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CN109638212A - 一种高倍率快充锂离子电池 - Google Patents

一种高倍率快充锂离子电池 Download PDF

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CN109638212A
CN109638212A CN201811385049.8A CN201811385049A CN109638212A CN 109638212 A CN109638212 A CN 109638212A CN 201811385049 A CN201811385049 A CN 201811385049A CN 109638212 A CN109638212 A CN 109638212A
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lithium
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韦向红
王威
李载波
杨山
邓玉强
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Dongguan Liwinon Energy Technology Co ltd
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Dongguan Liwinon Energy Technology Co ltd
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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高倍率快充锂离子电池，正极片包括正极集流体、正极活性物质层以及氧化物涂层；正极活性物质层涂覆于正极集流体中间区域，氧化物涂层涂覆于正极集流体头部和尾部；正极活性材料的粒径D50为6～12μm；负极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极集流体；负极活性材料为外层包覆有软碳和/或硬碳的人造石墨，人造石墨的I(004)/I(110)取向值为5～15；正极片上设置有至少两个正极极耳，负极片上设置有至少两个负极极耳。相比于现有技术，本发明的锂离子电池可支持高达5C倍率快速充电，而且循环寿命长、高温存储性能突出、产品性能稳定。

Description

一种高倍率快充锂离子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高倍率快充锂离子电池。
背景技术
锂离子电池由于具有工作电压高、能量密度大、无记忆效应等优点，被广泛地应用于数码相机、手机、平板电脑、笔记本电脑等各种电子设备当中，并不断向新能源汽车领域发展。然而，相比于传统燃油车几分钟加满油，新能源汽车充满电则需要几个小时，在充电桩尚未普及的前提下，快充技术便成为了影响电动汽车快速普及的重要因素之一，而快充电池也成为动力锂离子电池的又一发展方向。
快充电池设计考虑的因素有很多方面，包括正负极、隔离膜、电解液材料以及极片结构等。现有技术的卷绕方式制作的电芯内阻较大，在较大倍率充电时产热较大，易发生热失控等安全事故。另外，目前使用的负极材料锂的脱嵌性能不佳，大倍率充电过程中容易在负极片上析锂，产生安全问题，富集在负极上面的锂会更快的消耗电解液，从而加快电池的衰减，产品的使用寿命降低。目前市场上使用的手机电池只能达到1C或者2C充电，而能够达到3C，甚至5C的充电的循环体系几乎不可见，随着市场对快充性能的需求，需开发3C或者更高的满足快充循环的电芯。
申请号为201810193686.9的中国专利公开了可快充高安全高倍率电池及其制作方法，包括正极，负极，隔离膜和电解液，正极配方为正极活性物质，正极导电剂(质量比为导电炭黑：碳纳米管：石墨烯＝1:1：(0.1～0.5))，正极粘接剂；负极材料层包含负极导电剂、负极粘接剂、负极活性物质(D50≤10um，比表面积≥1.5m2/g，配向性I(004)/I(011)≤7)，极耳为两头出极耳的方式，该发明专利充电倍率可达6C，实现的大倍率的充电，但是所使用的负极材料粒径太小，极片的加工性能会大大的打折扣，并且负极材料的配向值太小，负极极片的循环反弹大，不利于数码类电池空间的充分利用。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种高倍率快充锂离子电池，可支持高达5C倍率快速充电，而且循环寿命长、高温存储性能突出、产品性能稳定。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高倍率快充锂离子电池，包括由正极片、负极片和隔膜卷绕形成的卷芯以及填充于所述卷芯中的电解液，所述正极片包括正极集流体、正极活性物质层以及氧化物涂层；所述正极活性物质层涂覆于所述正极集流体中间区域的至少一表面，所述氧化物涂层涂覆于所述正极集流体头部和尾部的至少一表面，且所述氧化物涂层与所述正极活性物质层位于同一面；
