一种可快速充放电的锂离子电池及其制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及锂离子电池领域，尤其是涉及可快速充放电的锂离子电池及其制造方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池具有工作电压高、比能量高和循环寿命长等优点，近年来得到了迅速发展。锂离子电池现在在移动设备、电动工具和电动汽车上得到广泛使用，随着用户需求的不断提升，对可快速充放电的锂离子电池需求越来越强烈。当然对于不同的用电设备对电池充放电特性也有不同的需求，对于移动设备和电动汽车用电池需要能够快速充满电，对于电动工具用电池则需要可以大电流放电以提高设备功率。
[0003]在其它条件一定的前提下，电池的内阻是制约电池充放电倍率性能的瓶颈，内阻越大电池的倍率性能越差，在大电流充放电过程中产生的极化就大，从而限制了用电器的正常使用。当前改善电池功率性能大多只使用一种涂层，而且现有技术中的正极极片中的粘结剂一般只能使用一种，即可以在NMP(N，N-二甲基吡咯烷酮)体系下溶解的聚偏二氟乙烯或者在水性体系下可以溶解的水性粘结剂，因此在正极集流体上的涂层只适用于活性物质浆料是以NMP为溶剂的体系或者只适用于以水为溶剂的体系，所以为了改善工艺适应性，有必要开发一种同时适用于两种体系的正极集流体涂层。同时为了改善隔膜与正负极膜片之间的界面特性，也非常有必要开发一种改善此界面特性的复合涂层隔膜。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种可快速充放电的锂离子电池及其制造方法，以提高活性材料与集流体的粘结性、改善活性材料与集流体之间的界面、改善隔膜与正负极膜片之间的界面特性，从而降低锂离子电池的内阻。本发明所述的涂层可适用于以NMP为溶剂的材料体系和水为溶剂的材料体系。具体技术方案如下:
[0005]本发明一种可快速充放电的锂离子电池，所述电池包括:正极片、负极片、隔膜、电解液，所述负极片包括负极集流体和分布在负极集流体上的负极活性物质，所述正极片包括复合正极集流体和分布在复合正极集流体上的正极活性物质，所述复合正极集流体由正极集流体基体及涂覆在基体表面的复合涂层组成。
[0006]本发明一种可快速充放电的锂离子电池，所述正极集流体基体表面的复合涂层包括下述组分按质量百分比组成:
[0007]粘结剂10-20%，
[0008]导电剂70-85%，
[0009]添加剂5-10%。
[0010]本发明一种可快速充放电的锂离子电池，所述正极集流体基体表面的复合涂层中，粘结剂为水性聚偏二氟乙烯乳液；
[0011]导电剂选自超导碳黑(Super-p)、纳米碳管、碳纤维、石墨稀中的至少一种；
[0012]添加剂选自羧甲基纤维素钠(CMC)，聚丙烯酸(PAA)聚丙烯酸钠、(PAAS)中的至少一种；
[0013]本发明一种可快速充放电的锂离子电池，所述正极集流体基体表面的复合涂层单面厚度为1 μ m-6 μ m。
[0014]本发明一种可快速充放电的锂离子电池，所述电池中的隔膜表面涂覆有复合导电层，所述隔膜表面的复合导电层由粘结剂和导电剂组成。
[0015]本发明一种可快速充放电的锂离子电池，所述隔膜表面的复合导电层中的粘结剂与导电剂的质量百分含量为:
[0016]粘结剂占10-20 %，导电剂为80-90 %。
[0017]本发明一种可快速充放电的锂离子电池，所述隔膜表面的复合导电层中，微孔尺寸为0.05-10微米；所述复合导电层单面厚度为1 μ m-4 μ m。
[0018]本发明一种可快速充放电的锂离子电池，所述隔膜表面的复合导电层总厚度为2_30umo
[0019]本发明一种可快速充放电的锂离子电池，所述隔膜表面的复合导电层中的导电剂选自超导碳黑(Super-P)、碳纳米管、碳纤维、石墨稀中的至少一种。
[0020]本发明一种可快速充放电的锂离子电池，所述隔膜表面的复合导电层中的粘结剂为聚偏氟乙烯。
[0021]本发明一种可快速充放电的锂离子电池，所述的正极活性物质选自过渡金属嵌锂氧化物、磷酸盐正极材料中的至少一种；所述的负极活性物质选自人造石墨，天然石墨，Si/C复合材料中的一种或几种；
[0022]所述过渡金属嵌锂氧化物选自LiCoO^LiMr^fVLiCOi x yNixMny02中的至少一种，其中 LiCOi x yNixMny02中的 x、y，要求 x+y < 1 ；
[0023]所述磷酸盐正极材料选自LiFeP04、Li3V2 (P04) 3、LiVP04F、LiVP040中的至少一种。
[0024]本发明一种可快速充放电的锂离子电池，正极片与负极片均为全极耳结构。
[0025]本发明一种可快速充放电的锂离子电池的制备方法，包括下述步骤:
[0026]第一步，复合正极集流体的制备
[0027]按设计的正极集流体基体表面的复合涂层中粘结剂、导电剂、添加剂的质量配比，分别称取粘结剂、导电剂、添加剂，以含质量百分比5?40%的NMP(N，N- 二甲基吡咯烷酮)的去离子水为溶剂，先将粘结剂，导电剂和溶剂加入搅拌罐分散均匀，然后再入添加剂搅拌均匀，制备复合涂层浆料；将涂复合涂层浆料覆至集流体基体表面后烘干，制备出复合正极集流体；
[0028]第二步:正负极片的制备
[0029]按常规工艺，将正极活性物质涂覆在复合正极集流体表面，将负极活性物质涂覆在负极集流体表面，得到正极片，负极片；
[0030]第三步，隔膜表面复合导电层的制备
[0031]按设计的隔膜表面的复合导电层中粘结剂、导电剂的质量配比，分别称取粘结剂、导电剂，先将粘结剂溶解到溶剂NMP (N，N- 二甲基吡咯烷酮)中，得到质量百分浓度为2-6 %的粘接剂溶液，然后，将导电剂加入粘接剂溶液中搅拌均匀，得到混合液，粘结剂与导电剂按质量比1:1-9匹配；
[0032]将复合导电层浆料涂覆至隔膜表面并干燥，得到表面涂覆有复合导电层的隔膜；
[0033]第四步，锂离子电池成型
[0034]将正负极极片和表面涂覆有复合导电层的隔膜经卷绕工序制备出卷芯，卷芯经封装、烘烤、注液、热冷压、化成、分容工序制备出高倍率锂离子电池。
[0035]本发明通过对锂离子电池正极集流体及隔膜的表面进行改性处理，一方面，有效改善正极活性材料与集流体之间的界面阻抗，从而降低电池的内阻；另一方面，有效减小了隔膜与正负极膜片之间的界面距离，利于锂离子的转移，同时涂层中的导电剂可帮助锂离子在此界面上快速发生电荷传递以进行电化学反应，有效提升电池快速充放电性能；上述两方面的协同作用，实现锂离子电池的快速充放电。相对于现有技术，本发明具有以下积极效果:
[0036](1)本发明的复合正极集流体基体表面的复合涂层比表面积较大，可有效改善正极活性材料与集流体的粘结性，防止电池在使用过程中活性材料从集流体上脱离，从而减小正极活性材料与集流体之间的界面阻抗。
[0037](2)本发明的复合正极集流体基体表面的复合涂层中导电剂的吸收电解液能力较强，可有效提高极片的电子电导率和离子电导率，从而降低电池的内阻。
[0038](3)本发明的复合正极集流体基体表面的复合涂层中的粘结剂为水性聚偏二氟乙烯乳液，在添加剂的作用下其制备的涂层表面的聚偏二氟乙烯可少量溶于NMP或水，所以活性物质材料层和功能性涂层的交界面会融合在一起，有效减小了两相界面间的阻抗。
[0039](4)本发明的隔膜表面的复合导电层，可在电池注液后的热压工序中与正负极膜片粘合在一起，有效减小了隔膜与正负极膜片之间的界面距离，这将更有利于锂离子的转移，同时涂层中的导电剂可帮助锂离