CN113130907A - 一种电池电芯及其制备方法和快充锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池电芯及其制备方法和快充锂离子电池，该电池电芯包括正极片、负极片和设于正极片和负极片之间的隔膜；正极片包括正极集流体和设于正极集流体上的正极活性材料层，正极活性材料层的材料包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，正极导电剂包括第一点状导电剂和第一支链状导电剂；负极片包括负极集流体和设于负极集流体上的负极活性材料层，负极活性材料层的材料包括负极活性材料、负极导电剂、分散剂和负极粘结剂，负极导电剂包括第二点状导电剂和第二支链状导电剂，分散剂为羧甲基纤维素锂。以上电池电芯可应用于快充锂离子电池的制备，所制备快充锂离子电池具有优异的快充性能，且循环寿命长。

Description

一种电池电芯及其制备方法和快充锂离子电池
技术领域
本发明涉及电池制造技术领域，尤其是涉及一种电池电芯及其制备方法和快充锂离子电池。
背景技术
锂离子电池因具有能量密度高、循环性能好、无记忆效应等优点，被广泛应用于手机、电脑、电动工具、新能源汽车和储能领域，但是其充电时间长一直是消费者的核心痛点。如果电池能够实现快速充电，则用户将不再为电量而焦虑，电动汽车可以更好地替代传统燃油车，快速储能设备可以在电网中承担更多的复杂服务功能，它的快速响应使其能够参与电网的智能调节，这将为人们的生活带来极大的便利和综合效益。因此，快充型锂离子电池的开发和应用已成为锂离子电池发展的迫切需求。
然而，传统锂离子电池快速充电面临很多问题，比如大电流充电时极化和产热严重、易造成副反应增加，大电流充电时部分锂离子来不及嵌入负极造成负极析锂，进而引发容量衰减和存在安全隐患等。因此，要实现锂离子电池快充，其相关性能也要相应提升。
目前，有研究者提出了一些快充型锂离子电池，尝试通过一些改性降低电池阻抗、减少极化等，以提高快充锂离子电池的性能。但现有的快充锂离子电池研究，难以在实现快速充电的同时，达到循环寿命长等性能要求。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电池电芯及其制备方法和快充锂离子电池。
本发明的第一方面，提出了一种电池电芯，包括：
正极片，所述正极片包括正极集流体和设于所述正极集流体上的正极活性材料层，所述正极活性材料层的材料包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂；所述正极导电剂的组分包括第一点状导电剂和第一支链状导电剂；
负极片，所述负极片包括负极集流体和设于所述负极集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层的材料包括负极活性材料、负极导电剂、分散剂和负极粘结剂；所述负极导电剂的组分包括第二点状导电剂和第二支链状导电剂，所述分散剂选自羧甲基纤维素锂；
隔膜，所述隔膜设于所述正极片和负极片之间。
根据本发明实施例的电池电芯，至少具有以下有益效果：该电池电芯可用于快速锂离子电池的制备，其中正负极片上活性材料层中导电剂采用包括点状导电剂和支链状导电剂的组分混合而成，混合导电剂可构造出三维导电网络结构，通过点、线与活性材料连结，可为电化学反应过程中离子和电子的传输提供高速通道，改善离子电导率，提升电池的快充性能；并且，在充电过程中可对负极体积膨胀起到一定的抑制作用，提高快充锂离子电池的循环稳定性。另外，负极片上负极活性材料层中的分散剂采用羧甲基纤维素锂代替传统分散剂羧甲基纤维素钠，羧甲基纤维素锂不仅可以增加负极导电率，还可提升锂离子在电极中的传输速率，以避免快速充电时锂离子来不及嵌入负极，引起负极析锂现象。通过以上对电池电芯的正负极片上活性材料层中导电剂的改进，结合负极片上负极活性材料层中分散剂的以上改进，可显著降低电池的阻抗和极化现象，所制备快充锂离子电池可具有优异的充电倍率性能。
其中，第一点状导电剂和第二点状导电剂中点状具体指的是颗粒状，第二状导电剂和第二支链状导电剂中支链状可为管状和/或棒状。
在本发明的一些实施方式中，所述第一点状导电剂和所述第二点状导电剂选自导电炭黑，第一支链状导电剂选自科琴黑、多壁碳纳米管、碳纳米纤维中的至少一种，所述第二支链状导电剂选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米纤维中的至少一种。其中，若将单壁碳纳米管作为导电剂用于负极片制备，在构造三维导电网络的同时，可起到抑制负极膨胀的作用，能够显著改善电池的循环性能；但单壁碳纳米管成本较高，若将其用于正极片的制备，其在正极浆料中难以分散，而在电池使用过程中正极膨胀较小，在正极中添加单壁碳纳米管对循环改善不明显，因此，相比于单壁碳纳米管，正极片的正极活性材料层中多采用易于分散的多壁碳纳米管。
在本发明的一些实施方式中，所述正极导电剂的组分还包括片层状导电剂；优选地，所述片层状导电剂选自石墨烯。
在本发明的一些实施方式中，所述正极导电剂的组分包括质量比为4:2:1的所述第一点状导电剂、所述第一支链状导电剂和所述片层状导电剂；所述负极导电剂的组分包括质量比为2：1的所述第二点状导电剂和所述第二支链状导电剂。
