CN109817868A - 一种高电压、高安全锂离子电池及其制备方法 - Google Patents
一种高电压、高安全锂离子电池及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109817868A CN109817868A CN201811591900.2A CN201811591900A CN109817868A CN 109817868 A CN109817868 A CN 109817868A CN 201811591900 A CN201811591900 A CN 201811591900A CN 109817868 A CN109817868 A CN 109817868A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery
- voltage
- constant current
- negative electrode
- charged
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 31
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000007774 longterm Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 37
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 35
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 35
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 33
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 27
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 25
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 claims description 22
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 22
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 claims description 22
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 21
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 claims description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 17
- ZVKRVGZVXQYLPZ-UHFFFAOYSA-N [Li].[V].P(O)(O)(O)=O Chemical group [Li].[V].P(O)(O)(O)=O ZVKRVGZVXQYLPZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 16
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 16
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 claims description 16
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 15
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 14
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 13
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 13
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 12
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 11
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000004513 sizing Methods 0.000 claims description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 8
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 6
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims description 6
- 210000002469 basement membrane Anatomy 0.000 claims description 6
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 5
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 5
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052493 LiFePO4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000029087 digestion Effects 0.000 claims description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 4
- OVAQODDUFGFVPR-UHFFFAOYSA-N lithium cobalt(2+) dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Mn](=O)(=O)([O-])[O-].[Co+2] OVAQODDUFGFVPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 4
- 229910013181 LiNixCo1-x-yMnyO2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QXZUUHYBWMWJHK-UHFFFAOYSA-N [Co].[Ni] Chemical compound [Co].[Ni] QXZUUHYBWMWJHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 3
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 3
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 244000241257 Cucumis melo Species 0.000 claims description 2
- 235000015510 Cucumis melo subsp melo Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910032387 LiCoO2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910010707 LiFePO 4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910013191 LiMO2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910002099 LiNi0.5Mn1.5O4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910013175 LiNixCo1-x-y Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 244000046052 Phaseolus vulgaris Species 0.000 claims description 2
- 235000010627 Phaseolus vulgaris Nutrition 0.000 claims description 2