所述正极活性物质层包括正极活性材料、正极粘接剂和正极导电剂，所述正极活性材料包括钴酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸铁锂中的一种或几种；所述正极活性材料的粒径D50为6～12μm；正极活性材料的粒径过小，比表面积过大，表面的副反应多，电解质氧化消耗容量，导致容量发挥低，且颗粒过小，易发生团聚现象，影响电池加工性能；正极活性材料的粒径过大，锂离子的扩散路径变长，阻抗增加，影响倍率及其循环性能。
所述负极片包括负极集流体和负极活性物质层，所述负极活性物质层涂覆于所述负极集流体的至少一表面；
所述负极活性物质层包括负极活性材料、负极粘接剂、负极增稠剂和负极导电剂，所述负极活性材料为外层包覆有软碳和/或硬碳的人造石墨，所述人造石墨的I(004)/I(110)取向值为5～15；
所述正极片上设置有至少两个正极极耳，所述负极片上设置有至少两个负极极耳。
作为本发明所述的高倍率快充锂离子电池的一种改进，所述正极活性物质层包括90～95％的正极活材料、1～5％的聚偏氟乙烯、0.5～3％的导电碳黑、1～4％的碳纳米管和0.5～1％的片状石墨烯。导电碳黑、碳纳米管和片状石墨烯三者使正极活性物质和正极导电剂形成点、线、面均匀分散的导电网络，极大提高了正极片的导电性能。
作为本发明所述的高倍率快充锂离子电池的一种改进，所述负极活性物质层包括90～97％的负极活材料、1～3％的粘接剂、1～3％的增稠剂和1.5～4.5％的导电碳黑。
作为本发明所述的高倍率快充锂离子电池的一种改进，所述正极活性物质层的压实密度为3.2～4.0g/cm3。压实密度太小，颗粒之间紧密度不够，失去连接，部分颗粒无法接受电流，导致容量损失，另外压实密度过小，锂离子的迁移路径变长；压实密度过大，导致颗粒之间的接触太紧密，甚至导致颗粒破碎，电解液浸润困难，降低极片的电导率，充放电性能变差。
作为本发明所述的高倍率快充锂离子电池的一种改进，所述正极活性材料的涂覆重量为10～30mg/cm2。涂覆重量即面密度，面密度越大，极片中所含的活性物质的量就越多，电池容量也越高，但是过高的面密度会导致电池在充放电过程中锂离子的迁移路径变长，电池的界面阻抗增加，电池极化增大，不利于大电流下的充放电性能；而面密度过小时，电池的容量随之减小，影响其市场竞争力。
作为本发明所述的高倍率快充锂离子电池的一种改进，所述氧化物涂层的厚度为20～50um。在实际涂覆生产中，为了获得较为平整的氧化物涂层，氧化物浆料粘度为2000-4000mPa.s。
作为本发明所述的高倍率快充锂离子电池的一种改进，所述氧化物涂层中的氧化物包括三氧化二铝、氧化钛和水合氧化铝的一种或者几种，所述氧化物的粒径D50为0.3～3.0μm。
作为本发明所述的高倍率快充锂离子电池的一种改进，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和有机添加剂，所述锂盐为六氟磷酸锂和二草酸硼酸锂，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯和氟苯，所述有机添加剂包括碳酸亚乙烯酯、苯砜、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸乙烯亚乙烯酯、己二腈和乙二醇丁醚。
作为本发明所述的高倍率快充锂离子电池的一种改进，所述锂盐的浓度为0.8～2.0mol/L。
作为本发明所述的高倍率快充锂离子电池的一种改进，所述卷芯以负极片、隔膜、正极片、隔膜依次叠放的方式卷绕形成。
相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：
1)本发明采用小粒径正极活性材料，小粒径的正极活性材料能更好地与导电剂和电解液接触，且锂离子的扩散路径更短，从而表现处更好的倍率特性；
2)本发明采用外层包覆有硬碳和/或软碳的人造石墨作为负极活性材料，提升人造石墨的层间距，增加锂离子的嵌锂通道，从而确保了锂离子电池大电流充放电的性能，提高了充电效率；
3)本发明的锂离子电池采用多极耳卷绕式结构，电芯内阻小，且利于电芯大电流充放电时表面散热；
4)本发明在正极集流体的头部和尾部涂覆氧化物涂层，一方面，能防止正极集流体边缘部分的毛刺刺穿隔离膜，另一方面，氧化物涂层中的氧化物具有良好的热稳定性，能提升电池的安全性能。
附图说明
图1是实施例1得到的电池充电时的电压-时间曲线图。
图2是实施例1得到的电池充电时的充电百分比-时间曲线图。
图3是实施例1得到的电池的倍率放电曲线。
图4是实施例1得到的电池的低温放电曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例1
正极片的制备：将粒径D50为6～12μm的钴酸锂：导电剂(导电碳黑+碳纳米管+片状石墨烯)：粘接剂(PVDF)＝95：2：3均匀混合在NMP中，制备成正极浆料，固含量为70％，粘度为5000mpa.s，经过200目过筛后均匀涂覆在铝箔中间区域的两表面，涂覆重量为16mg/cm2，按3.2～4.0g/cm3压实密度辊压到一定的厚度；然后将粒径D50为0.3～3.0μm的三氧化二铝颗粒溶于去离子水中，混合均匀形成黏度为2000-4000mPa.s的浆料，将其均匀涂覆在铝箔头部和尾部的两表面，辊压形成厚度为20um的氧化物涂层，将涂覆完成的正极片分切到要求的正极片宽度尺寸，在其上焊接至少两个正极极耳。