在本发明的一些实施方式中，所述正极活性材料层的材料包括93wt％～97wt％正极活性材料、0.5wt％～3wt％正极导电剂和1wt％～4wt％正极粘结剂；所述负极活性材料层的材料包括93wt％～97wt％负极活性材料、0.5wt％～2wt％负极导电剂、0.5wt％～2wt％分散剂和0.5wt％～3wt％负极粘结剂。
在本发明的一些实施方式中，所述正极活性材料选自镍钴锰三元材料，优选含镍含量为50％～85％的镍钴锰三元材料；所述正极粘结剂选自聚偏氟乙烯；所述负极活性材料选自石墨，所述负极粘结剂选自丁苯橡胶、聚丙烯酸类胶中的至少一种
在本发明的一些实施方式中，所述正极集流体选自铝箔，所述负极集流体选自铜箔。
本发明的第二方面，提出了一种本发明第一方面所提出的任一种电池电芯的制备方法，包括以下步骤：
将所述正极活性材料层的材料与第一溶剂混合，制成正极浆料；将所述正极浆料涂覆于正极集流体的表面，干燥、滚压、模切，制得正极片；
将所述负极活性材料层的材料与第二溶剂混合，制成负极浆料；将所述负极浆料涂覆于负极集流体的表面，干燥、滚压、模切，制得负极片；
将隔膜设于所述正极片与所述负极片之间，制得电池电芯。
在本发明的一些实施方式中，所述第一溶剂为N-甲基吡咯烷酮，所述第二溶剂为去离子水。
本发明的第二方面，提出了一种快充锂离子电池，包括本发明第一方面所提出的任一种电池电芯。该快充锂离子电池具体可包括壳体和容纳于壳体内的电池电芯和电解液。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为采用实施例1电池电芯所制得快充锂离子电池C1#的循环曲线图；
图2为采用实施例2电池电芯所制得快充锂离子电池C2#的循环曲线图；
图3为采用实施例3电池电芯所制得快充锂离子电池C3#的循环曲线图；
图4为分别采用实施例1和实施例4电池电芯所制得快充锂离子电池C1#、C4#的循环曲线对比图；
图5为分别采用实施例1和对比例1电池电芯所制得快充锂离子电池C1#、C5#的循环曲线对比图；
图6为分别采用实施例2和对比例2电池电芯所制得快充锂离子电池C2#、C6#的循环曲线对比图；
图7为分别采用实施例1和对比例3电池电芯所制得快充锂离子电池C1#、C7#的循环曲线对比图；
图8为分别采用实施例2和对比例4电池电芯所制得快充锂离子电池C2#、C8#的循环曲线对比图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备了一种电池电芯，具体过程包括以下步骤：
S1、按照质量比为96.5:2.5:1称取正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，其中，正极活性材料为镍钴锰三元材料，正极导电剂由质量比为4:2:1的点状导电剂导电碳黑、支链状导电剂多壁碳纳米管和片层状导电剂石墨烯组成，正极粘结剂为聚偏氟乙烯；
S2、将正极活性材料、导电碳黑和聚偏氟乙烯加入到合浆锅中，以公转30rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入正极活性材料质量1/5的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液，以公转30rpm的搅拌速度搅拌30min；再加入多壁碳纳米管和石墨烯浆料，以公转30rpm的速度搅拌10min后，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转30rpm、自转2000rpm搅拌180min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得正极浆料，备用；
S3、按照质量比为95.5:1:1.5:2称取负极活性材料、负极导电剂、分散剂和负极粘结剂，其中，负极活性材料为石墨，负极导电剂由质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂单壁碳纳米管组成，分散剂为羧甲基纤维素锂，负极粘结剂为丁苯橡胶乳液；
S4、将负极活性材料、导电炭黑和羧甲基纤维素锂加入到合浆锅中，以公转25rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入负极活性材料质量1/3的去离子水，以公转25rpm的搅拌速度搅拌10min后，再以公转25rpm、自转1500rpm的搅拌速度搅拌120min；然后加入单壁碳纳米管浆料，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转25rpm、自转2000rpm搅拌120min；再加入丁苯橡胶乳液，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转20rpm的搅拌速度搅拌30min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得负极浆料，备用；
S5、将步骤S2制得的正极浆料涂布在正极集流体铝箔的两表面上，单面面密度为16mg/cm2，并辊压至105μm，在正极集流体上形成正极活性材料层，模切，制得正极片；将步骤S4所得负极浆料涂布在负极集流体铜箔的两表面上，单面面密度为9.5mg/cm2，并辊压至128μm，在负极集流体上形成负极活性材料层，模切，制得负极片；
S6、将步骤5制得的正极片和负极片，与隔膜堆叠成在一起，隔膜设于正极片和负极片之间，制得电池电芯。