- FJJCIZWZNKZHII-UHFFFAOYSA-N [4,6-bis(cyanoamino)-1,3,5-triazin-2-yl]cyanamide Chemical compound N#CNC1=NC(NC#N)=NC(NC#N)=N1 FJJCIZWZNKZHII-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- YQNQTEBHHUSESQ-UHFFFAOYSA-N lithium aluminate Chemical compound [Li+].[O-][Al]=O YQNQTEBHHUSESQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ZAUUZASCMSWKGX-UHFFFAOYSA-N manganese nickel Chemical compound [Mn].[Ni] ZAUUZASCMSWKGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000473 manganese(VI) oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 claims description 2
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 claims description 2
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 2
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 claims description 2
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 claims 1
- 229920006184 cellulose methylcellulose Polymers 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- YWJVFBOUPMWANA-UHFFFAOYSA-H [Li+].[V+5].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O Chemical compound [Li+].[V+5].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O YWJVFBOUPMWANA-UHFFFAOYSA-H 0.000 abstract description 3
- 239000013543 active substance Substances 0.000 abstract 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 abstract 1
- 238000003483 aging Methods 0.000 description 21
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 16
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 11
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 1,3-Propane sultone Chemical compound O=S1(=O)CCCO1 FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 4
- MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N butadiene-styrene rubber Chemical compound C=CC=C.C=CC1=CC=CC=C1 MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 4
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 239000011883 electrode binding agent Substances 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 3
- 238000013404 process transfer Methods 0.000 description 3
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 3
- 238000011076 safety test Methods 0.000 description 3
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 229910013716 LiNi Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HFCVPDYCRZVZDF-UHFFFAOYSA-N [Li+].[Co+2].[Ni+2].[O-][Mn]([O-])(=O)=O Chemical compound [Li+].[Co+2].[Ni+2].[O-][Mn]([O-])(=O)=O HFCVPDYCRZVZDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001467 acupuncture Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 2
- 239000006210 lotion Substances 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 239000005955 Ferric phosphate Substances 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical class CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000005030 aluminium foil Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000006257 cathode slurry Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229940032958 ferric phosphate Drugs 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K iron(3+) phosphate Chemical compound [Fe+3].[O-]P([O-])([O-])=O WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910000399 iron(III) phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 229920000447 polyanionic polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 150000008053 sultones Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
本发明公开了一种高电压、高安全锂离子电池及其制备方法，包括正极片、负极片、隔膜和电解液；正极片包含正极活性物质、导电剂、粘结剂及集流体，正极活性物质含有磷酸钒锂；负极片包括负极活性物质、导电剂、粘结剂及集流体，负极活性物质为碳基材料和/或硅基材料；隔膜为耐高温、耐高电压高安全隔膜；电解液为高电压电解液。制备方法包括制作正、负极极片；将正极片、隔膜、负极片组装成极组并装配电池；注液；采用“中低电压分段梯度化成”结合“高电压分段梯度化成结合涓流化成”的方法化成。该高电压、高安全锂离子电池在4.4‑5.0V长期工作条件下具有优异的循环寿命，同时具备优异的安全性能，实现了能量密度及安全性的双重提升。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，特别是涉及一种高电压、高安全锂离子电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池与镉镍、铅酸等体系电池相比，具有电压高，能量密度大，循环性能好，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽等优点，目前主要的应用在动力、储能及消费类几大领域。