负极片的制备：将外层包覆有硬碳的人造石墨：粘接剂(PVDF)：增稠剂(CMC)：导电剂(导电碳黑)＝95.5：1.8：1.2：1.5均匀混合好后加入去离子水，制备成负极浆料，固含量为45％，粘度为3000mpa.s，经过150目过筛后均匀涂覆在铜箔的两表面，人造石墨的I(004)/I(110)取向值为5～15，涂覆重量为10mg/cm2，将涂覆好的负极片按1.30～1.65g/cm3的压实密度辊压到一定的厚度，然后分切到要求的负极片宽度，在其上焊接至少两个负极极耳。
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯、氟苯以1:1:1:1:1:1的质量比混合均匀，在混合溶液中加入浓度为0.8mol/L的LiPF6和LiBOB，搅拌至其完全溶解，并进一步的加入0.5％的碳酸亚乙烯酯、0.1％的苯砜、2％的碳酸乙烯亚乙酯、0.5％的碳酸乙烯亚乙烯酯、1％的己二腈、1％的乙二醇丁醚，得到实施例1的锂离子电池电解液。
装配：将正极片、负极片与隔膜按一定的尺寸卷绕成一个电芯，再将电芯放入冲坑好的铝塑膜内进行封装，干燥后注入电解液，静置12～36h，待电解液充分吸液后进行化成，化成完后的电芯进行除气二次封装，即得到锂离子电池。
实施例2
正极片的制备：将粒径D50为6～12μm的镍钴锰酸锂：导电剂(导电碳黑+碳纳米管+片状石墨烯)：粘接剂(PVDF)＝95：2：3均匀混合在NMP中，制备成正极浆料，固含量为70％，粘度为5000mpa.s，经过200目过筛后均匀涂覆在铝箔中间区域的两表面，涂覆重量为10mg/cm2，按3.2～4.0g/cm3压实密度辊压到一定的厚度；然后将粒径D50为0.3～3.0μm的二氧化钛颗粒溶于去离子水中，混合均匀形成黏度为2000-4000mPa.s的浆料，将其均匀涂覆在铝箔头部和尾部的两表面，辊压形成厚度为25um的氧化物涂层，将涂覆完成的正极片分切到要求的正极片宽度尺寸，在其上焊接至少两个正极极耳。
负极片的制备：将外层包覆有软碳的人造石墨：粘接剂(PVDF)：增稠剂(CMC)：导电剂(导电碳黑)＝95.5：1.8：1.2：1.5均匀混合好后加入去离子水，制备成负极浆料，固含量为45％，粘度为3000mpa.s，经过150目过筛后均匀涂覆在铜箔的两表面，人造石墨的I(004)/I(110)取向值为5～15，涂覆重量为10mg/cm2，将涂覆好的负极片按1.30～1.65g/cm3的压实密度辊压到一定的厚度，然后分切到要求的负极片宽度，在其上焊接至少两个负极极耳。
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯、氟苯以1:1:1:1:1:1的质量比混合均匀，在混合溶液中加入浓度为0.9mol/L的LiPF6和LiBOB，搅拌至其完全溶解，并进一步的加入0.5％的碳酸亚乙烯酯、0.1％的苯砜、2％的碳酸乙烯亚乙酯、0.5％的碳酸乙烯亚乙烯酯、1％的己二腈、1％的乙二醇丁醚，得到实施例1的锂离子电池电解液。
装配：将正极片、负极片与隔膜按一定的尺寸卷绕成一个电芯，再将电芯放入冲坑好的铝塑膜内进行封装，干燥后注入电解液，静置12～36h，待电解液充分吸液后进行化成，化成完后的电芯进行除气二次封装，即得到锂离子电池。
实施例3
正极片的制备：将粒径D50为6～12μm的磷酸铁锂：导电剂(导电碳黑+碳纳米管+片状石墨烯)：粘接剂(PVDF)＝95：2：3均匀混合在NMP中，制备成正极浆料，固含量为70％，粘度为5000mpa.s，经过200目过筛后均匀涂覆在铝箔中间区域的两表面，涂覆重量为12mg/cm2，按3.2～4.0g/cm3压实密度辊压到一定的厚度；然后将粒径D50为0.3～3.0μm的水合氧化铝颗粒溶于去离子水中，混合均匀形成黏度为2000-4000mPa.s的浆料，将其均匀涂覆在铝箔头部和尾部的两表面，辊压形成厚度为30um的氧化物涂层，将涂覆完成的正极片分切到要求的正极片宽度尺寸，在其上焊接至少两个正极极耳。
负极片的制备：将外层包覆有硬碳和软碳的人造石墨：粘接剂(PVDF)：增稠剂(CMC)：导电剂(导电碳黑)＝95.5：1.8：1.2：1.5均匀混合好后加入去离子水，制备成负极浆料，固含量为45％，粘度为3000mpa.s，经过150目过筛后均匀涂覆在铜箔的两表面，人造石墨的I(004)/I(110)取向值为5～15，涂覆重量为10mg/cm2，将涂覆好的负极片按1.30～1.65g/cm3的压实密度辊压到一定的厚度，然后分切到要求的负极片宽度，在其上焊接至少两个负极极耳。
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯、氟苯以1:1:1:1:1:1的质量比混合均匀，在混合溶液中加入浓度为1.0mol/L的LiPF6和LiBOB，搅拌至其完全溶解，并进一步的加入0.5％的碳酸亚乙烯酯、0.1％的苯砜、2％的碳酸乙烯亚乙酯、0.5％的碳酸乙烯亚乙烯酯、1％的己二腈、1％的乙二醇丁醚，得到实施例1的锂离子电池电解液。
装配：将正极片、负极片与隔膜按一定的尺寸卷绕成一个电芯，再将电芯放入冲坑好的铝塑膜内进行封装，干燥后注入电解液，静置12～36h，待电解液充分吸液后进行化成，化成完后的电芯进行除气二次封装，即得到锂离子电池。
实施例4