以上所制得的电池电芯包括正极片、负极片和设于正极片和负极片之间的隔膜；正极片包括正极集流体铝箔和设于正极集流体铝箔上的正极活性材料层，正极活性材料层的材料包括质量比为96.5:2.5:1的正极活性材料镍钴锰三元材料、正极导电剂和正极粘结剂聚偏氟乙烯，正极导电剂的组分包括质量比为4:2:1的点状导电剂导电碳黑、支链状导电剂多壁碳纳米管和片层状导电剂石墨烯；负极片包括负极集流体铜箔和设于负极集流体上的负极活性材料层，负极活性材料层的材料包括质量比为95.5:1:1.5:2的负极活性材料石墨、负极导电剂、分散剂羧甲基纤维素锂和负极粘结剂丁苯橡胶，负极导电剂的组分包括质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂单壁碳纳米管。
实施例2
本实施例制备了一种电池电芯，具体过程包括以下步骤：
S1、按照质量比为96:3:1称取正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，其中，正极活性材料为镍钴锰三元材料，正极导电剂由质量比为4:2:1的点状导电剂导电碳黑、支链状导电剂碳纳米纤维和片层状导电剂石墨烯组成，正极粘结剂为聚偏氟乙烯；
S2、将正极活性材料、导电碳黑和聚偏氟乙烯加入到合浆锅中，以公转30rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入正极活性材料质量1/5的NMP溶液，以公转30rpm的搅拌速度搅拌30min；再加入碳纳米纤维和石墨烯浆料，以公转30rpm的速度搅拌10min后，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转30rpm、自转2000rpm搅拌180min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得正极浆料，备用；
S3、按照质量比为95:1.5:1.5:2称取负极活性材料、负极导电剂、分散剂和负极粘结剂，其中，负极活性材料为石墨，负极导电剂由质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂碳纳米纤维组成，分散剂为羧甲基纤维素锂，负极粘结剂为丁苯橡胶乳液；
S4、将负极活性材料、导电炭黑和羧甲基纤维素锂加入到合浆锅中，以公转25rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入负极活性材料质量1/3的去离子水，以公转25rpm的搅拌速度搅拌10min后，再以公转25rpm、自转1500rpm的搅拌速度搅拌120min；然后加入碳纳米纤维浆料，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转25rpm、自转2000rpm搅拌120min；再加入丁苯橡胶乳液，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转20rpm的搅拌速度搅拌30min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得负极浆料，备用；
S5、将步骤S2制得的正极浆料涂布在正极集流体铝箔的两表面上，单面面密度为16mg/cm2，并辊压至105μm，模切，制得正极片；将步骤S4所得负极浆料涂布在负极集流体铜箔的两表面上，单面面密度为9.5mg/cm2，并辊压至128μm，模切，制得负极片；
S6、将步骤5制得的正极片和负极片，与隔膜堆叠成在一起，隔膜设于正极片和负极片之间，制得电池电芯。
以上所制得的电池电芯包括正极片、负极片和设于正极片和负极片之间的隔膜；正极片包括正极集流体铝箔和设于正极集流体铝箔上的正极活性材料层，正极活性材料层的材料包括质量比为96:3:1的正极活性材料镍钴锰三元材料、正极导电剂和正极粘结剂聚偏氟乙烯，正极导电剂的组分包括质量比为4:2:1的点状导电剂导电碳黑、支链状导电剂碳纳米纤维和片层状导电剂石墨烯；负极片包括负极集流体铜箔和设于负极集流体上的负极活性材料层，负极活性材料层的材料包括质量比为95:1.5:1.5:2的负极活性材料石墨、负极导电剂、分散剂羧甲基纤维素锂和负极粘结剂丁苯橡胶，负极导电剂的组分包括质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂碳纳米纤维。
实施例3
本实施例制备了一种电池电芯，具体过程包括以下步骤：
S1、按照质量比为96.2:2.8:1称取正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，其中，正极活性材料为镍钴锰三元材料，正极导电剂由质量比为4:2:1的点状导电剂导电碳黑、支链状导电剂科琴黑和片层状导电剂石墨烯组成，正极粘结剂为聚偏氟乙烯；
S2、将正极活性材料、导电碳黑、科琴黑和聚偏氟乙烯加入到合浆锅中，以公转30rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入正极活性材料质量1/4的NMP溶液，以公转30rpm的搅拌速度搅拌30min；再加入石墨烯浆料，以公转30rpm的速度搅拌10min后，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转30rpm、自转2000rpm搅拌180min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得正极浆料，备用；