随着锂离子电池使用范围的不断扩大，广泛应用于车载、船载等载人动力领域。动力电池对续航能力需求增加，储能电池对电池能量输出能力的不断增加，都要求锂离子电池应具备更高的容量性能，即具备良好的能量密度。此外，车载、船载等载人动力领域对于对锂离子电池的安全性提出了更高的要求，要求动力电池具有优异的安全性。
安全性问题是制约锂离子动力电池能量密度进一步提升的瓶颈。目前已商业化的材料中，以磷酸铁锂为代表的聚阴离子正极材料具有良好的热稳定性及安全性，已广泛应用于动力、储能等领域。
磷酸铁锂电池也具有自身的劣势。其比容量较低、工作电压低、限制了其能量密度的进一步提升，不能满足车、船、艇对动力电池高安全、高能量密度的要求。与磷酸铁锂相比，单斜晶系的磷酸钒锂材料氧化还原电位较高，结构稳定性好，具有优异的安全性能，具备三维的锂离子扩散通道，大电流充放电性能和低温性能好等优点。为有效提升电池能量密度，必须提升其上限充电电压至5.0V左右。而现有的商业化动力电池充电上限电压多在4.3V以下。随充电电压的提高，电池在高电压下工作易出现高电压下电解液氧化分解、隔膜氧化、正、负极钝化膜劣化速度加快，高电压下循环性能衰降较快的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种高电压、高安全锂离子电池及其制备方法，该电池具备高电压(4.4-5.0V)稳定、优异的工作能力，高电压(4.4-5.0V)长期工作的优异循环寿命，在针刺、挤压、过充、过放等滥用条件下具备良好的安全性能，可以实现能量密度及安全性的双重提升。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高电压、高安全锂离子电池，包括正极片、负极片、设于正极片与负极片之间的隔膜、电解液，正极片包括正极集流体与涂覆在正极集流体上的正极活性层，正极活性层包括正极活性物质、导电剂及粘结剂；负极片包括负极集流体与涂覆在负极集流体上的负极活性层，负极活性层包括负极活性物质、导电剂、粘结剂；隔膜为耐高温、耐高电压高安全隔膜，满足电池长期稳定工作电压在4.4-5.0V；电解液为高电压电解液，电解液具备高电压的电化学窗口稳定性，满足电池在4.4-5.0V长期工作。
所述正极活性物质含有磷酸钒锂。
所述负极活性物质为碳基材料和/或硅基材料。
一种高电压、高安全锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)含有磷酸钒锂的正极片的制备
将占总正极活性物质20％-100％重量百分比的第一正极活性物质磷酸钒锂，占总正极活性物质0％-80％重量百分比的第二正极活性物质，与导电剂均匀混合，一次或分多次加入粘结剂,混合搅拌均匀后得到正极浆料,正极浆料经涂覆工序转移至集流体铝箔上，经烘干、碾压，裁分或冲切后制得正极片；
所述第二正极活性物质为镍钴锰酸锂LiNixCo1-x-yMnyO2,其中x+y＜1；镍钴铝酸锂LiNixCo1-x-yAlyO2,其中x+y＜1；钴酸锂LiCoO2；磷酸亚铁锂LiFePO4；尖晶石镍锰LiNi0.5Mn1.5O4；层状富锂材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2中的一种；
(2)负极片的制备
将占总负极活性物质0％-100％重量百分比的第一负极材料碳基负极材料，和/或占总负极活性物质0％-100％重量百分比的第二负极材料硅基负极材料，与导电剂均匀混合,一次或分多次加入粘结剂,混合搅拌均匀后得到负极浆料,负极浆料经涂覆工序转移至集流体铜箔上，经烘干、碾压，裁分或冲切后制得负极片；
(3)电池装配
正极片、隔膜、负极片以叠片或卷绕的形式组成极组，并装配电池，烘干后待用，隔膜为耐高温、耐高电压高安全隔膜，满足电池长期稳定工作电压在4.4-5.0V的工作需求；
(4)注液
在露点温度为-45～-50℃条件下，向壳体内部注入电解液，进行一次预密封，制得高电压、高安全锂离子电池，注液时采用高电压电解液，电解液具备高电压的电化学窗口稳定性，满足电池在4.4-5.0V长期工作需求；
(5)化成
完成注液的电池，按照以下步骤进行化成：
步骤1，陈化：注液后的电池进行常温和/或高温静置，陈化的温度为常温15～25℃，高温30～45℃，陈化时间为12-72h；
步骤2，预充电：采用0.01-0.5C的恒电流将电池预充电至3％-30％SOC；
步骤3，二次陈化：电池进行常温和/或高温静置，陈化的温度为常温15～25℃，高温30～45℃，陈化时间为6-72h；
步骤4，采用0.01-0.5C的恒电流将电池充电到3.4-3.6V，静置60-240min；
步骤5，采用0.01-0.5C的恒电流将电池充电到3.6-3.95V，静置60-240min；
步骤6，进行抽真空、排气及二次预密封；
步骤7，采用0.05-0.5C的恒电流将电池充电到3.8-4.0V，静置60-240min；
步骤8，采用0.05-0.5C的恒电流将电池放电到2.0-3.5V，静置10-60min后，以0.05-0.5C的恒电流将电池充电到3.8-4.0V，重复循环1-3次；
步骤9，采用0.05-0.5C的恒电流将电池充电到3.8-4.0V后转恒压充电，恒压截止电流0.01-0.05C，继续在此电压下进行浮充电30-180min；
步骤10，采用0.05-0.5C的恒电流将电池充电到4.1-4.3V，静置60-240min；
步骤11，采用0.05-0.5C的恒电流将电池放电到2.0-3.5V，静置10-60min后，以0.05-0.5C的恒电流将电池充电到4.1-4.3V，重复循环1-3次；
步骤12，采用0.05-0.5C的恒电流将电池充电到4.1-4.3V后转恒压充电，恒压截止电流0.01-0.05C，继续在此电压下进行浮充电30-180min；
步骤13，采用0.05-0.5C的恒电流将电池充电到4.4-5.0V，静置60-240min；
步骤14，采用0.05-0.5C的恒电流将电池放电到2.0-3.5V，静置10-60min后，以0.05-0.5C的恒电流将电池充电到4.4-5.0V，重复循环1-3次；
步骤15，采用0.05-0.5C的恒电流将电池充电到4.4-5.0V后转恒压充电，恒压截止电流0.01-0.05C，继续在此电压下进行浮充电30-180min，采用0.05-0.5C的恒电流将电池放电至2.0-3.0V；
步骤16，进行抽真空、排气及电池密封，完成电池化成。
所述导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种组合，加入量为活性层全部物质量的2％-10％重量百分比。
所述粘结剂为聚偏二氟乙烯PVDF、羧甲基纤维素钠CMC、丁苯橡胶SBR、聚丙烯酸PAA、海藻酸钠SA、聚丙烯腈PAN、瓜儿豆胶GG、聚四氟乙烯PTFE中的一种或多种。
所述高安全隔膜为以下三种类型中的一种：基膜本体具备耐高温、耐高电压能力；基膜通过单侧/双侧涂覆无机物使其具备耐高温、耐高电压能力；基膜通过单侧/双侧涂覆有机物其具备耐高温、耐高电压能力。
所述步骤(1)和步骤(2)中，加入粘结剂后，加入溶剂调节浆料粘度至2000-10000cps。
其中，步骤1-步骤6为“中低电压分段梯度化成”，其目的是在负极表面形成良好的负极固体电解质界面膜(SEI)膜，当成膜完成后，将化成中的产气及时排出，避免了由于电池内气体压力不断累积而导致电池内压力过大及电池鼓胀。
其中，步骤7-步骤16为“高电压分段梯度化成结合涓流化成”，其目的是通过分梯度不断提升正极充电电压结合浮充的充放电方法，不断激活正极活性物质，完成正极表面正极钝化膜(CEI膜)的建立及重整，同时将化成中的产气及时排出，避免了由于电池内气体压力不断累积而导致电池内压力过大及电池鼓胀。
本发明通过卷绕或叠片方式制备的电池经烘干后进行注液，采用“中低电压分段梯度化成”结合“高电压分段梯度结合涓流化成”以及“分段抽真空排气”的化成方式有助于形成均匀稳定的负极固体电解质界面膜(SEI膜)及正极钝化膜(CEI膜)，改善电池电化学性能的稳定性，提升电池在高电压下(4.4-5.0V)长期工作的循环寿命。
本发明的有益效果是：
1、采用含有磷酸钒锂的正极材料制备电池，其工作电压高，克容量高，具备优异的安全性能，在正极片制备时单独使用或与其它正极材料混合使用，可以在提高安全性的同时有效提升电池的能量密度。
2、采用高电压电解液，可以提高电池的首轮充放电效率，在电极与电解质界面形成的良好正、负极钝化膜，有效降低界面阻抗，提高锂离子电池在高电压(4.4-5.0V)长期工作的循环寿命。
3、采用耐高电压、耐高温高安全隔膜。可以有效避免普通商用聚烯烃隔膜在高电压下的氧化，同时提升体系的安全性能。