正极片的制备：将粒径D50为6～12μm的镍钴锰酸锂和磷酸铁锂：导电剂(导电碳黑+碳纳米管+片状石墨烯)：粘接剂(PVDF)＝95：2：3均匀混合在NMP中，制备成正极浆料，固含量为70％，粘度为5000mpa.s，经过200目过筛后均匀涂覆在铝箔中间区域的两表面，涂覆重量为14mg/cm2，按3.2～4.0g/cm3压实密度辊压到一定的厚度；然后将粒径D50为0.3～3.0μm的三氧化二铝和二氧化钛颗粒溶于去离子水中，混合均匀形成黏度为2000-4000mPa.s的浆料，将其均匀涂覆在铝箔头部和尾部的两表面，辊压形成厚度为35um的氧化物涂层，将涂覆完成的正极片分切到要求的正极片宽度尺寸，在其上焊接至少两个正极极耳。
负极片的制备：将外层包覆有硬碳的人造石墨：粘接剂(PVDF)：增稠剂(CMC)：导电剂(导电碳黑)＝95.5：1.8：1.2：1.5均匀混合好后加入去离子水，制备成负极浆料，固含量为45％，粘度为3000mpa.s，经过150目过筛后均匀涂覆在铜箔的两表面，人造石墨的I(004)/I(110)取向值为5～15，涂覆重量为10mg/cm2，将涂覆好的负极片按1.30～1.65g/cm3的压实密度辊压到一定的厚度，然后分切到要求的负极片宽度，在其上焊接至少两个负极极耳。
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯、氟苯以1:1:1:1:1:1的质量比混合均匀，在混合溶液中加入浓度为1.2mol/L的LiPF6和LiBOB，搅拌至其完全溶解，并进一步的加入0.5％的碳酸亚乙烯酯、0.1％的苯砜、2％的碳酸乙烯亚乙酯、0.5％的碳酸乙烯亚乙烯酯、1％的己二腈、1％的乙二醇丁醚，得到实施例1的锂离子电池电解液。
装配：将正极片、负极片与隔膜按一定的尺寸卷绕成一个电芯，再将电芯放入冲坑好的铝塑膜内进行封装，干燥后注入电解液，静置12～36h，待电解液充分吸液后进行化成，化成完后的电芯进行除气二次封装，即得到锂离子电池。
实施例5
正极片的制备：将粒径D50为6～12μm的钴酸锂和镍钴锰酸锂：导电剂(导电碳黑+碳纳米管+片状石墨烯)：粘接剂(PVDF)＝95：2：3均匀混合在NMP中，制备成正极浆料，固含量为70％，粘度为5000mpa.s，经过200目过筛后均匀涂覆在铝箔中间区域的两表面，涂覆重量为15mg/cm2，按3.2～4.0g/cm3压实密度辊压到一定的厚度；然后将粒径D50为0.3～3.0μm的三氧化二铝和水合氧化铝颗粒溶于去离子水中，混合均匀形成黏度为2000-4000mPa.s的浆料，将其均匀涂覆在铝箔头部和尾部的两表面，辊压形成厚度为40um的氧化物涂层，将涂覆完成的正极片分切到要求的正极片宽度尺寸，在其上焊接至少两个正极极耳。
负极片的制备：将外层包覆有软碳的人造石墨：粘接剂(PVDF)：增稠剂(CMC)：导电剂(导电碳黑)＝95.5：1.8：1.2：1.5均匀混合好后加入去离子水，制备成负极浆料，固含量为45％，粘度为3000mpa.s，经过150目过筛后均匀涂覆在铜箔的两表面，人造石墨的I(004)/I(110)取向值为5～15，涂覆重量为10mg/cm2，将涂覆好的负极片按1.30～1.65g/cm3的压实密度辊压到一定的厚度，然后分切到要求的负极片宽度，在其上焊接至少两个负极极耳。
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯、氟苯以1:1:1:1:1:1的质量比混合均匀，在混合溶液中加入浓度为1.4mol/L的LiPF6和LiBOB，搅拌至其完全溶解，并进一步的加入0.5％的碳酸亚乙烯酯、0.1％的苯砜、2％的碳酸乙烯亚乙酯、0.5％的碳酸乙烯亚乙烯酯、1％的己二腈、1％的乙二醇丁醚，得到实施例1的锂离子电池电解液。
装配：将正极片、负极片与隔膜按一定的尺寸卷绕成一个电芯，再将电芯放入冲坑好的铝塑膜内进行封装，干燥后注入电解液，静置12～36h，待电解液充分吸液后进行化成，化成完后的电芯进行除气二次封装，即得到锂离子电池。
实施例6
正极片的制备：将粒径D50为6～12μm的钴酸锂和磷酸铁锂：导电剂(导电碳黑+碳纳米管+片状石墨烯)：粘接剂(PVDF)＝95：2：3均匀混合在NMP中，制备成正极浆料，固含量为70％，粘度为5000mpa.s，经过200目过筛后均匀涂覆在铝箔中间区域的两表面，涂覆重量为18mg/cm2，按3.2～4.0g/cm3压实密度辊压到一定的厚度；然后将粒径D50为0.3～3.0μm的二氧化钛和水合氧化铝颗粒溶于去离子水中，混合均匀形成黏度为2000-4000mPa.s的浆料，将其均匀涂覆在铝箔头部和尾部的两表面，辊压形成厚度为45um的氧化物涂层，将涂覆完成的正极片分切到要求的正极片宽度尺寸，在其上焊接至少两个正极极耳。
负极片的制备：将外层包覆有硬碳和软碳的人造石墨：粘接剂(PVDF)：增稠剂(CMC)：导电剂(导电碳黑)＝95.5：1.8：1.2：1.5均匀混合好后加入去离子水，制备成负极浆料，固含量为45％，粘度为3000mpa.s，经过150目过筛后均匀涂覆在铜箔的两表面，人造石墨的I(004)/I(110)取向值为5～15，涂覆重量为10mg/cm2，将涂覆好的负极片按1.30～1.65g/cm3的压实密度辊压到一定的厚度，然后分切到要求的负极片宽度，在其上焊接至少两个负极极耳。