S3、按照质量比为95:1.5:1.5:2称取负极活性材料、负极导电剂、分散剂和负极粘结剂，其中，负极活性材料为石墨，负极导电剂由质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂多壁碳纳米管组成，分散剂为羧甲基纤维素锂，负极粘结剂为丁苯橡胶乳液；
S4、将负极活性材料、导电炭黑和羧甲基纤维素锂加入到合浆锅中，以公转25rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入负极活性材料质量1/3的去离子水，以公转25rpm的搅拌速度搅拌10min后，再以公转25rpm、自转1500rpm的搅拌速度搅拌120min；然后加入多壁碳纳米管浆料，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转25rpm、自转2000rpm搅拌120min；再加入丁苯橡胶乳液，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转20rpm的搅拌速度搅拌30min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得负极浆料，备用；
S5、将步骤S2制得的正极浆料涂布在正极集流体铝箔的两表面上，单面面密度为16mg/cm2，并辊压至105μm，模切，制得正极片；将步骤S4所得负极浆料涂布在负极集流体铜箔的两表面上，单面面密度为9.5mg/cm2，并辊压至128μm，模切，制得负极片；
S6、将步骤5制得的正极片和负极片，与隔膜堆叠成在一起，隔膜设于正极片和负极片之间，制得电池电芯。
以上所制得的电池电芯包括正极片、负极片和设于正极片和负极片之间的隔膜；正极片包括正极集流体铝箔和设于正极集流体铝箔上的正极活性材料层，正极活性材料层的材料包括质量比为96.2:2.8:1的正极活性材料镍钴锰三元材料、正极导电剂和正极粘结剂聚偏氟乙烯，正极导电剂的组分包括质量比为4:2:1的点状导电剂导电碳黑、支链状导电剂科琴黑和片层状导电剂石墨烯；负极片包括负极集流体铜箔和设于负极集流体上的负极活性材料层，负极活性材料层的材料包括质量比为95:1.5:1.5:2的负极活性材料石墨、负极导电剂、分散剂羧甲基纤维素锂和负极粘结剂丁苯橡胶，负极导电剂的组分包括质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂多壁碳纳米管。
实施例4
本实施例制备了一种电池电芯，具体过程包括以下步骤：
S1、按照质量比为96.5:2.5:1称取正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，其中，正极活性材料为镍钴锰三元材料，正极导电剂由质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂多壁碳纳米管组成，正极粘结剂为聚偏氟乙烯；
S2、将正极活性材料、导电碳黑和聚偏氟乙烯加入到合浆锅中，以公转30rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入正极活性材料质量1/5的NMP溶液，以公转30rpm的搅拌速度搅拌30min；再加入多壁碳纳米管浆料，以公转30rpm的速度搅拌10min后，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转30rpm、自转2000rpm搅拌180min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得正极浆料，备用；
S3、按照质量比为95.5:1:1.5:2称取负极活性材料、负极导电剂、分散剂和负极粘结剂，其中，负极活性材料为石墨，负极导电剂由质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂单壁碳纳米管组成，分散剂为羧甲基纤维素锂，负极粘结剂为丁苯橡胶乳液；
S4、将负极活性材料、导电炭黑和羧甲基纤维素锂加入到合浆锅中，以公转25rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入负极活性材料质量1/3的去离子水，以公转25rpm的搅拌速度搅拌10min后，再以公转25rpm、自转1500rpm的搅拌速度搅拌120min；然后加入单壁碳纳米管浆料，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转25rpm、自转2000rpm搅拌120min；再加入丁苯橡胶乳液，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转20rpm的搅拌速度搅拌30min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得负极浆料，备用；
S5、将步骤S2制得的正极浆料涂布在正极集流体铝箔的两表面上，单面面密度为16mg/cm2，并辊压至105μm，模切，制得正极片；将步骤S4所得负极浆料涂布在负极集流体铜箔的两表面上，单面面密度为9.5mg/cm2，并辊压至128μm，模切，制得负极片；
S6、将步骤5制得的正极片和负极片，与隔膜堆叠成在一起，隔膜设于正极片和负极片之间，制得电池电芯。
以上所制得的电池电芯包括正极片、负极片和设于正极片和负极片之间的隔膜；正极片包括正极集流体铝箔和设于正极集流体铝箔上的正极活性材料层，正极活性材料层的材料包括质量比为96.5:2.5:1的正极活性材料镍钴锰三元材料、正极导电剂和正极粘结剂聚偏氟乙烯，正极导电剂的组分包括质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂多壁碳纳米管；负极片包括负极集流体铜箔和设于负极集流体上的负极活性材料层，负极活性材料层的材料包括质量比为95.5:1:1.5:2的负极活性材料石墨、负极导电剂、分散剂羧甲基纤维素锂和负极粘结剂丁苯橡胶，负极导电剂的组分包括质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂单壁碳纳米管。
对比例1
本对比例制备了一种电池电芯，本对比例的正极浆料中正极导电剂采用常规导电剂(导电碳黑和石墨烯)。其具体制备过程包括以下步骤：
S1、按照质量比为96.5:2.5:1称取正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，其中，正极活性材料为镍钴锰三元材料，正极导电剂由质量比为4:1的点状导电剂导电碳黑和片层状导电剂石墨烯组成，正极粘结剂为聚偏氟乙烯；
S2、将正极活性材料、导电碳黑和聚偏氟乙烯加入到合浆锅中，以公转30rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入正极活性材料质量1/5的NMP溶液，以公转30rpm的搅拌速度搅拌30min；再加入石墨烯浆料，以公转30rpm的速度搅拌10min后，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转30rpm、自转2000rpm搅拌180min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得正极浆料，备用；
S3、按照质量比为95.5:1:1.5:2称取负极活性材料、负极导电剂、分散剂和负极粘结剂，其中，负极活性材料为石墨，负极导电剂由质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂单壁碳纳米管组成，分散剂为羧甲基纤维素锂，负极粘结剂为丁苯橡胶乳液；
S4、将负极活性材料、导电炭黑和羧甲基纤维素锂加入到合浆锅中，以公转25rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入负极活性材料质量1/3的去离子水，以公转25rpm的搅拌速度搅拌10min后，再以公转25rpm、自转1500rpm的搅拌速度搅拌120min；然后加入单壁碳纳米管浆料，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转25rpm、自转2000rpm搅拌120min；再加入丁苯橡胶乳液，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转20rpm的搅拌速度搅拌30min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得负极浆料，备用；
S5、将步骤S2制得的正极浆料涂布在正极集流体铝箔的两表面上，单面面密度为16mg/cm2，并辊压至105μm，模切，制得正极片；将步骤S4所得负极浆料涂布在负极集流体铜箔的两表面上，单面面密度为9.5mg/cm2，并辊压至128μm，模切，制得负极片；
S6、将步骤5制得的正极片和负极片，与隔膜堆叠成在一起，隔膜设于正极片和负极片之间，制得电池电芯。
以上所制得的电池电芯包括正极片、负极片和设于正极片和负极片之间的隔膜；正极片包括正极集流体铝箔和设于正极集流体铝箔上的正极活性材料层，正极活性材料层的材料包括质量比为96.5:2.5:1的正极活性材料镍钴锰三元材料、正极导电剂和正极粘结剂聚偏氟乙烯，正极导电剂的组分包括质量比为4:1的点状导电剂导电碳黑和片层状导电剂石墨烯；负极片包括负极集流体铜箔和设于负极集流体上的负极活性材料层，负极活性材料层的材料包括质量比为95.5:1:1.5:2的负极活性材料石墨、负极导电剂、分散剂羧甲基纤维素锂和负极粘结剂丁苯橡胶，负极导电剂的组分包括质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂单壁碳纳米管。
对比例2
本对比例制备了一种电池电芯，本对比例的负极浆料中负极导电剂采用常规导电剂(导电碳黑)，分散剂采用常规分散剂羧甲基纤维素钠。其具体制备过程包括以下步骤：
S1、按照质量比为96:3:1称取正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，其中，正极活性材料为镍钴锰三元材料，正极导电剂由质量比为4:2:1的点状导电剂导电碳黑、支链状导电剂碳纳米纤维和片层状导电剂石墨烯组成，正极粘结剂为聚偏氟乙烯；