4、高电压体系电池在化成时，电池制备过程中采用“中低电压分段梯度化成”结合“高电压分段梯度化成结合涓流化成”以及“分段抽真空排气”的化成方式有助于形成均匀稳定的负极固体电解质界面膜(SEI膜)及正极钝化膜(CEI膜)，有效提升电池电化学体系在高电压(4.4-5.0V)下的工作能力、降低电池的电极电解质界面阻抗，提升电池在高电压(4.4-5.0V)下长期工作的循环寿命，实现能量密度及安全性的双重提升。
附图说明
图1是本发明实施例1电池挤压性能曲线；
图2是本发明实施例1电池针刺性能曲线；
图3是本发明实施例1～6与对比例1～3电池的循环性能曲线。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及贡献，兹举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
实施例1
(1)含有磷酸钒锂的正极片的制备：
将占总正极活性物质50％重量百分比的第一正极活性物质磷酸钒锂，占总正极活性物质50％重量百分比的第二正极活性物质镍钴锰酸锂(LiNixCo1-x-yMnyO2,其中x+y＜1)，与导电剂导电炭黑均匀混合，粘结剂采用聚偏二氟乙烯类(PVDF)，分3次加入粘结剂。加入溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)调节粘度至4000～6000cps，混合搅拌均匀后得到正极浆料。所述正极浆料中各组分的重量百分含量为正极活性物质95％，正极粘结剂3％，导电剂2％。上述正极浆料经涂覆工序转移至集流体铝箔上，经烘干、碾压，冲切后制得正极片。
(2)负极片的制备：
将占总负极活性物质100％重量百分比的第一负极材料即碳基负极材料与导电剂导电炭黑、导电石墨均匀混合，粘结剂采用羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶乳液(SBR)。分三次加入羧甲基纤维素钠(CMC)；加入溶剂去离子水调节粘度，最后加入丁苯橡胶乳液(SBR)，混合搅拌均匀后得到负极浆料,浆料粘度4000～6000cps。负极浆料中各组分的重量百分含量为负极活性物质92％，导电剂4％(其中导电炭黑2％、导电石墨2％)，粘结剂4％(其中羧甲基纤维素钠2％，丁苯橡胶2％)；采用上述方法制备的负极浆料经涂覆工序转移至集流体铜箔上，经烘干、碾压，冲切后制得负极片。
(3)电池装配：
正极片、隔膜、负极片以叠片形式组成极组，并装配电池，烘干后待用。其中，隔膜基材采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，其单侧涂二氧化硅无机物涂层，可耐受260℃高温、耐5.0V高电压。
(4)注液：
在露点温度为-45～-50℃条件下，向壳体内部注入电解液，进行一次预密封，制得高电压、高安全锂离子电池。注液时采用高电压电解液，其基本成分为：1.0mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)有机溶液，溶剂碳酸乙烯酯(EC)，碳酸甲乙酯(EMC)，按照体积比30％:70％比例混合，添加剂为氟代碳酸乙烯酯(FEC)6％(重量百分比)；1，3-丙磺酸内酯(PS)0.5％；(重量百分比)。
(5)化成：完成注液的电池，进行一次预密封，然后按照以下制度进行化成。
步骤1：陈化：注液后的电池进行陈化。进行常温及高温陈化。常温陈化15～20℃，时间12h；高温陈化30～35℃，12h陈化。
步骤2：预充电：采用0.01C恒电流将电池预充电至3％SOC；
步骤3：二次陈化：常温15～20℃，6h。
步骤4：采用0.01C的恒电流将电池充电到3.4V，静置60min；
步骤5：采用0.01C的恒电流将电池充电到3.6V，静置60min；
步骤6：进行抽真空、排气及二次预密封。
步骤7：采用0.05C的恒电流将电池充电到3.8V，静置60min。
步骤8：采用0.05C的恒电流将电池放电到2.0V，静置10min后，以0.05C的恒电流将电池充电到3.8V。重复循环1次。
步骤9：采用0.05C的恒电流将电池充电到3.8V后转恒压充电，恒压截止电流0.01C，继续在此电压下进行浮充电30min。
步骤10：采用0.05C的恒电流将电池充电到4.1V，静置60min。
步骤11：采用0.05C的恒电流将电池放电到2.0V，静置10min后，以0.05C的恒电流将电池充电到4.1V。重复循环1次。
步骤12：采用0.05C的恒电流将电池充电到4.1V后转恒压充电，恒压截止电流0.01C，继续在此电压下进行浮充电30min。
步骤13：采用0.05C的恒电流将电池充电到4.4V，静置60min。
步骤14：采用0.05C的恒电流将电池放电到2.0V，静置10min后，以0.05C的恒电流将电池充电到4.4V。重复循环1次。
步骤15：采用0.05C的恒电流将电池充电到4.4V后转恒压充电，恒压截止电流0.01C，继续在此电压下进行浮充电30min。采用0.05C的恒电流将电池放电至2.0V。
步骤16：进行抽真空、排气及电池密封，完成电池化成。
实施例2
电池正极片制备方法与实施例1相同，区别在于负极片的制备、电池装配、注液、化成，采用以下方法。
(1)负极片的制备：
将占总负极活性物质100％重量百分比的第二负极材料即硅基负极材料与导电剂导电炭黑、导电碳纤维、石墨烯均匀混合，粘结剂采用聚丙烯酸(PAA)。分3次加入聚丙烯酸(PAA)；加入去离子水调节粘度，浆料粘度2000～6000cps，混合搅拌均匀后得到负极浆料,负极浆料中各组分的重量百分含量为负极活性物质90％，导电剂6％(其中导电炭黑3％、导电碳纤维2.5％，石墨烯0.5％)，粘结剂4％；采用上述方法制备的负极浆料经涂覆工序转移至集流体铜箔上，经烘干、碾压，冲切后制得负极片；
(2)电池装配：
正极片、隔膜、负极片以叠片形式组成极组，并装配电池，烘干后待用。其中，隔膜采用芳纶高安全隔膜，可耐受300℃高温、耐5.0V高电压。
(3)注液：
在露点温度为-45到-50℃条件下，向壳体内部注入电解液，进行一次预密封，制得高电压、高安全锂离子电池。注液时采用高电压电解液，其基本成分为：1.2mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)作为电解质盐，溶剂碳酸二乙酯(DEC)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)，按照质量比80％:20％比例混合，添加剂为碳酸亚乙烯酯(VC)1％(重量百分比)；1，3-丙磺酸内酯(PS)0.5％(重量百分比)。
(4)化成：完成注液的电池，进行一次预密封，然后按照以下制度进行化成。
步骤1，陈化：注液后的电池进行常温陈化，温度为20～25℃，时间为72h；
步骤2，预充电：采用0.5C的恒电流将电池预充电至30％SOC；
步骤3，二次陈化：电池进行常温陈化，温度为20～25℃，时间为72h；
步骤4，采用0.5C的恒电流将电池充电到3.6V，静置240min；
步骤5，采用0.5C的恒电流将电池充电到3.95V，静置240min；
步骤6，进行抽真空、排气及二次预密封；
步骤7，采用0.5C的恒电流将电池充电到4.0V，静置240min；
步骤8，采用0.5C的恒电流将电池放电到3.5V，静置60min后，以0.5C的恒电流将电池充电到4.0V，重复循环3次；
步骤9，采用0.5C的恒电流将电池充电到4.0V后转恒压充电，恒压截止电流0.05C，继续在此电压下进行浮充电180min；
步骤10，采用0.5C的恒电流将电池充电到4.3V，静置240min；
步骤11，采用0.5C的恒电流将电池放电到3.5V，静置60min后，以0.5C的恒电流将电池充电到4.3V，重复循环3次；
步骤12，采用0.5C的恒电流将电池充电到4.3V后转恒压充电，恒压截止电流0.05C，继续在此电压下进行浮充电180min；
步骤13，采用0.5C的恒电流将电池充电到4.6V，静置240min；
步骤14，采用0.5C的恒电流将电池放电到3.5V，静置60min后，以0.5C的恒电流将电池充电到4.6V，重复循环3次；
步骤15，采用0.5C的恒电流将电池充电到4.6V后转恒压充电，恒压截止电流0.05C，继续在此电压下进行浮充电180min，采用0.5C的恒电流将电池放电至3.0V；
步骤16，进行抽真空、排气及电池密封，完成电池化成。
实施例3
电池制备采用以下方法。
(1)含有磷酸钒锂的正极片的制备：