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯、氟苯以1:1:1:1:1:1的质量比混合均匀，在混合溶液中加入浓度为1.6mol/L的LiPF6和LiBOB，搅拌至其完全溶解，并进一步的加入0.5％的碳酸亚乙烯酯、0.1％的苯砜、2％的碳酸乙烯亚乙酯、0.5％的碳酸乙烯亚乙烯酯、1％的己二腈、1％的乙二醇丁醚，得到实施例1的锂离子电池电解液。
装配：将正极片、负极片与隔膜按一定的尺寸卷绕成一个电芯，再将电芯放入冲坑好的铝塑膜内进行封装，干燥后注入电解液，静置12～36h，待电解液充分吸液后进行化成，化成完后的电芯进行除气二次封装，即得到锂离子电池。
实施例7
正极片的制备：将粒径D50为6～12μm的钴酸锂和镍钴锰酸锂以及磷酸铁锂：导电剂(导电碳黑+碳纳米管+片状石墨烯)：粘接剂(PVDF)＝95：2：3均匀混合在NMP中，制备成正极浆料，固含量为70％，粘度为5000mpa.s，经过200目过筛后均匀涂覆在铝箔中间区域的两表面，涂覆重量为20mg/cm2，按3.2～4.0g/cm3压实密度辊压到一定的厚度；然后将粒径D50为0.3～3.0μm的三氧化二铝颗粒溶于去离子水中，混合均匀形成黏度为2000-4000mPa.s的浆料，将其均匀涂覆在铝箔头部和尾部的两表面，辊压形成厚度为50um的氧化物涂层，将涂覆完成的正极片分切到要求的正极片宽度尺寸，在其上焊接至少两个正极极耳。
负极片的制备：将外层包覆有硬碳的人造石墨：粘接剂(PVDF)：增稠剂(CMC)：导电剂(导电碳黑)＝95.5：1.8：1.2：1.5均匀混合好后加入去离子水，制备成负极浆料，固含量为45％，粘度为3000mpa.s，经过150目过筛后均匀涂覆在铜箔的两表面，人造石墨的I(004)/I(110)取向值为5～15，涂覆重量为10mg/cm2，将涂覆好的负极片按1.30～1.65g/cm3的压实密度辊压到一定的厚度，然后分切到要求的负极片宽度，在其上焊接至少两个负极极耳。
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯、氟苯以1:1:1:1:1:1的质量比混合均匀，在混合溶液中加入浓度为1.8mol/L的LiPF6和LiBOB，搅拌至其完全溶解，并进一步的加入0.5％的碳酸亚乙烯酯、0.1％的苯砜、2％的碳酸乙烯亚乙酯、0.5％的碳酸乙烯亚乙烯酯、1％的己二腈、1％的乙二醇丁醚，得到实施例1的锂离子电池电解液。
装配：将正极片、负极片与隔膜按一定的尺寸卷绕成一个电芯，再将电芯放入冲坑好的铝塑膜内进行封装，干燥后注入电解液，静置12～36h，待电解液充分吸液后进行化成，化成完后的电芯进行除气二次封装，即得到锂离子电池。
实施例8
正极片的制备：将粒径D50为6～12μm的镍钴锰酸锂：导电剂(导电碳黑+碳纳米管+片状石墨烯)：粘接剂(PVDF)＝95：2：3均匀混合在NMP中，制备成正极浆料，固含量为70％，粘度为5000mpa.s，经过200目过筛后均匀涂覆在铝箔中间区域的两表面，涂覆重量为24mg/cm2，按3.2～4.0g/cm3压实密度辊压到一定的厚度；然后将粒径D50为0.3～3.0μm的三氧化二铝颗粒溶于去离子水中，混合均匀形成黏度为2000-4000mPa.s的浆料，将其均匀涂覆在铝箔头部和尾部的两表面，辊压形成厚度为28um的氧化物涂层，将涂覆完成的正极片分切到要求的正极片宽度尺寸，在其上焊接至少两个正极极耳。
负极片的制备：将外层包覆有软碳的人造石墨：粘接剂(PVDF)：增稠剂(CMC)：导电剂(导电碳黑)＝95.5：1.8：1.2：1.5均匀混合好后加入去离子水，制备成负极浆料，固含量为45％，粘度为3000mpa.s，经过150目过筛后均匀涂覆在铜箔的两表面，人造石墨的I(004)/I(110)取向值为5～15，涂覆重量为10mg/cm2，将涂覆好的负极片按1.30～1.65g/cm3的压实密度辊压到一定的厚度，然后分切到要求的负极片宽度，在其上焊接至少两个负极极耳。
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯、氟苯以1:1:1:1:1:1的质量比混合均匀，在混合溶液中加入浓度为2.0mol/L的LiPF6和LiBOB，搅拌至其完全溶解，并进一步的加入0.5％的碳酸亚乙烯酯、0.1％的苯砜、2％的碳酸乙烯亚乙酯、0.5％的碳酸乙烯亚乙烯酯、1％的己二腈、1％的乙二醇丁醚，得到实施例1的锂离子电池电解液。
装配：将正极片、负极片与隔膜按一定的尺寸卷绕成一个电芯，再将电芯放入冲坑好的铝塑膜内进行封装，干燥后注入电解液，静置12～36h，待电解液充分吸液后进行化成，化成完后的电芯进行除气二次封装，即得到锂离子电池。
实施例9
正极片的制备：将粒径D50为6～12μm的磷酸铁锂：导电剂(导电碳黑+碳纳米管+片状石墨烯)：粘接剂(PVDF)＝95：2：3均匀混合在NMP中，制备成正极浆料，固含量为70％，粘度为5000mpa.s，经过200目过筛后均匀涂覆在铝箔中间区域的两表面，涂覆重量为25mg/cm2，按3.2～4.0g/cm3压实密度辊压到一定的厚度；然后将粒径D50为0.3～3.0μm的二氧化钛颗粒溶于去离子水中，混合均匀形成黏度为2000-4000mPa.s的浆料，将其均匀涂覆在铝箔头部和尾部的两表面，辊压形成厚度为48um的氧化物涂层，将涂覆完成的正极片分切到要求的正极片宽度尺寸，在其上焊接至少两个正极极耳。
负极片的制备：将外层包覆有硬碳和软碳的人造石墨：粘接剂(PVDF)：增稠剂(CMC)：导电剂(导电碳黑)＝95.5：1.8：1.2：1.5均匀混合好后加入去离子水，制备成负极浆料，固含量为45％，粘度为3000mpa.s，经过150目过筛后均匀涂覆在铜箔的两表面，人造石墨的I(004)/I(110)取向值为5～15，涂覆重量为10mg/cm2，将涂覆好的负极片按1.30～1.65g/cm3的压实密度辊压到一定的厚度，然后分切到要求的负极片宽度，在其上焊接至少两个负极极耳。
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯、氟苯以1:1:1:1:1:1的质量比混合均匀，在混合溶液中加入浓度为0.8mol/L的LiPF6和LiBOB，搅拌至其完全溶解，并进一步的加入0.5％的碳酸亚乙烯酯、0.1％的苯砜、2％的碳酸乙烯亚乙酯、0.5％的碳酸乙烯亚乙烯酯、1％的己二腈、1％的乙二醇丁醚，得到实施例1的锂离子电池电解液。
装配：将正极片、负极片与隔膜按一定的尺寸卷绕成一个电芯，再将电芯放入冲坑好的铝塑膜内进行封装，干燥后注入电解液，静置12～36h，待电解液充分吸液后进行化成，化成完后的电芯进行除气二次封装，即得到锂离子电池。
实施例10
正极片的制备：将粒径D50为6～12μm的镍钴锰酸锂：导电剂(导电碳黑+碳纳米管+片状石墨烯)：粘接剂(PVDF)＝95：2：3均匀混合在NMP中，制备成正极浆料，固含量为70％，粘度为5000mpa.s，经过200目过筛后均匀涂覆在铝箔中间区域的两表面，涂覆重量为30mg/cm2，按3.2～4.0g/cm3压实密度辊压到一定的厚度；然后将粒径D50为0.3～3.0μm的二氧化钛颗粒溶于去离子水中，混合均匀形成黏度为2000-4000mPa.s的浆料，将其均匀涂覆在铝箔头部和尾部的两表面，辊压到形成厚度为36um的氧化物涂层，将涂覆完成的正极片分切到要求的正极片宽度尺寸，在其上焊接至少两个正极极耳。
负极片的制备：将外层包覆有硬碳的人造石墨：粘接剂(PVDF)：增稠剂(CMC)：导电剂(导电碳黑)＝95.5：1.8：1.2：1.5均匀混合好后加入去离子水，制备成负极浆料，固含量为45％，粘度为3000mpa.s，经过150目过筛后均匀涂覆在铜箔的两表面，人造石墨的I(004)/I(110)取向值为5～15，涂覆重量为10mg/cm2，将涂覆好的负极片按1.30～1.65g/cm3的压实密度辊压到一定的厚度，然后分切到要求的负极片宽度，在其上焊接至少两个负极极耳。
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯、氟苯以1:1:1:1:1:1的质量比混合均匀，在混合溶液中加入浓度为1.5mol/L的LiPF6和LiBOB，搅拌至其完全溶解，并进一步的加入0.5％的碳酸亚乙烯酯、0.1％的苯砜、2％的碳酸乙烯亚乙酯、0.5％的碳酸乙烯亚乙烯酯、1％的己二腈、1％的乙二醇丁醚，得到实施例1的锂离子电池电解液。
装配：将正极片、负极片与隔膜按一定的尺寸卷绕成一个电芯，再将电芯放入冲坑好的铝塑膜内进行封装，干燥后注入电解液，静置12～36h，待电解液充分吸液后进行化成，化成完后的电芯进行除气二次封装，即得到锂离子电池。
对比例1
正极片的制备：将粒径D50为20～25μm的钴酸锂：导电剂(导电碳黑+碳纳米管+片状石墨烯)：粘接剂(PVDF)＝95：2：3均匀混合在NMP中，制备成正极浆料，固含量为70％，粘度为5000mpa.s，经过200目过筛后均匀涂覆在铝箔的两表面，涂覆重量为16mg/cm2，按3.2～4.0g/cm3压实密度辊压到一定的厚度，最后将涂覆完成的正极片分切到要求的正极片宽度尺寸，在正极片的头部/尾部焊接一个正极极耳。
负极片的制备：将人造石墨：粘接剂(PVDF)：增稠剂(CMC)：导电剂(导电碳黑)＝95.5：1.8：1.2：1.5均匀混合好后加入去离子水，制备成负极浆料，固含量为45％，粘度为3000mpa.s，经过150目过筛后均匀涂覆在铜箔的两表面，人造石墨的I(004)/I(110)取向值小于或等于7，涂覆重量为10mg/cm2，将涂覆好的负极片按1.30～1.65g/cm3的压实密度辊压到一定的厚度，然后分切到要求的负极片宽度，在其上焊接至少两个负极极耳。
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯、氟苯以1:1:1:1:1:1的质量比混合均匀，在混合溶液中加入浓度为0.8mol/L的LiPF6和LiBOB，搅拌至其完全溶解，并进一步的加入0.5％的碳酸亚乙烯酯、0.1％的苯砜、2％的碳酸乙烯亚乙酯、0.5％的碳酸乙烯亚乙烯酯、1％的己二腈、1％的乙二醇丁醚，得到实施例1的锂离子电池电解液。
装配：将正极片、负极片与隔膜按一定的尺寸卷绕成一个电芯，再将电芯放入冲坑好的铝塑膜内进行封装，干燥后注入电解液，静置12～36h，待电解液充分吸液后进行化成，化成完后的电芯进行除气二次封装，即得到锂离子电池。
对比例2
正极片的制备：将粒径D50为6～12μm的钴酸锂：导电剂(导电碳黑+碳纳米管+片状石墨烯)：粘接剂(PVDF)＝95：2：3均匀混合在NMP中，制备成正极浆料，固含量为70％，粘度为5000mpa.s，经过200目过筛后均匀涂覆在铝箔的两表面，涂覆重量为16mg/cm2，按3.2～4.0g/cm3压实密度辊压到一定的厚度，最后将涂覆完成的正极片分切到要求的正极片宽度尺寸，在其上焊接至少两个正极极耳。