S2、将正极活性材料、导电碳黑和聚偏氟乙烯加入到合浆锅中，以公转30rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入正极活性材料质量1/4的NMP溶液，以公转30rpm的搅拌速度搅拌30min；再加入碳纳米纤维和石墨烯浆料，以公转30rpm的速度搅拌10min后，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转30rpm、自转2000rpm搅拌180min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得正极浆料，备用；
S3、按照质量比为95:1.5:1.5:2称取负极活性材料、负极导电剂、分散剂和负极粘结剂，其中，负极活性材料为石墨，负极导电剂为导电碳黑，分散剂为羧甲基纤维素钠，负极粘结剂为丁苯橡胶乳液；
S4、将负极活性材料、导电炭黑和羧甲基纤维素钠加入到合浆锅中，以公转25rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入负极活性材料质量1/3的去离子水，以公转25rpm的搅拌速度搅拌10min后，再以公转25rpm、自转1500rpm的搅拌速度搅拌120min；然后抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转25rpm、自转2000rpm搅拌120min；再加入丁苯橡胶乳液，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转20rpm的搅拌速度搅拌30min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得负极浆料，备用；
S5、将步骤S2制得的正极浆料涂布在正极集流体铝箔的两表面上，单面面密度为16mg/cm2，并辊压至105μm，模切，制得正极片；将步骤S4所得负极浆料涂布在负极集流体铜箔的两表面上，单面面密度为9.5mg/cm2，并辊压至128μm，模切，制得负极片；
S6、将步骤5制得的正极片和负极片，与隔膜堆叠成在一起，隔膜设于正极片和负极片之间，制得电池电芯。
以上所制得的电池电芯包括正极片、负极片和设于正极片和负极片之间的隔膜；正极片包括正极集流体铝箔和设于正极集流体铝箔上的正极活性材料层，正极活性材料层的材料包括质量比为96.2:2.8:1的正极活性材料镍钴锰三元材料、正极导电剂和正极粘结剂聚偏氟乙烯，正极导电剂的组分包括质量比为4:2:1的点状导电剂导电碳黑、支链状导电剂碳纳米纤维和片层状导电剂石墨烯；负极片包括负极集流体铜箔和设于负极集流体上的负极活性材料层，负极活性材料层的材料包括质量比为95:1.5:1.5:2的负极活性材料石墨、负极导电剂导电碳黑、分散剂羧甲基纤维素钠和负极粘结剂丁苯橡胶。
对比例3
本对比例制备了一种电池电芯，本对比例的负极浆料中分散剂采用常规分散剂羧甲基纤维素钠。其具体制备过程包括以下步骤：
S1、按照质量比为96.5:2.5:1称取正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，其中，正极活性材料为镍钴锰三元材料，正极导电剂由质量比为4:2:1的点状导电剂导电碳黑、支链状导电剂多壁碳纳米管和片层状导电剂石墨烯组成，正极粘结剂为聚偏氟乙烯；
S2、将正极活性材料、导电碳黑和聚偏氟乙烯加入到合浆锅中，以公转30rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入正极活性材料质量1/5的NMP溶液，以公转30rpm的搅拌速度搅拌30min；再加入多壁碳纳米管和石墨烯浆料，以公转30rpm的速度搅拌10min后，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转30rpm、自转2000rpm搅拌180min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得正极浆料，备用；
S3、按照质量比为95.5:1:1.5:2称取负极活性材料、负极导电剂、分散剂和负极粘结剂，其中，负极活性材料为石墨，负极导电剂由质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂单壁碳纳米管组成，分散剂为羧甲基纤维素钠，负极粘结剂为丁苯橡胶乳液；
S4、将负极活性材料、导电炭黑和羧甲基纤维素钠加入到合浆锅中，以公转25rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入负极活性材料质量1/3的去离子水，以公转25rpm的搅拌速度搅拌10min后，再以公转25rpm、自转1500rpm的搅拌速度搅拌120min；然后加入单壁碳纳米管浆料，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转25rpm、自转2000rpm搅拌120min；再加入丁苯橡胶乳液，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转20rpm的搅拌速度搅拌30min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得负极浆料，备用；
S5、将步骤S2制得的正极浆料涂布在正极集流体铝箔的两表面上，单面面密度为16mg/cm2，并辊压至105μm，模切，制得正极片；将步骤S4所得负极浆料涂布在负极集流体铜箔的两表面上，单面面密度为9.5mg/cm2，并辊压至128μm，模切，制得负极片；