将占总正极活性物质20％重量百分比的第一正极活性物质磷酸钒锂，占总正极活性物质80％重量百分比的第二正极活性物质镍钴锰酸锂(LiNixCo1-x-yMnyO2,其中x+y＜1)，与导电炭黑、导电石墨两种导电剂均匀混合，粘结剂采用羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶乳液(SBR)，分2次加入羧甲基纤维素钠(CMC),加入溶剂去离子水调节粘度，加入丁苯橡胶乳液，粘度4000～6000cps，混合搅拌均匀后得到正极浆料。所述浆料中各组分的重量百分含量为正极活性物质82％，正极粘结剂8％(羧甲基纤维素钠3.5％、丁苯橡胶4.5％)，导电剂10％(导电炭黑3％、导电石墨7％)。上述正极浆料经涂覆工序转移至集流体铝箔上，经烘干、碾压，裁分后制得正极片。
(2)负极片的制备：
将占总负极活性物质80％重量百分比的第一负极材料碳基负极材料，和占总负极活性物质20％重量百分比的第二负极材料硅基负极材料，与导电石墨、碳纳米管两种导电剂均匀混合,粘结剂采用羧甲基纤维素钠(CMC)、聚丙烯腈(PAN)，分2次加入羧甲基纤维素钠(CMC),加入溶剂去离子水调节粘度，加入聚丙烯腈(PAN)，混合搅拌均匀后得到负极浆料,浆料粘度2000～5000cps，负极浆料中各组分的重量百分含量为负极活性物质82％，导电剂10％(导电石墨7％、碳纳米管3％)，粘结剂8％(羧甲基纤维素钠3.5％、聚丙烯腈4.5％)；采用上述方法制备的负极浆料经涂覆工序转移至集流体铜箔上，经烘干、碾压，裁分后制得负极片。
(3)电池装配：
正极片、隔膜、负极片以卷绕形式组成极组，并装配电池，烘干后待用。其中，隔膜基材采用聚丙烯，其双侧涂芳纶有机物涂层，可耐受300℃高温、耐5.0V高电压。
(4)注液：
在露点温度为-45到-50℃条件下，向壳体内部注入电解液，进行一次预密封，制得高电压、高安全锂离子电池。注液时采用高电压电解液，其基本成分为：1.1mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)作为电解质盐，溶剂碳酸乙烯酯(EC)，碳酸二乙酯(DEC)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)，按照质量比20％：70％:10％比例混合，添加剂为碳酸亚乙烯酯(VC)1.5％(重量百分比)；1，3-丙磺酸内酯(PS)1.0％(重量百分比)。
(5)化成：
完成注液的电池，按照以下步骤进行化成：
步骤1，陈化：注液后的电池进行高温陈化，温度为40～45℃，时间为38h；
步骤2，预充电：采用0.25C的恒电流将电池预充电至15％SOC；
步骤3，二次陈化：电池进行高温陈化，温度为40～45℃，时间为38h；
步骤4，采用0.25C的恒电流将电池充电到3.5V，静置150min；
步骤5，采用0.25C的恒电流将电池充电到3.8V，静置150min；
步骤6，进行抽真空、排气及二次预密封；
步骤7，采用0.25C的恒电流将电池充电到3.9V，静置150min；
步骤8，采用0.25C的恒电流将电池放电到2.75V，静置35min后，以0.25C的恒电流将电池充电到3.9V，重复循环2次；
步骤9，采用0.25C的恒电流将电池充电到3.9V后转恒压充电，恒压截止电流0.03C，继续在此电压下进行浮充电150min；
步骤10，采用0.25C的恒电流将电池充电到4.2V，静置150min；
步骤11，采用0.25C的恒电流将电池放电到2.75V，静置35min后，以0.25C的恒电流将电池充电到4.2V，重复循环2次；
步骤12，采用0.25C的恒电流将电池充电到4.2V后转恒压充电，恒压截止电流0.03C，继续在此电压下进行浮充电150min；
步骤13，采用0.25C的恒电流将电池充电到4.6V，静置150min；
步骤14，采用0.25C的恒电流将电池放电到2.75V，静置30min后，以0.25C的恒电流将电池充电到4.6V，重复循环2次；
步骤15，采用0.25C的恒电流将电池充电到4.6V后转恒压充电，恒压截止电流0.03C，继续在此电压下进行浮充电150min，采用0.25C的恒电流将电池放电至2.75V；
步骤16，进行抽真空、排气及电池密封，完成电池化成。
实施例4
电池制备采用以下方法。
(1)含有磷酸钒锂的正极片的制备：
将占总正极活性物质100％重量百分比的第一正极活性物质磷酸钒锂，与导电石墨、碳纳米管、石墨烯三种导电剂均匀混合，粘结剂采用聚偏二氟乙烯类(PVDF)，1次加入粘结剂。加入溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)调节粘度至4000～10000cps，混合搅拌均匀后得到正极浆料。所述浆料中各组分的重量百分含量为正极活性物质90％，正极粘结剂5％，导电剂5％(导电石墨2.5％、碳纳米管2％、石墨烯0.5％)。上述正极浆料经涂覆工序转移至集流体铝箔上，经烘干、碾压，裁分后制得正极片。
(2)负极片的制备：
将占总负极活性物质50％重量百分比的第一负极材料碳基负极材料，和占总负极活性物质50％重量百分比的第二负极材料硅基负极材料，与导电剂导电炭黑均匀混合，粘结剂采用羧甲基纤维素钠(CMC)、聚丙烯腈(PAN)，分3次加入羧甲基纤维素钠(CMC),加入溶剂去离子水调节粘度，加入聚丙烯腈，浆料粘度2000～4000cps，混合搅拌均匀后得到负极浆料,负极浆料中各组分的重量百分含量为负极活性物质92％，导电剂4％，粘结剂4％(羧甲基纤维素钠1.5％、聚丙烯腈2.5％)；采用上述方法制备的负极浆料经涂覆工序转移至集流体铜箔上，经烘干、碾压，裁分后制得负极片。
(3)电池装配：
正极片、隔膜、负极片以卷绕形式组成极组，并装配电池，烘干后待用。其中，隔膜基材采用聚丙烯，其单侧涂芳纶有机物涂层，可耐受280℃高温、耐5.0V高电压。
(4)注液：
在露点温度为-45到-50℃条件下，向壳体内部注入电解液，进行一次预密封，制得高电压、高安全锂离子电池。注液时采用高电压电解液，其基本成分为：1.0mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)作为电解质盐，溶剂碳酸乙烯酯(EC)，碳酸甲乙酯(EMC)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)，按照质量比20％：70％：10％比例混合，添加剂为碳酸亚乙烯酯(VC)2％(重量百分比)；2-噻吩甲腈1.0％(重量百分比)；1，3-丙磺酸内酯(PS)1.0％(重量百分比)。
(5)化成：
完成注液的电池，按照以下步骤进行化成：
步骤1，陈化：注液后的电池进行陈化，温度为20～25℃，时间为20h，温度为40～45℃，时间为20h；
步骤2，预充电：采用0.2C的恒电流将电池预充电至15％SOC；
步骤3，二次陈化：电池进行高温陈化，温度为40～45℃，时间为38h；
步骤4，采用0.2C的恒电流将电池充电到3.5V，静置150min；
步骤5，采用0.2C的恒电流将电池充电到3.8V，静置150min；
步骤6，进行抽真空、排气及二次预密封；
步骤7，采用0.2C的恒电流将电池充电到3.9V，静置150min；
步骤8，采用0.2C的恒电流将电池放电到3.5V，静置35min后，以0.2C的恒电流将电池充电到3.9V，重复循环2次；
步骤9，采用0.2C的恒电流将电池充电到3.9V后转恒压充电，恒压截止电流0.05C，继续在此电压下进行浮充电150min；
步骤10，采用0.2C的恒电流将电池充电到4.2V，静置150min；
步骤11，采用0.2C的恒电流将电池放电到3.5V，静置35min后，以0.2C的恒电流将电池充电到4.2V，重复循环2次；
步骤12，采用0.2C的恒电流将电池充电到4.2V后转恒压充电，恒压截止电流0.05C，继续在此电压下进行浮充电150min；
步骤13，采用0.2C的恒电流将电池充电到5.0V，静置150min；
步骤14，采用0.2C的恒电流将电池放电到3.5V，静置30min后，以0.2C的恒电流将电池充电到5.0V，重复循环2次；
步骤15，采用0.2C的恒电流将电池充电到5.0V后转恒压充电，恒压截止电流0.05C，继续在此电压下进行浮充电150min，采用0.2C的恒电流将电池放电至2.5V；
步骤16，进行抽真空、排气及电池密封，完成电池化成。
实施例5
电池正极片制备方法与实施例4相同，区别在于负极片的制备、电池装配、注液、化成，采用以下方法。
(1)负极片的制备：
将占总负极活性物质80％重量百分比的第一负极材料碳基负极材料，和占总负极活性物质20％重量百分比的第二负极材料硅基负极材料，与导电剂导电炭黑、碳纤维均匀混合，粘结剂采用羧甲基纤维素钠(CMC)、聚丙烯腈(PAN)。分2次加入羧甲基纤维素钠(CMC)；加入去离子水调节粘度，加入聚丙烯腈(PAN)，浆料粘度3000～6000cps，混合搅拌均匀后得到负极浆料,负极浆料中各组分的重量百分含量为负极活性物质92％，导电剂4％(导电炭黑2％、碳纤维2％)，粘结剂4％(羧甲基纤维素钠1.5％、聚丙烯腈2.5％).采用上述方法制备的负极浆料经涂覆工序转移至集流体铜箔上，经烘干、碾压，裁分制得负极片。
