本發(fā)明涉及鋰電池制備，具體涉及一種快充快放型鋰電池及制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著便攜式電子設(shè)備的普及與新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)于高性能電池的需求日益增長(zhǎng)，尤其強(qiáng)調(diào)電池的快速充電能力和高功率放電性能。傳統(tǒng)鋰電池雖已在能量密度方面取得顯著進(jìn)步，但在快充快放性能上仍面臨諸多挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2、充電效率限制：現(xiàn)有的鋰電池技術(shù)中，快充過(guò)程中易導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度急劇上升，不僅影響電池壽命，還可能引發(fā)安全問(wèn)題。此外，高電流密度下，鋰離子在電極材料中的擴(kuò)散速度成為限制快充速率的關(guān)鍵因素。

3、放電功率密度：高功率放電時(shí)常遇到電壓快速下降的問(wèn)題，影響了設(shè)備的持續(xù)運(yùn)行時(shí)間和性能表現(xiàn)。這主要是由于電極材料的電子傳導(dǎo)率和離子擴(kuò)散速率不足以支撐高強(qiáng)度的放電需求。

4、循環(huán)穩(wěn)定性和安全性：快充快放循環(huán)易加速電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的退化，導(dǎo)致容量衰減加快，同時(shí)可能引起電池內(nèi)部短路、熱失控等安全隱患。

5、因此，我們提出了一種快充快放型鋰電池及制備方法，以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種快充快放型鋰電池及制備方法。

2、一種快充快放型鋰電池的制備方法，包括如下步驟：

3、s1：基于生物質(zhì)碳制備氟化碳納米管

4、通過(guò)香蒲草蒲絨制備管狀生物質(zhì)碳，之后對(duì)管狀生物質(zhì)碳進(jìn)行氮摻雜得到氮摻雜碳納米管，將氮摻雜碳納米管酸化后進(jìn)行氟摻雜，得到氟化碳納米管；

5、s2：正極電極極片的制備

6、通過(guò)暈苯與ndi-1制備得到共晶體，以共晶體、炭黑、氟化碳納米管、聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮為原料制備得到正極電極極片；

7、s3：樹枝狀介孔二氧化硅納米顆粒的制備

8、通過(guò)三乙醇胺、溴化十六烷基三甲銨、水楊酸鈉、硅酸四乙酯和乙醇為原料合成反應(yīng)得到樹枝狀介孔二氧化硅納米顆粒；

9、s4：負(fù)載氧化鈰的二維分級(jí)多孔復(fù)合材料的制備

10、將樹枝狀介孔二氧化硅納米顆粒、二水合乙酸鋅和六水合硝酸鈰混合后煅燒，制備復(fù)合前驅(qū)體，之后通過(guò)2-甲基咪唑溶液和十二烷基硫酸鈉溶液調(diào)控制備得到負(fù)載氧化鈰的二維分級(jí)多孔復(fù)合材料；

11、s5：負(fù)極電極極片的制備

12、以負(fù)載氧化鈰的二維分級(jí)多孔復(fù)合材料、炭黑、氟化碳納米管、聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮為原料制備得到正極電極極片；

13、s6：鋰電池的組裝

14、將正極電極極片、負(fù)極電極極片、隔膜和電解液組裝制備得到鋰電池。

15、進(jìn)一步地，步驟s1基于生物質(zhì)碳制備氟化碳納米管，具體包括如下步驟：

16、s1.1：將香蒲草蒲絨用去離子水清洗2-3次，將清洗后的香蒲草蒲絨在無(wú)水乙醇中浸泡20-30min，之后放入110-120℃烘箱內(nèi)烘干，將2-3重量份烘干的香蒲草蒲絨加入到230-240重量份0.5m的h3po4溶液中，攪拌1-2h后靜置放置24-25h，去除上清液，將沉淀在110-120℃下干燥后，置于充滿氮?dú)獾墓苁綘t中，以5-8℃/min升溫至650-670℃，煅燒2-3h，降溫后研磨粉碎，之后用去離子水清洗2-3次，冷凍干燥10-12h，得到管狀生物質(zhì)碳；