S6、将步骤5制得的正极片和负极片，与隔膜堆叠成在一起，隔膜设于正极片和负极片之间，制得电池电芯。
以上所制得的电池电芯包括正极片、负极片和设于正极片和负极片之间的隔膜；正极片包括正极集流体铝箔和设于正极集流体铝箔上的正极活性材料层，正极活性材料层的材料包括质量比为96.5:2.5:1的正极活性材料镍钴锰三元材料、正极导电剂和正极粘结剂聚偏氟乙烯，正极导电剂的组分包括质量比为4:2:1的点状导电剂导电碳黑、支链状导电剂多壁碳纳米管和片层状导电剂石墨烯；负极片包括负极集流体铜箔和设于负极集流体上的负极活性材料层，负极活性材料层的材料包括质量比为95.5:1:1.5:2的负极活性材料石墨、负极导电剂、分散剂羧甲基纤维素钠和负极粘结剂丁苯橡胶，负极导电剂的组分包括质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂单壁碳纳米管。
对比例4
本对比例制备了一种电池电芯，本对比例的正极浆料中正极导电剂采用支链状导电剂。其具体制备过程包括以下步骤：
S1、按照质量比为96:3:1称取正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂，其中，正极活性材料为镍钴锰三元材料，正极导电剂为碳纳米纤维，正极粘结剂为聚偏氟乙烯；
S2、将正极活性材料和聚偏氟乙烯加入到合浆锅中，以公转30rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入正极活性材料质量1/5的NMP溶液，以公转30rpm的搅拌速度搅拌30min；再加入碳纳米纤维浆料，以公转30rpm的速度搅拌10min后，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转30rpm、自转2000rpm搅拌180min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得正极浆料，备用；
S3、按照质量比为95:1.5:1.5:2称取负极活性材料、负极导电剂、分散剂和负极粘结剂，其中，负极活性材料为石墨，负极导电剂由质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂碳纳米纤维组成，分散剂为羧甲基纤维素锂，负极粘结剂为丁苯橡胶乳液；
S4、将负极活性材料、导电炭黑和羧甲基纤维素锂加入到合浆锅中，以公转25rpm的搅拌速度搅拌20min，然后加入负极活性材料质量1/3的去离子水，以公转25rpm的搅拌速度搅拌10min后，再以公转25rpm、自转1500rpm的搅拌速度搅拌120min；然后加入碳纳米纤维浆料，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转25rpm、自转2000rpm搅拌120min；再加入丁苯橡胶乳液，抽真空(真空度≤-0.08MPa)后以公转20rpm的搅拌速度搅拌30min；搅拌结束后，浆料150目过筛，制得负极浆料，备用；
S5、将步骤S2制得的正极浆料涂布在正极集流体铝箔的两表面上，单面面密度为16mg/cm2，并辊压至105μm，模切，制得正极片；将步骤S4所得负极浆料涂布在负极集流体铜箔的两表面上，单面面密度为9.5mg/cm2，并辊压至128μm，模切，制得负极片；
S6、将步骤5制得的正极片和负极片，与隔膜堆叠成在一起，隔膜设于正极片和负极片之间，制得电池电芯。
以上所制得的电池电芯包括正极片、负极片和设于正极片和负极片之间的隔膜；正极片包括正极集流体铝箔和设于正极集流体铝箔上的正极活性材料层，正极活性材料层的材料包括质量比为96:3:1的正极活性材料镍钴锰三元材料、正极导电剂碳纳米纤维和正极粘结剂聚偏氟乙烯；负极片包括负极集流体铜箔和设于负极集流体上的负极活性材料层，负极活性材料层的材料包括质量比为95:1.5:1.5:2的负极活性材料石墨、负极导电剂、分散剂羧甲基纤维素锂和负极粘结剂丁苯橡胶，负极导电剂的组分包括质量比为2:1的点状导电剂导电碳黑和支链状导电剂碳纳米纤维。
试验例
以上各实施例和对比例所制得的电池电芯可进一步用于制备快充锂离子电池，例如，具体可通过对电池电芯依次进行极耳焊接、铝塑膜封装、烘烤、注液、化成、二封、分容，制成快充锂离子电池。分别采用以上实施例1～4和对比例1～4制得的电池电芯，按照类似以上的相同方法，对应制得快充锂离子电池C1#～C8#。
试验例
本试验例测试以上应用例所制得的各快充锂离子电池C1#～C8#的性能，包括循环性能。其中，循环性能的测试方法为：在25℃室温条件下，循环充放电电流为1C/1C,电压范围为2.8-4.3V，循环次数为2000次，测试快充锂离子电池C1#～C8#的循环容量保持率，所得结果如图1～图8所示。