(2)电池装配：
正极片、隔膜、负极片以卷绕形式组成极组，并装配电池，烘干后待用。其中，隔膜基材采用芳纶，其单侧三氧化二铝无机物涂层，可耐受300℃高温、耐5.0V高电压。
(3)注液：
在露点温度为-45到-50℃条件下，向壳体内部注入电解液，进行一次预密封，制得高电压、高安全锂离子电池。注液时采用高电压电解液，其基本成分为：1.0mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)作为电解质盐，溶剂碳酸乙烯酯(EC)，碳酸甲乙酯(EMC)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)，按照质量比20％：70％：10％比例混合，添加剂为碳酸亚乙烯酯(VC)1.5％(重量百分比)；2-噻吩甲腈1.5％(重量百分比)；1，3-丙磺酸内酯(PS)1.0％(重量百分比)。
(4)化成：
完成注液的电池，按照以下步骤进行化成：
步骤1，陈化：注液后的电池进陈化，温度为20～25℃，时间为20h，温度为40～45℃，时间为20h；
步骤2，预充电：采用0.2C的恒电流将电池预充电至15％SOC；
步骤3，二次陈化：电池进行常温陈化，温度为20～25℃，时间为20h；
步骤4，采用0.2C的恒电流将电池充电到3.5V，静置150min；
步骤5，采用0.2C的恒电流将电池充电到3.8V，静置150min；
步骤6，进行抽真空、排气及二次预密封；
步骤7，采用0.2C的恒电流将电池充电到3.9V，静置150min；
步骤8，采用0.2C的恒电流将电池放电到3.5V，静置35min后，以0.2C的恒电流将电池充电到3.9V，重复循环2次；
步骤9，采用0.2C的恒电流将电池充电到3.9V后转恒压充电，恒压截止电流0.05C，继续在此电压下进行浮充电150min；
步骤10，采用0.2C的恒电流将电池充电到4.2V，静置150min；
步骤11，采用0.2C的恒电流将电池放电到3.5V，静置35min后，以0.2C的恒电流将电池充电到4.2V，重复循环2次；
步骤12，采用0.2C的恒电流将电池充电到4.2V后转恒压充电，恒压截止电流0.05C，继续在此电压下进行浮充电150min；
步骤13，采用0.2C的恒电流将电池充电到4.8V，静置150min；
步骤14，采用0.2C的恒电流将电池放电到3.5V，静置30min后，以0.2C的恒电流将电池充电到4.8V，重复循环2次；
步骤15，采用0.2C的恒电流将电池充电到4.8V后转恒压充电，恒压截止电流0.05C，继续在此电压下进行浮充电150min，采用0.2C的恒电流将电池放电至2.5V；
步骤16，进行抽真空、排气及电池密封，完成电池化成。
实施例6
电池制备方法与实施例5基本相同，区别在负极片的制备及注液，采用以下方法。
(1)负极片的制备：
将占总负极活性物质100％重量百分比的第一负极材料碳基负极材料，与导电剂导电炭黑、石墨烯均匀混合，粘结剂采用聚偏二氟乙烯(PVDF)。一次加入聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂；加入溶剂甲基吡咯烷酮(NMP)调节粘度，混合搅拌均匀后得到负极浆料,浆料粘度3000～6000cps，负极浆料中各组分的重量百分含量为负极活性物质92％，导电剂4％(导电炭黑3％、石墨烯1％)，粘结剂4％；采用上述方法制备的负极浆料经涂覆工序转移至集流体铜箔上，经烘干、碾压，裁分后制得负极片。
(2)注液：
在露点温度为-45～-50℃条件下，向壳体内部注入电解液，进行一次预密封，制得高电压、高安全锂离子电池。注液时采用高电压电解液，其基本成分为：1.0mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)有机溶液，溶剂碳酸乙烯酯(EC)，碳酸甲乙酯(EMC)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)，按照质量比20％:70％:10％比例混合，添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)为1％(重量百分比)；1，3-丙磺酸内酯(PS)1％；(重量百分比)。
对比例1
电池制备方法与实施例基本相同，唯一区别在于：正极极片中不含有磷酸钒锂材料，仅含有镍钴锰酸锂材料(LiNixCo1-x-yMnyO2,其中x+y＜1)。
对比例2
电池制备方法与实施例基本相同，唯一区别在于电池装配采用普通商用聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)三层复合隔膜。
对比例3
电池制备方法与实施例基本相同，唯一区别在于电池化成过程中不采用“中低电压分段梯度化成”结合“高电压分段梯度化成结合涓流化成”的方法。按照以下方法进行化成。
步骤1：陈化：注液后的电池进行常温20～25℃，24h及高温40～45℃，24h陈化。
步骤2：预充电：采用0.05C的恒电流将电池预充电至15％SOC；
步骤3：二次陈化：常温20～25℃陈化24h。
步骤4：采用0.05C的恒电流将电池充电到3.9V，静置180min；
步骤5：进行抽真空、排气及二次预密封。
步骤6：采用0.2C的恒电流将电池充电到4.6V后转恒压充电，恒压截止电流0.05C。静置60min后，采用0.2C的恒电流将电池放电至2.75V，重复循环3次。
步骤7：采用0.2C的恒电流将电池充电到4.6V后转恒压充电，恒压截止电流0.05C。静置60min后，采用0.2C的恒电流将电池放电至2.75V。
步骤8：进行抽真空、排气及密封，完成电池化成。
按照以下方法对上述实施例1～6及对比例1、2、3电池进行安全性能及电性能评估。
安全性能测试
(1)针刺：
采用0.2C的恒电流将电池充电到4.6V后转恒压充电，至恒压截止电流下降至0.05C时视为电池充满电，使用6-8mm钢针，以20-60mm/min速度刺进单体电池，至电池电压降至0V，观察电池在试验过程中是否出现燃烧，***的现象。
(2)挤压：
采用0.2C的恒电流将电池充电到4.6V后转恒压充电，至恒压截止电流下降至0.05C时视为电池充满电，采用宽度不小于单体电池宽度的挤压头沿垂直极板方向贯穿单体电池，至电池壳体完全破裂，电压降至0V，观察电池在试验过程中是否出现燃烧，***的现象。
表1所示为6种实施例电池与3种对比例电池安全试验结果汇总。从表1中可以看出，6种实施例电池在针刺、挤压安全试验测试过程中均不燃烧、不***，具备良好的安全性能。对比例1由于正极活性物质未含有磷酸钒锂，仅仅单纯采用镍钴锰酸锂材料，由于镍钴锰酸锂材料自身热稳定性较差，导致全电池安全性能不佳，在针刺、挤压试验过程中出现了燃烧、***的现象。而对比例2、3由于采用了含有磷酸钒锂的安全材料体系，在针刺、挤压测试过程中未出现燃烧、***的情况。
表1安全试验结果汇总
图1所示为实施例1电池的挤压性能测试曲线，图2所示为实施例1电池的针刺性能测试曲线。从图中可以看出，采用含有磷酸钒锂材料制备的电池具有良好的安全性能。电池挤压至壳体破裂后，最高温度小于70℃，在实验过程中电池未出现燃烧、***的现象。电池针刺全过程最高温升仅为7℃左右，试验过程中电池不燃烧、不***，体现出含有磷酸钒锂正极活性物质的电池安全性能优异。
电性能测试
1.对实施例和对比例电池进行了高电压下的循环性能测试。
测试的方法为：在25℃±5℃的环境温度下，对电池进行恒流恒压(CC-CV)充电，恒流充电电流为1C，充电截止电压为4.6V，恒压截止电流为0.05C；静置60min；采用1C恒电流对电池进行放电，截止电压为2.75V；静置60min；计完成一次充放电循环。重复进行以上充放电循环，共计循环100次后停止试验。实施例和对比例电池的循环性能如图3、表3所示。
表2电池循环性能结果汇总
如图3、表3所示，采用实施例1～6方法制备的电池在高电压下的循环寿命显著高于对比例2，3。这充分说明采用耐高电压、耐高温高安全隔膜可以有效避免聚烯烃隔膜在高电压下的氧化，同时提升体系的循环性能。电池在制备过程中采用“中低电压分段梯度化成”结合“高电压分段梯度化成结合涓流化成”以及“分段抽真空排气”的化成方式有助于形成均匀稳定的负极固体电解质界面膜(SEI膜)及正极钝化膜(CEI膜)，有效降低界面阻抗，提升电池在高电压(4.4-5.0V)长期工作的循环寿命，实现了能量密度及安全性的双重提升。
对比例1尽管循环寿命尚可，但由于材料自身热稳定性较差，导致全电池安全性能不佳，在针刺、挤压试验出现了燃烧、***的现象，不能够满足能量密度与安全性双重提升的要求。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (8)
