快充能力得到了明显提升，实现电池高能量密度下的快速充电。
(2)经检测，单体电池的质量能量密度大于160wh/kg，单体电池体积能量密度大于320wh/l。电池在空电状态下充电20min充入的电量可达额定容量的80％以上；电池充电20min过程中，电池表面温度的最高温升＜30℃；电池的20min快充循环300次时，电池容量仍可达到自身初始容量的70％以上，电池的20min快充循环寿命在800次以上，说明其在快充条件下的循环稳定性较好。
综上，本发明具有较高的质量能量密度和体积能量密度，快充能力得到了明显提升，充电过程中温升较少，且快充条件下仍然保持良好的循环稳定性。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种可快充锂离子电池，包括正极、负极及壳体，所述正极采用镍钴锰酸锂li(ni1/3co1/3mn1/3)o2；所述负极包括骨料和填料，所述骨料包括石墨，所述填料包括零维碳材料，具体为乙炔炭黑li435；所述壳体采用铝塑膜壳体。
上述可快充锂离子电池的制作方法，包括如下步骤：
(1)锂离子电池负极制作：将石墨、乙炔炭黑li435、羧甲基纤维素钠(cmc)、丁苯橡胶(sbr)按质量比91：6：1.2：1.8在去离子水中分散均匀，合浆后涂布在厚度为0.012mm的铜箔上，涂布的双面面密度(不含箔材)为1.84g/dm2；随后进行烘干处理，待烘干后进行辊压，压实密度为1.6g/cm3，即得负极片；
(2)锂离子电池正极制作：将镍钴锰酸锂li(ni1/3co1/3mn1/3)o2、碳纳米管(cnt)、聚偏氟乙烯(pvdf)按质量比97:1:2在n-甲基吡咯烷酮(nmp)中分散均匀，合浆后涂布在厚度为0.015mm的铝箔上，涂布的双面面密度(不含箔材)为3.5g/dm2；随后进行烘干处理，待烘干后进行辊压，压实密度为3.8g/cm3，即得正极片；
(3)正、负极的极耳设置：步骤(1)所得的负极片的总长为608mm，负极片的长度方向上每32mm设置一个负极极耳，且负极极耳以焊接的方式固定在铜箔上，所述负极极耳的宽度为8mm；步骤(2)所得的正极片的总长为558mm，正极片的的长度方向上每31mm设置一个正极极耳，且正极极耳以焊接的方式固定在铝箔上，正极极耳的宽度为8mm；
(4)锂离子电池组装：先将正极片、负极片裁剪成所需尺寸，然后用隔膜将正极与负极片分隔开并整理成规定尺寸的电芯，再将所得电芯置于铝塑膜壳体中，经真空烘烤后注入电解液并封口，即得目标锂离子电池。
所得锂离子电池的容量为2.3ah。
为表述方便作出规定，c为电池的额定容量(ah)，i为电流且i的数值等于c(a)；空电状态电池以0.5i电流(a)恒流充电至上限电压(v)，达到上限电压后以该电压恒压充电，截止电流(a)小于或等于0.05i，所得充电容量(ah)为j；空电状态电池以3i电流(a)恒流充电至上限电压(v)，达到上限电压后以该电压恒压充电，截止电流(a)小于或等于i，所得充电容量(ah)为k；空电状态电池以3i电流(a)恒流充电至上限电压(v)，达到上限电压后以该电压恒压充电，充电过程持续20min，然后以i电流(a)恒流放电至下限电压(v)这个过程视为一个循环；
测试结果如下：
(1)单体电池质量能量密度186wh/kg，单体电池体积能量密度335wh/l。
(2)温度探头放置于电池最大表面的几何中心处，电池从空电状态电池以3i电流(a)恒流充电至上限电压(v)，达到上限电压后以该电压恒压充电，充电过程持续20min，期间探头最高温度与开始记录的起始温度间的差值9.0℃。
(3)第1次循环中，k/j>0.855，