负极片的制备：将人造石墨：粘接剂(PVDF)：增稠剂(CMC)：导电剂(导电碳黑)＝95.5：1.8：1.2：1.5均匀混合好后加入去离子水，制备成负极浆料，固含量为45％，粘度为3000mpa.s，经过150目过筛后均匀涂覆在铜箔的两表面，人造石墨的I(004)/I(110)取向值小于或等于7，涂覆重量为10mg/cm2，将涂覆好的负极片按1.30～1.65g/cm3的压实密度辊压到一定的厚度，然后分切到要求的负极片宽度，在其上焊接至少两个负极极耳。
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯、氟苯以1:1:1:1:1:1的质量比混合均匀，在混合溶液中加入浓度为0.8mol/L的LiPF6和LiBOB，搅拌至其完全溶解，并进一步的加入0.5％的碳酸亚乙烯酯、0.1％的苯砜、2％的碳酸乙烯亚乙酯、0.5％的碳酸乙烯亚乙烯酯、1％的己二腈、1％的乙二醇丁醚，得到实施例1的锂离子电池电解液。
装配：将正极片、负极片与隔膜按一定的尺寸卷绕成一个电芯，再将电芯放入冲坑好的铝塑膜内进行封装，干燥后注入电解液，静置12～36h，待电解液充分吸液后进行化成，化成完后的电芯进行除气二次封装，即得到锂离子电池。
对比例3
正极片的制备：将粒径D50为20～25μm的钴酸锂：导电剂(导电碳黑+碳纳米管+片状石墨烯)：粘接剂(PVDF)＝95：2：3均匀混合在NMP中，制备成正极浆料，固含量为70％，粘度为5000mpa.s，经过200目过筛后均匀涂覆在铝箔中间区域的两表面，涂覆重量为16mg/cm2，按3.2～4.0g/cm3压实密度辊压到一定的厚度；然后将粒径D50为0.3～3.0μm的三氧化二铝颗粒溶于去离子水中，混合均匀形成黏度为2000-4000mPa.s的浆料，将其均匀涂覆在铝箔头部和尾部的两表面，辊压到形成厚度为20um的氧化物涂层，最后将涂覆完成的正极片分切到要求的正极片宽度尺寸，在其上焊接至少两个正极极耳。
负极片的制备：将人造石墨：粘接剂(PVDF)：增稠剂(CMC)：导电剂(导电碳黑)＝95.5：1.8：1.2：1.5均匀混合好后加入去离子水，制备成负极浆料，固含量为45％，粘度为3000mpa.s，经过150目过筛后均匀涂覆在铜箔的两表面，人造石墨的I(004)/I(110)取向值小于或等于7，涂覆重量为10mg/cm2，将涂覆好的负极片按1.30～1.65g/cm3的压实密度辊压到一定的厚度，然后分切到要求的负极片宽度，在其上焊接至少两个负极极耳。
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯、氟苯以1:1:1:1:1:1的质量比混合均匀，在混合溶液中加入浓度为0.8mol/L的LiPF6和LiBOB，搅拌至其完全溶解，并进一步的加入0.5％的碳酸亚乙烯酯、0.1％的苯砜、2％的碳酸乙烯亚乙酯、0.5％的碳酸乙烯亚乙烯酯、1％的己二腈、1％的乙二醇丁醚，得到实施例1的锂离子电池电解液。
装配：将正极片、负极片与隔膜按一定的尺寸卷绕成一个电芯，再将电芯放入冲坑好的铝塑膜内进行封装，干燥后注入电解液，静置12～36h，待电解液充分吸液后进行化成，化成完后的电芯进行除气二次封装，即得到锂离子电池。
对比例4
正极片的制备：将粒径D50为20～25μm的钴酸锂：导电剂(导电碳黑+碳纳米管+片状石墨烯)：粘接剂(PVDF)＝95：2：3均匀混合在NMP中，制备成正极浆料，固含量为70％，粘度为5000mpa.s，经过200目过筛后均匀涂覆在铝箔的两表面，涂覆重量为16mg/cm2，按3.2～4.0g/cm3压实密度辊压到一定的厚度，最后将涂覆完成的正极片分切到要求的正极片宽度尺寸，在其上焊接至少两个正极极耳。
负极片的制备：将外层包覆有硬碳的人造石墨：粘接剂(PVDF)：增稠剂(CMC)：导电剂(导电碳黑)＝95.5：1.8：1.2：1.5均匀混合好后加入去离子水，制备成负极浆料，固含量为45％，粘度为3000mpa.s，经过150目过筛后均匀涂覆在铜箔的两表面，人造石墨的I(004)/I(110)取向值为5～15，涂覆重量为10mg/cm2，将涂覆好的负极片按1.30～1.65g/cm3的压实密度辊压到一定的厚度，然后分切到要求的负极片宽度，在其上焊接至少两个负极极耳。
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯、氟苯以1:1:1:1:1:1的质量比混合均匀，在混合溶液中加入浓度为0.8mol/L的LiPF6和LiBOB，搅拌至其完全溶解，并进一步的加入0.5％的碳酸亚乙烯酯、0.1％的苯砜、2％的碳酸乙烯亚乙酯、0.5％的碳酸乙烯亚乙烯酯、1％的己二腈、1％的乙二醇丁醚，得到实施例1的锂离子电池电解液。
装配：将正极片、负极片与隔膜按一定的尺寸卷绕成一个电芯，再将电芯放入冲坑好的铝塑膜内进行封装，干燥后注入电解液，静置12～36h，待电解液充分吸液后进行化成，化成完后的电芯进行除气二次封装，即得到锂离子电池。
性能测试
1)将实施例1得到的锂离子电池分别以0.5C、1.0C、2.0C、3.0C、5.0C和7.0C恒流充电至截止电压，记录电压随时间的变化曲线以及充电百分比随时间的变化曲线，分别如图1和图2所示；
2)将实施例1得到的锂离子电池分别以0.5C、1.0C、2.0C、3.0C和5.0C恒流放电至截止电压，记录电压随放电百分比的变化曲线(即放电倍率曲线)，如图3所示；
3)在温度为-20℃、-10℃、0℃和25℃的条件下，将实施例1得到的锂离子电池以1.0C恒流放电至截止电压，记录电压随放电百分比的变化曲线(即低温放电曲线)，如图4所示；
4)倍率性能测试：充电电流分别为0.5C、1.0C、2.0C、3.0C、5.0C、7.0C，放电电流为0.5C，电压范围为3.0～4.35V，对实施例1～10和对比例1～4的得到的锂离子电池的恒流比进行测量，恒流比＝恒流充电容量/(恒流充电容量+恒压充电容量)，结果见表1。
5)循环性能测试：充放电电流为3C/3C，电压范围为3.0～4.35V，循环次数为500次，测试实施例1～10和对比例1～4得到的锂离子电池的循环保持率，结果见表2。
6)低温放电性能：充电电流为1C，放电电流为1C，放电测试温度分别为25℃、0℃、-10℃、-20℃，测试实施例1～10和对比例1～4得到的锂离子电池的低温保持率，结果见表2。
表1倍率充电性能测试结果
表2低温放电性能和循环性能测试结果
由表1的数据可知，实施例得到的锂离子电池具有更高的恒流比，显示出更佳的快充性能，由此可见，本发明采用小粒径的正极活性材料、外层包覆有硬碳和/或软碳的人造石墨以及多极耳的卷绕结构，可以极大程度优化电池的大倍率充电性能，从而能够满足电动汽车对快速充电性能的需求。
由表2的结果可以看出，实施例的锂离子电池在低温放电及其容量保持率方面明显优于对比例，其原因在于，利用本发明的方法对人造石墨进行包覆改性，可提高人造石墨的层间距，增加负极材料低温条件下的锂离子的传输速率，进而有利于提高负极材料的低温放电保持率及大倍率循环性能。
结合表2和表3的结果可以看出，本发明提供的锂离子电池兼具快充性能、低温放电性能和大倍率循环性能，更适应当今电动汽车对锂离子电池高倍率快速充放电和低温环境的适应性，提高锂离子电池的循环寿命。
说根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种高倍率快充锂离子电池，包括由正极片、负极片和隔膜卷绕形成的卷芯以及填充于所述卷芯中的电解液，其特征在于：所述正极片包括正极集流体、正极活性物质层以及氧化物涂层；所述正极活性物质层涂覆于所述正极集流体中间区域的至少一表面，所述氧化物涂层涂覆于所述正极集流体头部和尾部的至少一表面，且所述氧化物涂层与所述正极活性物质层位于同一面；
所述正极活性物质层包括正极活性材料、正极粘接剂和正极导电剂，所述正极活性材料包括钴酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸铁锂中的一种或几种；所述正极活性材料的粒径D50为6～12μm；
所述负极片包括负极集流体和负极活性物质层，所述负极活性物质层涂覆于所述负极集流体的至少一表面；
所述负极活性物质层包括负极活性材料、负极粘接剂、负极增稠剂和负极导电剂，所述负极活性材料为外层包覆有软碳和/或硬碳的人造石墨，所述人造石墨的I(004)/I(110)取向值为5～15；
所述正极片上设置有至少两个正极极耳，所述负极片上设置有至少两个负极极耳。
2.根据权利要求1所述的高倍率快充锂离子电池，其特征在于：所述正极活性物质层包括90～95％的正极活材料、1～5％的聚偏氟乙烯、0.5～3％的导电碳黑、1～4％的碳纳米管和0.5～1％的片状石墨烯。
3.根据权利要求1所述的高倍率快充锂离子电池，其特征在于：所述负极活性物质层包括90～97％的负极活材料、1～3％的粘接剂、1～3％的增稠剂和1.5～4.5％的导电碳黑。
4.根据权利要求1所述的高倍率快充锂离子电池，其特征在于：所述正极活性物质层的压实密度为3.2～4.0g/cm3。
5.根据权利要求1所述的高倍率快充锂离子电池，其特征在于：所述正极活性材料的涂覆重量为10～30mg/cm2。
6.根据权利要求1所述的高倍率快充锂离子电池，其特征在于：所述氧化物涂层的厚度为20～50um。
7.根据权利要求1所述的高倍率快充锂离子电池，其特征在于：所述氧化物涂层中的氧化物包括三氧化二铝、氧化钛和水合氧化铝的一种或者几种，所述氧化物的粒径D50为0.3～3.0μm。
8.根据权利要求1所述的高倍率快充锂离子电池，其特征在于：所述电解液包括锂盐、有机溶剂和有机添加剂，所述锂盐为六氟磷酸锂和二草酸硼酸锂，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙稀酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯和氟苯，所述有机添加剂包括碳酸亚乙烯酯、苯砜、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸乙烯亚乙烯酯、己二腈和乙二醇丁醚。
9.根据权利要求8所述的高倍率快充锂离子电池，其特征在于：所述锂盐的浓度为0.8～2.0mol/L。
10.根据权利要求1所述的高倍率快充锂离子电池，其特征在于：所述卷芯以负极片、隔膜、正极片、隔膜依次叠放的方式卷绕形成。
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