1.一种高电压、高安全锂离子电池，包括正极片、负极片、设于正极片与负极片之间的隔膜、电解液，其特征在于，正极片包括正极集流体与涂覆在正极集流体上的正极活性层，正极活性层包括正极活性物质、导电剂及粘结剂；负极片包括负极集流体与涂覆在负极集流体上的负极活性层，负极活性层包括负极活性物质、导电剂、粘结剂；隔膜为耐高温、耐高电压高安全隔膜，满足电池长期稳定工作电压在4.4-5.0V；电解液为高电压电解液，电解液具备高电压的电化学窗口稳定性，满足电池在4.4-5.0V长期工作。
2.根据权利要求1所述高电压、高安全锂离子电池，其特征在于，所述正极活性物质含有磷酸钒锂。
3.根据权利要求1所述高电压、高安全锂离子电池，其特征在于，所述负极活性物质为碳基材料和/或硅基材料。
4.一种高电压、高安全锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)含有磷酸钒锂的正极片的制备
将占总正极活性物质20％-100％重量百分比的第一正极活性物质磷酸钒锂，占总正极活性物质0％-80％重量百分比的第二正极活性物质，与导电剂均匀混合，一次或分多次加入粘结剂,混合搅拌均匀后得到正极浆料,正极浆料经涂覆工序转移至集流体铝箔上，经烘干、碾压，裁分或冲切后制得正极片；
所述第二正极活性物质为镍钴锰酸锂LiNixCo1-x-yMnyO2,其中x+y＜1；镍钴铝酸锂LiNixCo1-x-yAlyO2,其中x+y＜1；钴酸锂LiCoO2；磷酸亚铁锂LiFePO4；尖晶石镍锰LiNi0.5Mn1.5O4；层状富锂材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2中的一种；
(2)负极片的制备
将占总负极活性物质0％-100％重量百分比的第一负极材料碳基负极材料，和/或占总负极活性物质0％-100％重量百分比的第二负极材料硅基负极材料，与导电剂均匀混合,一次或分多次加入粘结剂,混合搅拌均匀后得到负极浆料,负极浆料经涂覆工序转移至集流体铜箔上，经烘干、碾压，裁分或冲切后制得负极片；
(3)电池装配
正极片、隔膜、负极片以叠片或卷绕的形式组成极组，并装配电池，烘干后待用，隔膜为耐高温、耐高电压高安全隔膜，满足电池长期稳定工作电压在4.4-5.0V的工作需求；
(4)注液
在露点温度为-45～-50℃条件下，向壳体内部注入电解液，进行一次预密封，制得高电压、高安全锂离子电池，注液时采用高电压电解液，电解液具备高电压的电化学窗口稳定性，满足电池在4.4-5.0V长期工作需求；
(5)化成
完成注液的电池，按照以下步骤进行化成：
步骤1，陈化：注液后的电池进行常温和/或高温静置，陈化的温度为常温15～25℃，高温30～45℃，陈化时间为12-72h；
步骤2，预充电：采用0.01-0.5C的恒电流将电池预充电至3％-30％SOC；
步骤3，二次陈化：电池进行常温和/或高温静置，陈化的温度为常温15～25℃，高温30～45℃，陈化时间为6-72h；
步骤4，采用0.01-0.5C的恒电流将电池充电到3.4-3.6V，静置60-240min；
步骤5，采用0.01-0.5C的恒电流将电池充电到3.6-3.95V，静置60-240min；
步骤6，进行抽真空、排气及二次预密封；
步骤7，采用0.05-0.5C的恒电流将电池充电到3.8-4.0V，静置60-240min；
步骤8，采用0.05-0.5C的恒电流将电池放电到2.0-3.5V，静置10-60min后，以0.05-0.5C的恒电流将电池充电到3.8-4.0V，重复循环1-3次；
步骤9，采用0.05-0.5C的恒电流将电池充电到3.8-4.0V后转恒压充电，恒压截止电流0.01-0.05C，继续在此电压下进行浮充电30-180min；
步骤10，采用0.05-0.5C的恒电流将电池充电到4.1-4.3V，静置60-240min；
步骤11，采用0.05-0.5C的恒电流将电池放电到2.0-3.5V，静置10-60min后，以0.05-0.5C的恒电流将电池充电到4.1-4.3V，重复循环1-3次；
步骤12，采用0.05-0.5C的恒电流将电池充电到4.1-4.3V后转恒压充电，恒压截止电流0.01-0.05C，继续在此电压下进行浮充电30-180min；
步骤13，采用0.05-0.5C的恒电流将电池充电到4.4-5.0V，静置60-240min；
步骤14，采用0.05-0.5C的恒电流将电池放电到2.0-3.5V，静置10-60min后，以0.05-0.5C的恒电流将电池充电到4.4-5.0V，重复循环1-3次；
步骤15，采用0.05-0.5C的恒电流将电池充电到4.4-5.0V后转恒压充电，恒压截止电流0.01-0.05C，继续在此电压下进行浮充电30-180min，采用0.05-0.5C的恒电流将电池放电至2.0-3.0V；
步骤16，进行抽真空、排气及电池密封，完成电池化成。
5.根据权利要求4所述高电压、高安全锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种组合，加入量为活性层全部物质量的2％-10％重量百分比。
6.根据权利要求4所述高电压、高安全锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯PVDF、羧甲基纤维素钠CMC、丁苯橡胶SBR、聚丙烯酸PAA、海藻酸钠SA、聚丙烯腈PAN、瓜儿豆胶GG、聚四氟乙烯PTFE中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述高电压、高安全锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述高安全隔膜为以下三种类型中的一种：基膜本体具备耐高温、耐高电压能力；基膜通过单侧/双侧涂覆无机物使其具备耐高温、耐高电压能力；基膜通过单侧/双侧涂覆有机物其具备耐高温、耐高电压能力。
8.根据权利要求4所述高电压、高安全锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)中，加入粘结剂后，加入溶剂调节浆料粘度至2000-10000cps。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811591900.2A CN109817868B (zh) | 2018-12-25 | 2018-12-25 | 一种高电压、高安全锂离子电池及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811591900.2A CN109817868B (zh) | 2018-12-25 | 2018-12-25 | 一种高电压、高安全锂离子电池及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109817868A true CN109817868A (zh) | 2019-05-28 |
| CN109817868B CN109817868B (zh) | 2022-05-03 |
Family
ID=66602335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811591900.2A Active CN109817868B (zh) | 2018-12-25 | 2018-12-25 | 一种高电压、高安全锂离子电池及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109817868B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111584969A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-08-25 | 天津空间电源科技有限公司 | 一种空间用电池组及其制作方法 |
| CN112825349A (zh) * | 2019-11-20 | 2021-05-21 | 郑州宇通集团有限公司 | 复合正极极片、锂二次电池 |
| CN112909317A (zh) * | 2021-02-06 | 2021-06-04 | 苏州酷卡环保科技有限公司 | 一种锂离子电池的老化方法 |
| CN114792788A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-07-26 | 江苏众钠能源科技有限公司 | 一种钠离子全电池及其制备方法 |
| CN115602911A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-01-13 | 中创新航科技股份有限公司（Cn） | 一种锂离子电池 |