由图1至图4可知，实施例1～4电池电芯中，正负极活性材料层中导电剂采用包括点状导电剂和支链状导电剂的组分混合而成，并且负极片上负极活性材料层中分散剂采用羧甲基纤维素锂代替传统的分散剂羧甲基纤维素钠，由以上电池电芯制得的快充锂离子电池C1#～C4#具有优异的长期循环性能；并且，由图4可知，相比于实施例4电池电芯，实施例1电池电芯中正极活性材料层的导电剂中在点状导电剂和支链状导电剂的基础上，增加了片层状导电剂，可进一步提高电池的循环寿命。由图5可知，对比例1电池电芯仅对负极活性材料层进行改进，正极活性材料层中导电剂采用常规导电剂，所制备的快充锂离子电池C5#，相比于采用实施例1电池电芯制备的快充锂离子电池C1#，循环性能明显降低；由图6可知，对比例2电池电芯仅对正极活性材料层进行改进，负极活性材料层中采用常规导电剂和常规分散剂，所制备的快充锂离子电池C6#，相比于采用实施例2电池电芯制备的快充锂离子电池C2#，循环性能明显降低。由图7可知，对比例3电池电芯对正极活性材料层进行改进，并对负极活性材料层中导电剂进行改进，但负极活性材料层中分散剂采用常规分散剂，所制备的快充锂离子电池C7#，相比于采用实施例1电池电芯制备的快充锂离子电池C1#，循环性能明显降低。另外，由图8可知，对比例4电池电芯对负极活性材料层进行改性，正极活性材料层中导电剂仅采用支链状导电剂，所制备的快充锂离子电池C8#，相比于采用实施例2电池电芯制备的快充锂离子电池C2#，循环性能显著降低。由上可知，正负极活性材料层中导电剂采用包括点状导电剂和支链状导电剂的组分配合，并协同负极片上负极活性材料层中分散剂羧甲基纤维素锂的使用，可显著提高快充锂离子电池的循环性能。
另外，经测试，以上所制得的锂离子电池C1#～C4#的能量密度在250Wh/Kg以上，常温循环寿命在2000周以上，可实现4C倍率下快速充电，不析锂；而采用市面购买的常规锂离子电池在4C倍率下充电析锂严重。由上，以上各实施例中正负极活性材料层中导电剂采用包括点状导电剂和支链状导电剂的组分配合，并协同负极片上负极活性材料层中分散剂羧甲基纤维素锂的使用，可改善离子导电率、为离子和电子传输提供快速通道，可在保证能量密度的同时提升电池的充电倍率性能和循环性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。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。

Claims (10)

1.一种电池电芯，其特征在于，包括：
正极片，所述正极片包括正极集流体和设于所述正极集流体上的正极活性材料层，所述正极活性材料层的材料包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂；所述正极导电剂的组分包括第一点状导电剂和第一支链状导电剂；
负极片，所述负极片包括负极集流体和设于所述负极集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层的材料包括负极活性材料、负极导电剂、分散剂和负极粘结剂；所述负极导电剂的组分包括第二点状导电剂和第二支链状导电剂，所述分散剂选自羧甲基纤维素锂；
隔膜，所述隔膜设于所述正极片和负极片之间。
2.根据权利要求1所述的电池电芯，其特征在于，所述第一点状导电剂和所述第二点状导电剂选自导电炭黑，第一支链状导电剂选自科琴黑、多壁碳纳米管、碳纳米纤维中的至少一种，所述第二支链状导电剂选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米纤维中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的电池电芯，其特征在于，所述正极导电剂的组分还包括片层状导电剂；优选地，所述片层状导电剂选自石墨烯。
4.根据权利要求3所述的电池电芯，其特征在于，所述正极导电剂的组分包括质量比为4:2:1的所述第一点状导电剂、所述第一支链状导电剂和所述片层状导电剂；所述负极导电剂的组分包括质量比为2：1的所述第二点状导电剂和所述第二支链状导电剂。
5.根据权利要求1所述的电池电芯，其特征在于，所述正极活性材料层的材料包括93wt％～97wt％正极活性材料、0.5wt％～3wt％正极导电剂和1wt％～4wt％正极粘结剂；所述负极活性材料层的材料包括93wt％～97wt％负极活性材料、0.5wt％～2wt％负极导电剂、0.5wt％～2wt％分散剂和0.5wt％～3wt％负极粘结剂。
6.根据权利要求5所述的电池电芯，其特征在于，所述正极活性材料选自镍钴锰三元材料，所述正极粘结剂选自聚偏氟乙烯；所述负极活性材料选自石墨，所述负极粘结剂选自丁苯橡胶、聚丙烯酸类胶中的至少一种。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池电芯，其特征在于，所述正极集流体选自铝箔，所述负极集流体选自铜箔。
8.权利要求1至7中任一项所述的电池电芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述正极活性材料层的材料与第一溶剂混合，制成正极浆料；将所述正极浆料涂覆于正极集流体的表面，干燥、滚压、模切，制得正极片；
将所述负极活性材料层的材料与第二溶剂混合，制成负极浆料；将所述负极浆料涂覆于负极集流体的表面，干燥、滚压、模切，制得负极片；
将隔膜设于所述正极片与所述负极片之间，制得电池电芯。
9.根据权利要求8所述的电池电芯的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂为N-甲基吡咯烷酮，所述第二溶剂为去离子水。
10.一种快充锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的电池电芯。
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