17、s1.2：將2-3重量份雙氰胺和1-2重量份硝酸鎳溶解在250-300重量份乙醇溶液中，在78-80℃下攪拌5-8h，之后加入0.2-0.5重量份管狀生物質(zhì)碳，繼續(xù)攪拌24-25h，得到混合溶液；

18、s1.3：將混合溶液置于石英管式爐中，在氮?dú)鈿夥障?，?-8℃/min升溫至1000-1100℃，煅燒保溫1-2h，將煅燒得到的黑色產(chǎn)物置于5-7mol/l硫酸溶液中，在80-85℃攪拌8-10h，然后用去離子水洗滌至中性，真空干燥后得到氮摻雜碳納米管；

19、s1.4：將1-2重量份氮摻雜碳納米管浸入混合溶液中，超聲1-2h，并在室溫下放置10-12h，之后用去離子水洗滌至中性后，在80-90℃下真空干燥20-24h，得到酸化后的氮摻雜碳納米管；

20、s1.5：向2-3重量份14wt％全氟磺酸樹脂-乙醇的分散液中滴加1mol/lkoh-乙醇溶液，調(diào)節(jié)樹脂分散液的ph值至中性，得到全氟磺酸樹脂乙醇分散液，將酸化后的氮摻雜碳納米管與全氟磺酸樹脂乙醇分散液70-80：5-30質(zhì)量比混合后，置于研缽中研磨均勻，之后轉(zhuǎn)移至通入氮?dú)獾墓苁綘t中煅燒，以5-8℃/min升溫至480-500℃，保溫10-12h，得到氟化碳納米管。

21、進(jìn)一步地，步驟s2正極電極極片的制備，具體包括如下步驟：

22、s2.1：將暈苯與ndi-1以摩爾比1:1的比例混合溶解在二氯乙烷中，濃度為6-7mg/ml，將混合溶液分裝在離心管中，設(shè)定轉(zhuǎn)速11000-12000rpm，離心30-40min，將沉淀用無(wú)水乙醇清洗干凈，收集烘干，得到共晶體；

23、s2.2：將8-10重量份共晶體、1-2重量份炭黑、1-2重量份氟化碳納米管和1-2重量份聚偏氟乙烯混合后研磨10-12min，將研磨后混合粉末轉(zhuǎn)移至燒杯中，磁力攪拌下加入10-20重量份n-甲基吡咯烷酮，用封口膜封住燒杯杯口攪拌12-14h形成漿料；

24、s2.3：用刮刀將漿料均勻涂布在鋁箔上，隨后將鋁箔放入真空干燥箱中80-90℃干燥12-14h，干燥之后的鋁箔用切片機(jī)切片后，制備得到正極電極極片。

25、進(jìn)一步地，步驟s3樹枝狀介孔二氧化硅納米顆粒的制備，具體包括如下步驟：

26、s3.1：將0.3-0.5重量份三乙醇胺加入到200-300重量份去離子水中之后加熱至80-85℃攪拌30-40min，然后加入5-8重量份溴化十六烷基三甲銨和3-5重量份水楊酸鈉，攪拌混合1-2h，得到混合溶液；

27、s3.2：將30-40重量份原硅酸四乙酯和3-5重量份乙醇混合后加入到混合溶液中，攪拌反應(yīng)3-4h，之后2000-3000r/min下離心10-12min，將離心后的沉淀用乙醇洗滌2-3次，之后在500-550℃下煅燒6-8h，得到樹枝狀介孔二氧化硅納米顆粒。

28、進(jìn)一步地，步驟s4負(fù)載氧化鈰的二維分級(jí)多孔復(fù)合材料的制備，具體包括如下步驟：

29、s4.1：將0.15-0.2重量份樹枝狀介孔二氧化硅納米顆粒分散在10-12重量份乙醇中，之后加入0.2-0.3重量份二水合乙酸鋅和0.1-0.2重量份六水合硝酸鈰，室溫?cái)嚢杌旌?0-12h，之后置于40-45℃下蒸干，將所得粉末在400-450℃下煅燒3-5h，得到復(fù)合前驅(qū)體；

30、s4.2：將0.3-0.5重量份2-甲基咪唑溶于10-12重量份去離子水中，超聲分散1-2min得到2-甲基咪唑溶液，將0.1-0.2重量份十二烷基硫酸鈉溶于10-12重量份去離子水，超聲分散1-2min得到十二烷基硫酸鈉溶液；

31、s4.3：向十二烷基硫酸鈉溶液中加入0.5-1重量份復(fù)合前驅(qū)體，之后再加入2-甲基咪唑溶液，攪拌混合10-15s，將混合液密封于菌種瓶中，在26-28℃下反應(yīng)20-24h，之后進(jìn)行7000-8000r/min離心，得到反應(yīng)產(chǎn)物；

32、s4.4：將反應(yīng)產(chǎn)物用甲醇洗滌2-3次，之后再用去離子水洗滌2-3次后置于乙醇中保持20-24h，最后將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行干燥處理，得到負(fù)載氧化鈰的二維分級(jí)多孔復(fù)合材料。

33、進(jìn)一步地，步驟s5負(fù)極電極極片的制備，具體包括如下步驟：

34、s5.1：將8-10重量份負(fù)載氧化鈰的二維分級(jí)多孔復(fù)合材料、3-4重量份炭黑、1-2重量份氟化碳納米管和1-2重量份聚偏氟乙烯混合后研磨10-12min，將研磨后混合粉末轉(zhuǎn)移至燒杯中，磁力攪拌下加入10-20重量份n-甲基吡咯烷酮，用封口膜封住燒杯杯口攪拌12-14h形成漿料；

35、s5.2：用刮刀將漿料均勻涂布在銅箔上，隨后將銅箔放入真空干燥箱中80-90℃干燥12-14h，干燥之后的銅箔用切片機(jī)切片后，制備得到負(fù)極電極極片。

36、進(jìn)一步地，步驟s6鋰電池的組裝，具體包括如下步驟：

37、s6.1：將正極電極極片、負(fù)極電極極片、涂覆隔膜采用z字形疊片結(jié)構(gòu)制成電芯，疊片正、負(fù)極極耳位于電芯異側(cè)，疊片體最外圈采用電芯體上下兩面負(fù)極電極極片收尾的結(jié)構(gòu)，得到電芯體；

38、s6.2：電芯體經(jīng)過(guò)烘烤、超聲焊接、頂側(cè)封裝、烘烤、注電解液、靜置、壓力化成、老化、排氣二封、分容工序制備出鋰離子電池。

39、進(jìn)一步地，步驟s1.4中的混合溶液為濃硝酸和濃硫酸按體積比1：3-4混合得到的。

40、進(jìn)一步地，步驟s6.1中隔膜為celgard2400聚合物隔膜。

41、一種快充快放型鋰電池，由上述任一項(xiàng)所述的一種快充快放型鋰電池的制備方法所制備得到的。

42、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有如下有益效果：

43、1、本發(fā)明制備了共晶體加入到電池正極電極極片的制備中，共晶體具有疏松的骨架，其中大量的空隙為鋰離子的嵌入和脫嵌提供有效的運(yùn)輸路徑，使得鋰離子在電極中的遷移更加順暢，減少了傳輸阻力，提高了離子傳輸速率，從而提升電池的充放電性能，特別是在高倍率充放電條件下，能夠有效減少電池的極化現(xiàn)象，提高電池的功率輸出，疏松的骨架結(jié)構(gòu)還可以增加電極與電解液的接觸面積，使更多的鋰離子能夠參與反應(yīng)，進(jìn)一步提高電池的容量和能量密度。

44、2、本發(fā)明在制備電池正極電極極片中加入了氟化碳納米管和共晶體，共晶體的疏松骨架可以緩沖鋰離子嵌入和脫嵌過(guò)程中引起的體積變化，氟化碳納米管具有高導(dǎo)電性和良好的機(jī)械強(qiáng)度，可以在電極中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，為鋰離子和電子的傳輸提供快速通道，同時(shí)可以作為支撐結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)電極的機(jī)械強(qiáng)度，能夠承受電極在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力，防止電極變形和破裂，共晶體提供的大量鋰離子傳輸路徑和氟化碳納米管的高導(dǎo)電性可以增加電極的可逆容量，共晶體和氟化碳納米管的復(fù)合可以降低電池的內(nèi)阻，減少電池在充放電過(guò)程中的發(fā)熱，因此共晶體和氟化碳納米管的協(xié)同作用可以提高電極的容量和循環(huán)壽命，同時(shí)增強(qiáng)電極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高電池的性能和安全性。

45、3、本發(fā)明通過(guò)以樹枝狀介孔二氧化硅納米顆粒作為硅基底，在其中負(fù)載金屬有機(jī)框架，同時(shí)利用十二烷基硫酸鈉為導(dǎo)向劑軟模板，精準(zhǔn)調(diào)控，制備得到二維分級(jí)多孔復(fù)合材料，并對(duì)其進(jìn)行氧化鈰的負(fù)載，介孔二氧化硅本身具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性，在電池充放電過(guò)程中，能夠承受電極材料的體積變化，減少材料的粉化和脫落現(xiàn)象，在復(fù)合材料的合成過(guò)程中，十二烷基硫酸鈉的親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)可以分別與不同的反應(yīng)物相互作用，使得材料在二維方向上生長(zhǎng)，形成二維的分層結(jié)構(gòu)，可以使離子在層間更容易擴(kuò)散，相比于無(wú)序結(jié)構(gòu)，離子在二維分層結(jié)構(gòu)中的傳輸路徑更加規(guī)則和短捷，從而提高電池的快充性能，而當(dāng)電池過(guò)度充電或過(guò)度放電時(shí)，負(fù)載的氧化鈰可以通過(guò)自身的氧化還原反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)電極表面的電荷狀態(tài)，抑制電極材料的結(jié)構(gòu)破壞，從而提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

46、4、本發(fā)明通過(guò)香蒲草蒲絨制備氟化碳納米管，蒲草蒲絨是一種天然材料，其纖維結(jié)構(gòu)中含有大量的空隙和微孔，香蒲草蒲絨的天然結(jié)構(gòu)有助于簡(jiǎn)化氟化碳納米管的制備過(guò)程，減少能耗，同時(shí)香蒲草蒲絨的纖維結(jié)構(gòu)可以作為天然模板，有助于形成均勻分布的多孔結(jié)構(gòu)，而多孔結(jié)構(gòu)有助于提高氟化碳納米管的比表面積，從而提高鋰離子遷移擴(kuò)散速率，而且有效增加了與電解液接觸的電化學(xué)反應(yīng)活性面積，從而提高了電池的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率。

47、5、本發(fā)明通過(guò)制備氮摻雜碳納米管之后再進(jìn)行酸化，酸化過(guò)程能夠使碳管表面產(chǎn)生缺陷，同時(shí)引入羥基和羧基等官能團(tuán)，從而進(jìn)行氟原子摻雜，繼而實(shí)現(xiàn)氮原子和氟原子的雙摻雜，氮摻雜可以提高碳納米管導(dǎo)電性，氟原子的電負(fù)性強(qiáng)，也可以提高碳納米管的導(dǎo)電性，同時(shí)極性較高的含氟碳表面對(duì)電解液具有更強(qiáng)的親和性和潤(rùn)濕性，能夠促進(jìn)電解液更好地滲透，使得鋰離子在電極和電解液之間的遷移通道更加暢通，減少了離子傳輸過(guò)程中的阻力，鋰離子可以更快速地在正負(fù)極之間移動(dòng)，從而提高電池的充放電速率和功率性能，利于電池的快充快放。