(4)第10次循环中，k/j>0.847，
(5)第100次循环中，k/j>0.831，
(6)第200次循环中，k/j>0.823，
(7)第300次循环中，k/j>0.815。
实施例2
一种可快充锂离子电池，包括正极、负极及壳体，所述正极采用镍钴锰酸锂li(ni0.5co0.2mn0.3)o2；所述负极包括骨料和填料，所述骨料包括石墨，所述填料包括零维碳材料乙炔碳黑li435和一维碳材料碳纳米管cnt，填料为复合导电剂(li435：cnt＝8:2)；所述壳体采用方形铝制壳体。
上述可快充锂离子电池的制作方法包括如下步骤：
(1)锂离子电池负极制作：将石墨、复合导电剂(li435：cnt＝8:2)、羧甲基纤维素钠(cmc)、丁苯橡胶(sbr)按质量比90：7：1.2：1.8在去离子水中分散均匀，合浆后涂布在厚度为0.008mm的铜箔上，涂布的双面面密度(不含箔材)为2.12g/dm2；随后进行烘干处理，待烘干后进行辊压，压实密度为1.55g/cm3，即得负极片；
(2)锂离子电池正极制作：将镍钴锰酸锂li(ni0.5co0.2mn0.3)o2、导电剂(sp：ks-6＝2:1)、聚偏氟乙烯(pvdf)按质量比96:2:2在n-甲基吡咯烷酮(nmp)中分散均匀，合浆后涂布在厚度为0.012mm的铝箔上，涂布的双面面密度(不含箔材)为3.90g/dm2；随后进行烘干处理，待烘干后进行辊压，压实密度为3.3g/cm3，即得正极片；
(3)正、负极的极耳设置：步骤(1)所得的负极片总长为10868mm，负极片的长度方向上每143mm设置一个负极极耳，且负极极耳以焊接的方式固定在铜箔上，所述负极极耳的宽度为40mm；步骤(2)所得的正极片的总长为10508mm，正极片的的长度方向上每142mm设置一个正极极耳，且正极极耳以焊接的方式固定在铝箔上，正极极耳的宽度为40mm；
(4)锂离子电池组装：先将正极片、负极片裁剪成所需尺寸，然后用隔膜将正极与负极片分隔开并整理成规定尺寸的电芯，再将所得电芯置于方形铝制壳体中，经真空烘烤后注入电解液并封口，即得目标锂离子电池。
所得锂离子电池的容量为43ah。
为表述方便作出规定，c为电池的额定容量(ah)，i为电流且i的数值等于c(a)；空电状态电池以0.5i电流(a)恒流充电至上限电压(v)，达到上限电压后以该电压恒压充电，截止电流(a)小于或等于0.05i，所得充电容量(ah)为j；空电状态电池以3i电流(a)恒流充电至上限电压(v)，达到上限电压后以该电压恒压充电，截止电流(a)小于或等于i，所得充电容量(ah)为k；空电状态电池以3i电流(a)恒流充电至上限电压(v)，达到上限电压后以该电压恒压充电，充电过程持续20min，然后以i电流(a)恒流放电至下限电压(v)这个过程视为一个循环；
测试结果如下：
(1)单体电池质量能量密度192wh/kg，单体电池体积能量密度412wh/l。
(2)温度探头放置于电池最大表面的几何中心处，电池从空电状态电池以3i电流(a)恒流充电至上限电压(v)，达到上限电压后以该电压恒压充电，充电过程持续20min，期间探头最高温度与开始记录的起始温度间的差值20.0℃。
(3)第1次循环中，k/j>0.848，
(4)第10次循环中，k/j>0.839，
(5)第100次循环中，k/j>0.830，
(6)第200次循环中，k/j>0.819，
(7)第300次循环中，k/j>0.807。
实施例3
一种可快充锂离子电池，包括正极、负极及壳体，所述正极采用镍钴铝酸锂li(ni0.8co0.15al0.05)o2；所述负极包括骨料和填料，所述骨料包括石墨，所述填料包括零维碳材料，具体为复合导电剂(li435：sp＝7:3)；所述壳体采用铝塑膜壳体。
上述可快充锂离子电池的制作方法包括如下步骤：
(1)锂离子电池负极制作：将石墨、复合导电剂(li435：sp＝7:3)、羧甲基纤维素钠(cmc)、丁苯橡胶(sbr)按质量比89：8：1.2：1.8在去离子水中分散均匀，合浆后涂布在厚度为0.006mm的铜箔上，涂布的双面面密度(不含箔材)为2.14g/dm2；随后进行烘干处理，待烘干后进行辊压，压实密度为1.65g/cm3，即得负极片；
(2)锂离子电池正极制作：将镍钴铝酸锂li(ni0.8co0.15al0.05)o2、导电剂(sp：ks-6＝2:1)、聚偏氟乙烯(pvdf)按质量比96:2:2在n-甲基吡咯烷酮(nmp)中分散均匀，合浆后涂布在厚度为0.009mm的铝箔上，涂布的双面面密度(不含箔材)为4.16g/dm2；随后进行烘干处理，待烘干后进行辊压，压实密度为3.35g/cm3，即得正极片；
(3)正、负极的极耳设置：步骤(1)所得的负极片总长为5148mm，负极片的长度方向上每143mm设置一个负极极耳，且负极极耳以焊接的方式固定在铜箔上，所述负极极耳的宽度为45mm；步骤(2)所得的正极片的总长为4970mm，正极片的的长度方向上每142mm设置一个正极极耳，且正极极耳以焊接的方式固定在铝箔上，正极极耳的宽度为45mm；
(4)锂离子电池组装：先将正极片、负极片裁剪成所需尺寸，然后用隔膜将正极与负极片分隔开并整理成规定尺寸的电芯，再将所得电芯置于铝塑膜壳体中，经真空烘烤后注入电解液并封口，即得目标锂离子电池。
所得锂离子电池的容量为27ah。
为表述方便作出规定，c为电池的额定容量(ah)，i为电流且i的数值等于c(a)；空电状态电池以0.5i电流(a)恒流充电至上限电压(v)，达到上限电压后以该电压恒压充电，截止电流(a)小于或等于0.05i，所得充电容量(ah)为j；空电状态电池以3i电流(a)恒流充电至上限电压(v)，达到上限电压后以该电压恒压充电，截止电流(a)小于或等于i，所得充电容量(ah)为k；空电状态电池以3i电流(a)恒流充电至上限电压(v)，达到上限电压后以该电压恒压充电，充电过程持续20min，然后以i电流(a)恒流放电至下限电压(v)这个过程视为一个循环；
测试结果如下：
(1)单体电池质量能量密度270wh/kg，单体电池体积能量密度500wh/l。
(2)温度探头放置于电池最大表面的几何中心处，电池从空电状态电池以3i电流(a)恒流充电至上限电压(v)，达到上限电压后以该电压恒压充电，充电过程持续20min，期间探头最高温度与开始记录的起始温度间的差值16.0℃。
(3)第1次循环中，k/j>0.845，
(4)第10次循环中，k/j>0.832，
(5)第100次循环中，k/j>0.819，
(6)第200次循环中，k/j>0.810，
(7)第300次循环中，k/j>0.803。
由上述内容可知：
本发明中单体电池的质量能量密度大于160wh/kg，体积能量密度大于320wh/l。
电池在空电状态下充电20min充入的电量可达额定容量的80％以上；电池从空电状态电池以3i电流(a)恒流充电至上限电压(v)，达到上限电压后以该电压恒压充电，充电过程持续20min，整个过程中的电池表面温度最高温升＜30℃；电池的20min快充循环300次时，电池容量仍可达到自身初始容量的70％以上，电池的20min快充循环寿命在800次以上。说明本发明的快充能力较好，且快充条件下仍然保持良好的循环稳定性。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。