| CN116387634A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-07-04 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电极组件、电池单体、电池和用电设备 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102082290A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-06-01 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种高电压高比能量锂离子电池及其制备方法 |
| CN102760908A (zh) * | 2012-07-16 | 2012-10-31 | 宁波世捷新能源科技有限公司 | 一种适应多种正极材料体系的锂离子电池的快速化成方法 |
| US20130043843A1 (en) * | 2011-08-19 | 2013-02-21 | Shabab Amiruddin | High capacity lithium ion battery formation protocol and corresponding batteries |
| CN105355819A (zh) * | 2015-10-13 | 2016-02-24 | 深圳宏泰电池科技有限公司 | 一种富锂锰基的高能量密度锂离子电池及其制备方法 |
| CN107959071A (zh) * | 2017-11-15 | 2018-04-24 | 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 | 一种锂离子电池及其化成方法 |
-
2018
- 2018-12-25 CN CN201811591900.2A patent/CN109817868B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102082290A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-06-01 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种高电压高比能量锂离子电池及其制备方法 |
| US20130043843A1 (en) * | 2011-08-19 | 2013-02-21 | Shabab Amiruddin | High capacity lithium ion battery formation protocol and corresponding batteries |
| CN102760908A (zh) * | 2012-07-16 | 2012-10-31 | 宁波世捷新能源科技有限公司 | 一种适应多种正极材料体系的锂离子电池的快速化成方法 |
| CN105355819A (zh) * | 2015-10-13 | 2016-02-24 | 深圳宏泰电池科技有限公司 | 一种富锂锰基的高能量密度锂离子电池及其制备方法 |
| CN107959071A (zh) * | 2017-11-15 | 2018-04-24 | 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 | 一种锂离子电池及其化成方法 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112825349A (zh) * | 2019-11-20 | 2021-05-21 | 郑州宇通集团有限公司 | 复合正极极片、锂二次电池 |
| CN112825349B (zh) * | 2019-11-20 | 2022-05-17 | 郑州宇通集团有限公司 | 复合正极极片、锂二次电池 |
| CN111584969A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-08-25 | 天津空间电源科技有限公司 | 一种空间用电池组及其制作方法 |
| CN112909317A (zh) * | 2021-02-06 | 2021-06-04 | 苏州酷卡环保科技有限公司 | 一种锂离子电池的老化方法 |
| CN114792788A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-07-26 | 江苏众钠能源科技有限公司 | 一种钠离子全电池及其制备方法 |
| CN115602911A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-01-13 | 中创新航科技股份有限公司（Cn） | 一种锂离子电池 |
| CN115602911B (zh) * | 2022-11-07 | 2023-03-03 | 中创新航科技股份有限公司 | 一种锂离子电池 |
| CN116387634A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-07-04 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电极组件、电池单体、电池和用电设备 |
| CN116387634B (zh) * | 2023-06-05 | 2024-01-26 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电极组件、电池单体、电池和用电设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109817868B (zh) | 2022-05-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103730683B (zh) | 一种锂电池及其制备方法 | |
| CN109817868A (zh) | 一种高电压、高安全锂离子电池及其制备方法 | |
| CN103050290B (zh) | 一种内结合超级电容器 | |
| CA2792747C (en) | Lithium secondary battery using ionic liquid | |
| KR101749508B1 (ko) | 리튬 이차 전지용 전극 활물질, 이를 포함한 리튬 이차 전지용 전극 및 이를 구비한 리튬 이차 전지 | |
| CN102361095B (zh) | 一种高比功率锂离子电池及其制备方法 | |
| CN103560250A (zh) | 一种以富锂锰基材料为正极的锂离子电池及其制备方法 | |
| CN106058245A (zh) | 一种低温锂离子电池 | |
| CN103682417A (zh) | 一种凝胶聚合物储能锂离子电池及其制备方法 | |
| CN101577324A (zh) | 磷酸铁锂电池混合型正极浆料及使用该正极浆料的磷酸铁锂电池 | |
| JP2012038702A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| CN103594735B (zh) | 一种钛酸锂锂离子电池的制备方法 | |
| CN109841425B (zh) | 一种电容电池及其制备方法 | |
| CN102082259A (zh) | 一种锂二次电池电极及其制造方法 | |
| CN103682454B (zh) | 一种采用钛酸锂负极的锂离子电池制备方法 | |
| CN102593508B (zh) | 锂离子电池 | |
| CN102290577A (zh) | 一种锂离子电池的负极 | |
| CN102427123A (zh) | 锂离子二次电池及其正极片 | |
| CN105355903A (zh) | 一种基于镍锰酸锂的锂离子电池正极材料及其制备方法 | |
| JP2011192561A (ja) | 非水電解液二次電池の製造方法 | |
| WO2011070748A1 (ja) | 非水電解質二次電池及びその充電方法 | |
| CN101110477B (zh) | 一种电化学储能与能量转换装置 | |
| WO2014162529A1 (ja) | リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、およびそれらの製造方法 | |
| CN105706276A (zh) | 非水电解质充电电池以及使用该非水电解质充电电池的蓄电电路 | |
| CN113270571B (zh) | 锂离子二次电池的制造方法和负极材料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |