一种高容量和高倍率圆柱型锂离子电池及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高容量和高倍率圆柱型锂离子电池及其制备方法 (High-capacity and high-magnification cylindrical lithium ion battery and preparation method thereof ) 是由 易旭 廖寄乔 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高容量和高倍率圆柱型锂离子电池及其制备方法。圆柱型锂离子电池的制备过程为：将三元正极材料与导电剂等制成正极材料浆料,以及将氧化亚硅/石墨复合负极材料与导电浆等制成负极材料浆料,将正极材料浆料和负极材料浆料分别对箔材进行双面涂布,得到正极极片和负极极片；对正极极片和负极极片依次进行辊压、裁剪、制片和卷绕,得到半成品电芯；将半成品电芯进行入壳、组装,注入电解液,再进行焊接和盖帽,最后进行化成、老化及分容处理,得到成品电芯,该圆柱型锂离子电池能够同时满足高容量和高倍率等性能,克服了现有的圆柱锂离子电池存在的缺陷。(The invention discloses a cylindrical lithium ion battery with high capacity and high multiplying power and a preparation method thereof. The preparation process of the cylindrical lithium ion battery comprises the following steps: preparing a ternary positive electrode material, a conductive agent and the like into positive electrode material slurry, preparing a silicon oxide/graphite composite negative electrode material, a conductive slurry and the like into negative electrode material slurry, and respectively coating the foil with the positive electrode material slurry and the negative electrode material slurry on two sides to obtain a positive electrode piece and a negative electrode piece; sequentially rolling, cutting, preparing a sheet and winding the positive pole piece and the negative pole piece to obtain a semi-finished product battery cell; the cylindrical lithium ion battery can simultaneously meet the performances of high capacity, high multiplying power and the like, and overcomes the defects of the conventional cylindrical lithium ion battery.)
技术领域
本发明涉及一种圆柱型锂离子电池及其制备方法，具体涉及一种高容量、高倍率的圆柱型锂离子电池及其制备方法，属于锂电池技术领域。
背景技术
近年来，随着电动工具市场的兴起，应用市场的拓宽，其对锂电池的要求也越来越高，尤其是放电容量和倍率性能。目前，较成熟且已商业化的圆柱锂离子电池为18650-2000mAh，其能满足的最大持续循环放电倍率为8C，但是存在单次放电时间短等问题，客户体验感差，严重阻碍电动工具的市场发展。而圆柱锂离子电池18650-2500mAh的单次使用时间虽然有所提升，但是其最大持续循环放电倍率仅为5C，存在动力不足等问题，难以同时实现高容量和高倍率等特点。
发明内容
针对现有圆柱锂离子电池18650-2000mAh及18650-2500mAh存在的技术问题，本发明的第一个目的旨在提供一种圆柱型锂离子电池，该圆柱型锂离子电池能够同时满足高容量和高倍率等性能，具有广泛的应用前景。
本发明的第二个目的是在于提供一种高容量和高倍率圆柱型锂离子电池的制备方法，该方法是在传统的圆柱型锂离子电池的成熟工艺上进行简单改进，成本低，满足工业生产要求。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种高容量和高倍率圆柱型锂离子电池的制备方法，该方法包含以下步骤:
1)将三元正极材料与粘结剂和导电剂制成正极材料浆料，以及将氧化亚硅/石墨复合负极材料、粘结剂、导电浆及分散剂制成负极材料浆料；所述导电剂由KS-6和/或CNTs与SP组成；所述导电浆由CNTs与SP分散在水中得到；
2)将正极材料浆料对箔材进行双面涂布，得到正极极片；以及将负极材料浆料对箔材进行双面涂布，得到负极极片；
3)对正极极片和负极极片依次进行辊压、裁剪、制片和卷绕，得到半成品电芯；
4)将半成品电芯进行入壳、组装，注入电解液，再进行焊接和盖帽，最后进行化成、老化及分容处理，得到成品电芯。
本发明在负极极片制备过程中采用了特殊的导电浆，导电浆主要活性成分为CNTs(碳纳米管)与SP(导电碳黑)，两者组合使用可在氧化亚硅/石墨复合负极材料颗粒周围形成有效的立体导电网络，一方面，可改善加工性能，使负极极片易于辊压，且有助于提升压实密度和缓和极片反弹，降低极片反弹率，得到的负极极片具有表面结构完整，基本无掉粉和极片开裂等特点；另一方面，可以提升极片的电导率，提升倍率性能，同时也可以有效抑制硅负极在充电时存在的体积膨胀，提升倍率性能。
作为一个优选的方案，所述三元正极材料为NCM622，或者为NCM523和NCM811的混合物。
作为一个优选的方案，所述氧化亚硅/石墨复合负极材料由氧化亚硅纳米颗粒负载在石墨上构成；其中，氧化亚硅与石墨的质量百分比组成为6.0％～12％:88.0％～94.0％。最优选为10.0％:90.0％。氧化亚硅/石墨复合负极材料是由氧化亚硅纳米颗粒与石墨材料通过机械混合得到，如通过研磨或球磨等机械手段混合。氧化亚硅纳米颗粒与石墨材料都是市面上常见的市售产品。
作为一个优选的方案，所述导电剂由KS-6(大颗粒石墨粉)和/或CNTs与SP按照质量比3～5:1组成，最优选为4:1。将管状结构的CNTs与颗粒状的SP按适当比例组合使用，有利于形成高效的点-面导电网络。
作为一个优选的方案，所述导电浆由SP和CNTs按质量比1:3～5分散在水中得到，固含量为4.0～6.0％。SP和CNTs质量比最优选为1:4。固含量最优选为5.0％。如果SP添加量过少，导致的电池容量下降，而SP添加量过多，导致的电池倍率性能下降。
作为一个优选的方案，所述正极材料浆料的固含量为75.0±1.5％，粘度为6000±1000MPa.s。
作为一个优选的方案，三元正极材料与粘结剂和导电剂的质量百分比组成为95.0％～97.0％:1.0％～1.5％:1.5％～4.0％(总质量为100％)，最优选为96.3％:1.2％:2.5％。粘结剂为行业内常见的正极中使用的粘结剂，如聚偏氟乙烯(PVDF)等。
作为一个优选的方案，所述负极材料浆料的固含量为50.0±1.5％，粘度为3000±1000MPa.s。
作为一个优选的方案，氧化亚硅/石墨复合负极材料、粘结剂、导电浆及分散剂的质量百分比组成为94.0％～96.0％:1.0％～1.5％:1％～2.0％:1.5％～3.0％(总质量为100％)，最优选为95.0％:1.2％:1.5％:2.3％。粘结剂为行业内常见的负极中使用的粘结剂，如羧甲基纤维素钠(CMC)；所述分散剂为高分子水系分散剂，具体如SBR(丁苯橡胶)或PAA(聚丙烯酸)。
作为一个优选的方案，所述箔材为铝箔或铜箔，其中，正极极片采用厚度在15±1μm范围内的铝箔，负极极片采用厚度在10±1μm范围内的铜箔。
作为一个优选的方案，正极材料浆料对箔材进行双面涂布的过程为：先进行单面涂布，再进行双面涂布，最后进行干燥；其中，单面涂长在890～895mm范围内，留白间隙为12±1mm，涂宽为352±1mm，面密度为1.72±0.05g/dm2；双面涂长在890～895mm范围内，留白间隙为12±1mm，涂宽为352±1mm，面密度为1.72±0.05g/dm2，双面长度方向的对气度为±0.5mm，干燥温度为90～130℃。
作为一个优选的方案，负极材料浆料对箔材进行双面涂布的过程为：先进行单面涂布，再进行双面涂布，最后进行干燥；其中，单面涂长在962～967mm范围内，留白间隙为34±1mm，涂宽为352±1mm，面密度为0.619～0.649g/dm2；双面涂长在907～912mm范围内，留白间隙为88±1mm，涂宽为362±1mm，面密度为0.619～0.649g/dm2，双面长度方向的对气度为±0.5mm，干燥温度为90～130℃。
本发明对正负极的设计进行了改进，主要是通过降低正负极的面密度来，减少正负极极片的厚度，从而可以改善锂离子在充放电过程中的迁移阻力，降低电芯的本征内阻，使其具有高倍率持续循环稳定性。
作为一个优选的方案，正极极片经过辊压后压实密度为3.3±0.1g/cm3，厚度为118±2μm。
作为一个优选的方案，负极极片经过辊压后压实密度为1.55±0.1g/cm3，厚度为(90～94)±2μm。
本发明还提供了一种高容量和高倍率圆柱型锂离子电池，其由所述制备方法得到。
本发明的圆柱型锂离子电池采用18650圆柱结构，由正极极片、负极极片、电解液、隔膜等主材及铜箔、铝箔、极耳、外壳等辅材组成。本发明的圆柱型锂离子电池关键是在于进行以下改进：一方面，使用了高容量的氧化亚硅/石墨复合负极材料，同时搭配使用了特殊的二元复合导电剂体系，再结合对极片的低面密度和长涂布距离设计，能够得到高容量、高倍率的圆柱型锂离子电池，具有放电容量高、高倍率持续循环性能优异，内阻小、放电温升小，安全性能优异等特点。
本发明提供的一种圆柱型锂离子电池的具体制备方法，包含以下步骤:
步骤1)正负极浆料制备：
正极制浆：将三元正极材料、粘结剂及导电剂按一定比例加入到搅拌罐中进行干混搅拌，搅拌一定时间后，按照设计要求的固含量，加入部分NMP溶剂至搅拌罐中进行预分散搅拌，一定时间后再加入剩余NMP，真空条件下进行分散搅拌直至浆料粘度合格，最后真空消泡，浆料慢搅至涂布步骤；其中，三元正极材料可以选自NCM622或NCM523和NCM811的混合物，其扣式电池0.2C放电克容量为155～165mAh/g；所述粘结剂选用聚偏氟乙烯(PVDF)材料；所述的导电剂选用KS-6/SP(4:1)的混合物或SP/CNTs(1:4)的混合物，三元正极材料、导电剂及PVDF按照组成为96.3wt％:1.2wt％:2.5wt％进行；所述浆料的固含量控制在75.0±1.5wt％之间；所述浆料的粘度控制在6000±1000MPa.s范围间；所述干混搅拌的公转转速为15～30rpm，自转转速为500～1000rpm，时间为5～60min；所述预分散搅拌的公转搅拌速率为5～60rpm，自转转速为500～1500rpm，时间为60～120min；所述分散搅拌的公转搅拌速率为30～60rpm，自转转速为1000～3000rpm，时间为60～180min，真空度≤-95KPa；所述慢转真空消泡是在真空度≤-95KPa和公转转速15rpm条件下，进行反转搅拌来消泡。
负极制浆：首先将负极材料、粘结剂、导电浆按一定比例加入到搅拌罐中进行干混搅拌，一定时间后，按照设计要求的固含量，加入部分纯水进行预捏合搅拌分散，一定时间后再加入剩余的纯水，真空条件下进行水分散搅拌，一定时间后再加入高分子水系分散液，真空条件下进行分散搅拌直至浆料粘度合格，最后真空消泡，浆料慢搅至涂布步骤；其中，负极材料选自扣电池0.2C放电克容量≥450mAh/g的氧化亚硅/石墨复合负极材料，其由10.0wt％的氧化亚硅和90wt％的石墨组成；所述导电浆选用SP/CNTs(1:4)的二元复合导电浆料，其以水为溶剂，SP和CNTs含量分别为1.0wt％和4.0wt％；所述粘结剂为羧甲基纤维素钠(CMC)；所用的纯水为电阻率接近18.0MΩ*cm(25℃)的超纯水；所述分散剂为SBR或PAA分散液；负极材料、CMC、导电剂及分散剂按照组成为95.0wt％:1.2wt％:1.5wt％:2.3wt％进行；所述浆料的固含量控制在50.0±1.5wt％之间，粘度控制在3000±1000MPa.s范围间；所述干混搅拌的公转转速为10～30rpm，自转转速为500～1500rpm，时间为5～60min；所述预捏合搅拌的公转搅拌速率为5～20rpm，自转转速为0rpm，时间为30～150min；所述水分散搅拌的公转搅拌速率为20～35rpm，自转转速为1000～3000rpm，时间为90～180min，真空度≤-95KPa；所述分散搅拌的公转搅拌速率为20～35rpm，自转转速为500～2000rpm，时间为30～60min，真空度≤-95KPa；所述真空消泡是在真空度≤-95KPa和公转转速15rpm的条件下，进行15～30min的反转搅拌来消泡。
步骤2)正/负极涂布：
涂布作业前，先对涂布机的钢辊、胶辊、过辊、工作台面、底部挡板及侧挡板、搅拌杆进行清洁，确保涂布用的箔材表面无凹凸点破裂及胶带等异物；然后开启设备电源，在完成箔材纠偏后，开始正式涂布，根据单面涂布设计要求，通过操作界面调整涂长、涂宽、留白间隙及面密度等参数，使极片达到设计工艺要求值，经一定温度的烘烤后，完成单面涂布；单面涂布完成后极片转移置机头，再根据双面涂布设计要求，完成双面涂布；其中，正极涂布所选用的箔材为厚15±1μm的铝箔；所述单面涂长在890～895mm范围内，留白间隙为12±1mm，涂宽为352±1mm，面密度为1.72±0.05g/dm2；所述的双面涂长在890～895mm范围内，留白间隙为12±1mm，涂宽为352±1mm，面密度为1.72±0.05g/dm2，双面长度方向的对气度为±0.5mm；所述的涂布速度为1.5～4.0m/min；所述干燥温度控制在90～130℃之间；负极涂布所选用的箔材为厚10±1μm的铜箔；所述单面涂长在962～967mm范围间，留白间隙为34±1mm，涂宽为362±1mm，面密度为0.619～0.649g/dm2之间；所述的双面涂长在907～912mm范围间，留白间隙为88±1mm，涂宽为362±1mm，面密度为0.619～0.649g/dm2之间，双面长度方向的对气度为±0.5mm；所述的涂布速度为1.5～5.0m/min；所述的干燥温度控制在90～130℃之间。
步骤3)正/负极极片对辊：
将正/负极极片，在辊压机中进行辊压处理，利用千分尺测量对辊后极片进行厚度测量，通过调整设备压力值来实现工艺要求的极片压实密度及厚度值；其中，正极极片辊压后的压实密度为3.3±0.1g/cm3，对应的极片厚度为118±2μm；负极极片辊压后的压实密度为1.55±0.1g/cm3，对应的极片厚度为(90～94)±2m；
步骤4)正/负极分切：
将辊压后的极片，按照工艺设计的要求，进行尺寸的裁剪；正极极片分切裁剪后尺寸为57.0±0.5mm，负极极片分切裁剪后尺寸为59.0±0.5mm；
步骤5)正/负极制片：
将正/负极极片按照设计要求进行极耳焊接作业，焊印必须居中于极耳面，不能有焊歪焊偏等情况；制片完成后，转入烤箱进行真空干燥，一定时间后转入卷绕工序；其中，正极极片极耳焊接要求为焊印数为1个，焊印25.0mm，焊印宽为3.0mm，极耳外漏长度16.0mm，极耳落箔材区域长度为40.0mm，极耳下端距极片边缘距离为17.0mm，极耳边缘距就近料边缘宽度为4.0mm，极耳侧保护胶外露长度为1.5mm，极耳侧距保护胶边缘宽度为5.5mm；所述的负极极片内圈极耳焊接要求为焊印数为4个，焊印3.0mm，焊印宽为3.0mm，极耳外漏长度7.0mm，极耳落箔材区域长度为41.0mm，极耳下端距极片边缘距离为18.0mm，极耳边缘距就近料边缘宽度为4.0mm，极耳侧保护胶外露长度为1.0mm，极耳侧距保护胶边缘宽度为3.5mm；负极极片外圈极耳焊接要求为焊印数为4个，焊印3.0mm，焊印宽为3.0mm，极耳外漏长度15.0mm，极耳落箔材区域长度为41.0mm，极耳下端距极片边缘距离为18.0mm，极耳边缘距就近料边缘宽度为9.3mm，极耳侧保护胶外露长度为1.0mm，极耳侧距保护胶边缘宽度为3.0mm；所述的真空干燥的真空度≤-95KPa，所述温度为80℃，所述时间为8小时；
步骤6)卷绕：
在环境湿度≦0.5％，温度在25±5℃条件下进行作业，按照预卷绕模式，调试好卷绕参数，确保步骤5中的正、负极极片和隔膜在同一中心线上后，在进行卷绕作业，得到半成品电芯；卷绕关键参数为里圈隔膜预卷圈数为8圈，外圈隔膜卷绕圈数为0.5圈，卷针直径为3.5mm，有效卷针直径为4.008mm，上下侧负极超正极料宽度为1mm，上下侧隔膜超负极料宽度为0.75mm，内圈负极超正极料长度为4.0mm，外圈负极超正极料长度为6.0mm；
步骤7)装配：
将半成品电芯进行入壳、组装，然后在干燥箱中真空干燥一段时间后进行注液，其在真空条件下，注入一定重量的电解液，注液量为5.0～6.0g范围间，更优选为5.5～5.8g范围间；注液完成后进行焊接和盖帽，最后利用酒精将钢壳表面的残留电解液清洗掉后，进行风干；
步骤8)电芯化成、老化、分容：将电芯进行化成、老化及分容处理，获得成品电芯；化成步骤为第一步：静置5分钟，再150mA恒流充电至3.0；第二步：静置10分钟，再300mA恒流充电至3.4V；第三步：静置10分钟，再600mA恒流充电至3.85V，结束老化；所述老化步骤为45℃恒温下，保温48小时后结束老化；所述分容步骤为第一步:静置5分钟，再900mA恒流充电至4.2V，转恒压充电至电流≤60mA；第二步:静置10分钟，再600mA恒流放电至2.75V；第三步:静置10分钟，再900mA恒流充电100分钟，结束分容，电芯制备完成。
对比现有技术，本发明技术方案具有的优势如下:
1)本发明的圆柱型锂离子电池在确保高容量不变的基础上，通过降低正负极面密度的方式，减少正负极极片的厚度，从而可以改善锂离子在充放电过程中的迁移阻力，降低了电芯的本征内阻，在高倍率持续循环下的电芯温升不超过65℃，电芯具有优异的安全性能；
2)本发明的圆柱型锂离子电池通过采用特殊的复合二元导电浆料，可在氧化亚硅/石墨复合负极下来粉体颗粒周围形成有效的立体导电网络，一方面，可改善加工性能，使负极极片易于辊压，且有助于提升压实密度和缓和极片反弹，降低极片反弹率，制备的负极极片具有表面结构完整，基本无掉粉和极片开裂等特点；另一方面，可以提升极片的电导率，提升倍率性能，同时也可以有效抑制硅负极在充电时存在的体积膨胀，提升倍率性能。
3)本发明的圆柱型锂离子电池制备工艺成熟，成本低，有利于大规模生产。
附图说明
图1为正极极片的示意图。
图2为负极极片的示意图。
图3为实施例2制备的负极极片SEM图谱(常温，1C充/8C放循环250周)。
图4为实施例2制备的负极极片EDS能谱(常温，1C充/8C放循环250周)。
图5为实施例2制备的2600mAh-18650圆柱电池1C充/8C放循环性能曲线图。
图6为实施例2制备的2600mAh-18650圆柱电池倍率性能曲线图。
图7为实施例3制备的2600mAh-18650圆柱电池8C倍率下的内阻-温升曲线图。
具体实施方式
为更进一步了解本发明内容，下面通过具体实施方式对本发明内容作进一步详细阐述，以帮助相关领域的技术工作者更好的理解本发明的构思、技术方案，但是以下具体实施不对本发明权利要求的范围进行限制。
实施例1
一种高容量、高倍率的圆柱型锂离子电池的制备步骤如下：
步骤1)正极浆料制备：
正极制浆：将NCM622、KS-6/SP(4:1)及粘结剂按96.3wt％:1.2wt％:2.5wt％进行配比，其中NCM622扣电池0.2C放电容量为157±1mAh/g，固含量设计值为75wt％；首先在公转转速25rpm，自转转速500rpm，时间30min条件下进行干混；然后加入适量的NMP溶剂(占设计用量的67.2％)，在公转转速60rpm，自转转速1000rpm，时间80min条件下进行预分散搅拌；再加入适量的NMP溶剂(占设计用量的67.2％)，在公转转速45rpm，自转转速2500rpm，时间120min，-95KPa真空条件下进行分散搅拌；最后在公转转速15rpm的条件下，进行慢转真空消泡，至涂布步骤。
负极制浆：将扣电池0.1C放电容量为450±1mAh/g的氧化亚硅/石墨复合负极(10％:90％)、CMC及SP/CNTs(1:4)复合导电浆(固含量5％)按95.0wt％:1.2wt％:1.5wt％进行配比，固含量设计值为50.0wt％；首先在公转转速25rpm，自转转速1000rpm，时间15min条件下进行混合；然后加入适量的水(加入量占设计用水量的50％)，在公转转速15rpm，自转转速0rpm，时间60min条件下进行预捏合搅拌；依次加入适量的水(加入量占设计用水量的50％)，在公转转速30rpm，自转转速2500rpm，时间60min，-95KPa真空条件下进行水分散搅拌；再加入2.3wt％的SBR，在公转转速30rpm，自转转速1500rpm，时间30min，-95KPa真空条件下进行分散搅拌；最后在公转转速15rpm的条件下，进行慢转真空消泡，至涂布步骤。
步骤2)正/负极涂布：涂布作业前，先对涂布机的钢辊、胶辊、过辊、工作台面、底部挡板及侧挡板、搅拌杆进行清洁，确保涂布用的箔材表面无凹凸点破裂及胶带等异物；然后开启设备电源，在完成箔材纠偏后，开始正式涂布，完成正负极单双面涂布。正极涂布用铝箔厚度为15μm，单双面涂长为895±1mm，留白间隙为12±1mm，涂宽为352±1mm，面密度为1.72±0.05g/dm2，双面长度方向的对气度为±0.5mm；单双面涂布速度为3.5m/min，干燥温度控制在90～130℃之间；负极涂布用铜箔厚度为10μm，单面涂长为967±1mm，留白间隙为34±1mm，涂宽为362±1mm，面密度为0.619g/dm2(N/P比＝1.03)；双面涂长为912±1mm，留白间隙为88±1mm，涂宽为362±1mm，面密度为0.619g/dm2，双面长度方向的对气度为±0.5mm；单双面涂布速度为4.0m/min，干燥温度控制在90～130℃之间。
步骤3)正/负极极片对辊：将步骤2)中的正负极极片，在辊压机中进行辊压处理，利用千分尺测量对辊后极片进行厚度测量，通过调整设备压力值来实现工艺要求的极片压实密度及厚度值。所用正极极片辊压后的压实密度为3.3±0.1g/cm3，对应的极片厚度为118±2μm；所用负极极片辊压后的压实密度为1.55±0.1g/cm3，对应的极片厚度为90±2μm。
步骤4)正/负极分切：将步骤3)中辊压后的极片，按照工艺设计的要求，进行尺寸的裁剪；正极极片分切裁剪后尺寸为57.0±0.5mm，负极极片分切裁剪后尺寸为59.0±0.5mm。
步骤5)正/负极制片：利用步骤4)中的正/负极极片，按照设计要求进行极耳焊接作业；制片完成后，然后在≤-95KPa，80℃条件下，烘烤8小时后转入卷绕工序。其中正极极片极耳焊接要求为焊印数为1个，焊印25.0mm，焊印宽为3.0mm，极耳外漏长度16.0mm，极耳落箔材区域长度为40.0mm，极耳下端距极片边缘距离为17.0mm，极耳边缘距就近料边缘宽度为4.0mm，极耳侧保护胶外露长度为1.5mm，极耳侧距保护胶边缘宽度为5.5mm；负极极片内圈极耳焊接要求为焊印数为4个，焊印3.0mm，焊印宽为3.0mm，极耳外漏长度7.0mm，极耳落箔材区域长度为41.0mm，极耳下端距极片边缘距离为18.0mm，极耳边缘距就近料边缘宽度为4.0mm，极耳侧保护胶外露长度为1.0mm，极耳侧距保护胶边缘宽度为3.5mm；负极极片外圈极耳焊接要求为焊印数为4个，焊印3.0mm，焊印宽为3.0mm，极耳外漏长度15.0mm，极耳落箔材区域长度为41.0mm，极耳下端距极片边缘距离为18.0mm，极耳边缘距就近料边缘宽度为9.3mm，极耳侧保护胶外露长度为1.0mm，极耳侧距保护胶边缘宽度为3.0mm。
步骤6)卷绕：在环境湿度≦0.5％，温度在25±5℃条件下进行作业，按照预卷绕模式，调试好卷绕参数，确保步骤5中的正、负极极片和隔膜在同一中心线上后，在进行卷绕作业，完成半成品电芯制备。其中卷绕关键参数中里圈隔膜预卷圈数为8圈，外圈隔膜卷绕圈数为0.5圈，卷针直径为3.5mm，有效卷针直径为4.008mm，上下侧负极超正极料宽度为1mm，上下侧隔膜超负极料宽度为0.75mm，内圈负极超正极料长度为4.0mm，外圈负极超正极料长度为6.0mm。
步骤7)装配：将步骤6)中的半成品电芯进行入壳、组装，然后在干燥箱中真空干燥一段时间后进行注液，其在真空条件下，注入5.7g的电解液；注液完成后进行焊接和盖帽，最后利用酒精将钢壳表面的残留电解液清洗掉后，进行风干。
步骤8)电芯化成、老化、分容：将步骤7)中的电芯进行化成、老化及分容处理，完成电芯的制备。其中化成步骤为第一步：静置5分钟，再150mA恒流充电至3.0；第二步：静置10分钟，再300mA恒流充电至3.4V；第三步：静置10分钟，再600mA恒流充电至3.85V，结束老化；老化步骤为45℃恒温下，保温48小时后结束老化；所分容步骤为第一步：静置5分钟，再900mA恒流充电至4.2V，转恒压充电至电流≤60mA；第二步：静置10分钟，再600mA恒流放电至2.75V；第三步:静置10分钟，再900mA恒流充电100分钟，结束分容，电芯制备完成；最后进行电芯性能测试。
实施例2:
一种高容量、高倍率的圆柱型锂离子电池的制备步骤如下：
步骤1)正极浆料制备：
正极制浆：将NCM622、KS-6/SP(4:1)及粘结剂按96.3wt％:1.2wt％:2.5wt％进行配比，其中NCM622扣电池0.2C放电容量为157±1mAh/g，固含量设计值为75wt％；首先在公转转速25rpm，自转转速500rpm，时间30min条件下进行干混；然后加入适量的NMP溶剂(占设计用量的67.2％)，在公转转速60rpm，自转转速1000rpm，时间80min条件下进行预分散搅拌；再加入适量的NMP溶剂(占设计用量的67.2％)，在公转转速45rpm，自转转速2500rpm，时间120min，
-95KPa真空条件下进行分散搅拌；最后在公转转速15rpm的条件下，进行慢转真空消泡，至涂布步骤。
负极制浆：将扣电池0.1C放电容量为450±1mAh/g的氧化亚硅/石墨复合负极(10％:90％)、CMC及SP/CNTs(1:4)复合导电浆(固含量5％)按95.0wt％:1.2wt％:1.5wt％进行配比，固含量设计值为50.0wt％；首先在公转转速25rpm，自转转速1000rpm，时间15min条件下进行混合；然后加入适量的水(加入量占设计用水量的50％)，在公转转速15rpm，自转转速0rpm，时间60min条件下进行预捏合搅拌；依次加入适量的水(加入量占设计用水量的50％)，在公转转速30rpm，自转转速2500rpm，时间60min，-95KPa真空条件下进行水分散搅拌；再加入2.3wt％的SBR，在公转转速30rpm，自转转速1500rpm，时间30min，-95KPa真空条件下进行分散搅拌；最后在公转转速15rpm的条件下，进行慢转真空消泡，至涂布步骤。
步骤2)正/负极涂布：涂布作业前，先对涂布机的钢辊、胶辊、过辊、工作台面、底部挡板及侧挡板、搅拌杆进行清洁，确保涂布用的箔材表面无凹凸点破裂及胶带等异物；然后开启设备电源，在完成箔材纠偏后，开始正式涂布，完成正负极单双面涂布。正极涂布用铝箔厚度为15μm，单双面涂长为894±1mm，留白间隙为12±1mm，涂宽为352±1mm，面密度为1.72±0.05g/dm2，双面长度方向的对气度为±0.5mm；单双面涂布速度为3.5m/min，干燥温度控制在90～130℃之间；负极涂布用铜箔厚度为10μm，单面涂长为966±1mm，留白间隙为34±1mm，涂宽为362±1mm，面密度为0.637g/dm2(N/P比＝1.06)；双面涂长为911±1mm，留白间隙为88±1mm，涂宽为362±1mm，面密度为0.637/dm2，双面长度方向的对气度为±0.5mm；单双面涂布速度为4.0m/min，干燥温度控制在90～130℃之间。
步骤3)正/负极极片对辊：将步骤2)中的正负极极片，在辊压机中进行辊压处理，利用千分尺测量对辊后极片进行厚度测量，通过调整设备压力值来实现工艺要求的极片压实密度及厚度值。所用正极极片辊压后的压实密度为3.3±0.1g/cm3，对应的极片厚度为118±2μm；所用负极极片辊压后的压实密度为1.55±0.1g/cm3，对应的极片厚度为92±2μm。
步骤4)正/负极分切:将步骤3)中辊压后的极片，按照工艺设计的要求，进行尺寸的裁剪；正极极片分切裁剪后尺寸为57.0±0.5mm，负极极片分切裁剪后尺寸为59.0±0.5mm。
步骤5)正/负极制片:利用步骤4)中的正/负极极片，按照设计要求进行极耳焊接作业；制片完成后，然后在≤-95KPa，80℃条件下，烘烤8小时后转入卷绕工序。其中正极极片极耳焊接要求为焊印数为1个，焊印25.0mm，焊印宽为3.0mm，极耳外漏长度16.0mm，极耳落箔材区域长度为40.0mm，极耳下端距极片边缘距离为17.0mm，极耳边缘距就近料边缘宽度为4.0mm，极耳侧保护胶外露长度为1.5mm，极耳侧距保护胶边缘宽度为5.5mm；负极极片内圈极耳焊接要求为焊印数为4个，焊印3.0mm，焊印宽为3.0mm，极耳外漏长度7.0mm，极耳落箔材区域长度为41.0mm，极耳下端距极片边缘距离为18.0mm，极耳边缘距就近料边缘宽度为4.0mm，极耳侧保护胶外露长度为1.0mm，极耳侧距保护胶边缘宽度为3.5mm；负极极片外圈极耳焊接要求为焊印数为4个，焊印3.0mm，焊印宽为3.0mm，极耳外漏长度15.0mm，极耳落箔材区域长度为41.0mm，极耳下端距极片边缘距离为18.0mm，极耳边缘距就近料边缘宽度为9.3mm，极耳侧保护胶外露长度为1.0mm，极耳侧距保护胶边缘宽度为3.0mm。
步骤6)卷绕：在环境湿度≦0.5％，温度在25±5℃条件下进行作业，按照预卷绕模式，调试好卷绕参数，确保步骤5)中的正、负极极片和隔膜在同一中心线上后，在进行卷绕作业，完成半成品电芯制备。其中卷绕关键参数中里圈隔膜预卷圈数为8圈，外圈隔膜卷绕圈数为0.5圈，卷针直径为3.5mm，有效卷针直径为4.008mm，上下侧负极超正极料宽度为1mm，上下侧隔膜超负极料宽度为0.75mm，内圈负极超正极料长度为4.0mm，外圈负极超正极料长度为6.0mm。
步骤7)装配:将步骤6)中的半成品电芯进行入壳、组装，然后在干燥箱中真空干燥一段时间后进行注液，其在真空条件下，注入5.7g的电解液；注液完成后进行焊接和盖帽，最后利用酒精将钢壳表面的残留电解液清洗掉后，进行风干。
步骤8)电芯化成、老化、分容：将步骤7)中的电芯进行化成、老化及分容处理，完成电芯的制备。其中化成步骤为第一步：静置5分钟，再150mA恒流充电至3.0；第二步：静置10分钟，再300mA恒流充电至3.4V；第三步：静置10分钟，再600mA恒流充电至3.85V，结束老化；老化步骤为45℃恒温下，保温48小时后结束老化；所分容步骤为第一步：静置5分钟，再900mA恒流充电至4.2V，转恒压充电至电流≤60mA；第二步：静置10分钟，再600mA恒流放电至2.75V；第三步：静置10分钟，再900mA恒流充电100分钟，结束分容，电芯制备完成；最后进行电芯性能测试。
实施例3
一种高容量、高倍率的圆柱型锂离子电池的制备步骤如下：
步骤1)正极浆料制备：
正极制浆：将NCM622、KS-6/SP(4:1)及粘结剂按96.3wt％:1.2wt％:2.5wt％进行配比，其中NCM622扣电池0.2C放电容量为157±1mAh/g，固含量设计值为75wt％；首先在公转转速25rpm，自转转速500rpm，时间30min条件下进行干混；然后加入适量的NMP溶剂(占设计用量的67.2％)，在公转转速60rpm，自转转速1000rpm，时间80min条件下进行预分散搅拌；再加入适量的NMP溶剂(占设计用量的67.2％)，在公转转速45rpm，自转转速2500rpm，时间120min，-95KPa真空条件下进行分散搅拌；最后在公转转速15rpm的条件下，进行慢转真空消泡，至涂布步骤。
负极制浆：将扣电池0.1C放电容量为450±1mAh/g的氧化亚硅/石墨复合负极(10％:90％)、CMC及SP/CNTs(1:4)复合导电浆(固含量5％)按95.0wt％:1.2wt％:1.5wt％进行配比，固含量设计值为50.0wt％；首先在公转转速25rpm，自转转速1000rpm，时间15min条件下进行混合；然后加入适量的水(加入量占设计用水量的50％)，在公转转速15rpm，自转转速0rpm，时间60min条件下进行预捏合搅拌；依次加入适量的水(加入量占设计用水量的50％)，在公转转速30rpm，自转转速2500rpm，时间60min，-95KPa真空条件下进行水分散搅拌；再加入2.3wt％的SBR，在公转转速30rpm，自转转速1500rpm，时间30min，-95KPa真空条件下进行分散搅拌；最后在公转转速15rpm的条件下，进行慢转真空消泡，至涂布步骤。
步骤2)正/负极涂布：涂布作业前，先对涂布机的钢辊、胶辊、过辊、工作台面、底部挡板及侧挡板、搅拌杆进行清洁，确保涂布用的箔材表面无凹凸点破裂及胶带等异物；然后开启设备电源，在完成箔材纠偏后，开始正式涂布，完成正负极单双面涂布。正极涂布用铝箔厚度为15μm，单双面涂长为890±1mm，留白间隙为12±1mm，涂宽为352±1mm，面密度为1.72±0.05g/dm2，双面长度方向的对气度为±0.5mm；单双面涂布速度为3.5m/min，干燥温度控制在90～130℃之间；负极涂布用铜箔厚度为10μm，单面涂长为962±1mm，留白间隙为34±1mm，涂宽为362±1mm，面密度为0.649g/dm2(N/P比＝1.08)；双面涂长为907±1mm，留白间隙为88mm，涂宽为362±1mm，面密度为0.649/dm2，双面长度方向的对气度为±0.5mm；单双面涂布速度为4.0m/min，干燥温度控制在90～130℃之间。
步骤3)正/负极极片对辊：将步骤2)中的正负极极片，在辊压机中进行辊压处理，利用千分尺测量对辊后极片进行厚度测量，通过调整设备压力值来实现工艺要求的极片压实密度及厚度值。所用正极极片辊压后的压实密度为3.3±0.1g/cm3，对应的极片厚度为118±2μm；所用负极极片辊压后的压实密度为1.55±0.1g/cm3，对应的极片厚度为94±2μm。
步骤4)正/负极分切：将步骤3)中辊压后的极片，按照工艺设计的要求，进行尺寸的裁剪；正极极片分切裁剪后尺寸为57.0±0.5mm，负极极片分切裁剪后尺寸为59.0±0.5mm。
步骤5)正/负极制片:利用步骤4)中的正/负极极片，按照设计要求进行极耳焊接作业；制片完成后，然后在≤-95KPa，80℃条件下，烘烤8小时后转入卷绕工序。其中正极极片极耳焊接要求为焊印数为1个，焊印25.0mm，焊印宽为3.0mm，极耳外漏长度16.0mm，极耳落箔材区域长度为40.0mm，极耳下端距极片边缘距离为17.0mm，极耳边缘距就近料边缘宽度为4.0mm，极耳侧保护胶外露长度为1.5mm，极耳侧距保护胶边缘宽度为5.5mm；负极极片内圈极耳焊接要求为焊印数为4个，焊印3.0mm，焊印宽为3.0mm，极耳外漏长度7.0mm，极耳落箔材区域长度为41.0mm，极耳下端距极片边缘距离为18.0mm，极耳边缘距就近料边缘宽度为4.0mm，极耳侧保护胶外露长度为1.0mm，极耳侧距保护胶边缘宽度为3.5mm；负极极片外圈极耳焊接要求为焊印数为4个，焊印3.0mm，焊印宽为3.0mm，极耳外漏长度15.0mm，极耳落箔材区域长度为41.0mm，极耳下端距极片边缘距离为18.0mm，极耳边缘距就近料边缘宽度为9.3mm，极耳侧保护胶外露长度为1.0mm，极耳侧距保护胶边缘宽度为3.0mm。
步骤6)卷绕：在环境湿度≦0.5％，温度在25±5℃条件下进行作业，按照预卷绕模式，调试好卷绕参数，确保步骤5)中的正、负极极片和隔膜在同一中心线上后，在进行卷绕作业，完成半成品电芯制备。其中卷绕关键参数中里圈隔膜预卷圈数为8圈，外圈隔膜卷绕圈数为0.5圈，卷针直径为3.5mm，有效卷针直径为4.008mm，上下侧负极超正极料宽度为1mm，上下侧隔膜超负极料宽度为0.75mm，内圈负极超正极料长度为4.0mm，外圈负极超正极料长度为6.0mm。
步骤7)装配：将步骤6)中的半成品电芯进行入壳、组装，然后在干燥箱中真空干燥一段时间后进行注液，其在真空条件下，注入5.7g的电解液；注液完成后进行焊接和盖帽，最后利用酒精将钢壳表面的残留电解液清洗掉后，进行风干；
步骤8)电芯化成、老化、分容：将步骤7)中的电芯进行化成、老化及分容处理，完成电芯的制备。其中化成步骤为第一步：静置5分钟，再150mA恒流充电至3.0；第二步：静置10分钟，再300mA恒流充电至3.4V；第三步:静置10分钟，再600mA恒流充电至3.85V，结束老化；老化步骤为45℃恒温下，保温48小时后结束老化；所分容步骤为第一步：静置5分钟，再900mA恒流充电至4.2V，转恒压充电至电流≤60mA；第二步:静置10分钟，再600mA恒流放电至2.75V；第三步：静置10分钟，再900mA恒流充电100分钟，结束分容，电芯制备完成；最后进行电芯性能测试。
实施例4
一种高容量、高倍率的圆柱型锂离子电池的制备步骤如下:
步骤1)正极浆料制备：
正极制浆：将NCM523/NCM811、KS-6/SP(4:1)及粘结剂按96.3wt％:1.2wt％:2.5wt％进行配比，其中NCM523和NCM811按40wt％:60wt％质量比混合，其扣电池0.2C放电容量为157±1mAh/g，固含量设计值为75wt％；首先在公转转速25rpm，自转转速500rpm，时间30min条件下进行干混；然后加入适量的NMP溶剂(占设计用量的67.2％)，在公转转速60rpm，自转转速1000rpm，时间80min条件下进行预分散搅拌；再加入适量的NMP溶剂(占设计用量的67.2％)，在公转转速45rpm，自转转速2500rpm，时间120min，-95Kpa真空条件下进行分散搅拌；最后在公转转速15rpm的条件下，进行慢转真空消泡，至涂布步骤。
负极制浆：将扣电池0.1C放电容量为450±1mAh/g的氧化亚硅/石墨复合负极(10％:90％)、CMC及SP/CNTs(1:4)复合导电浆(固含量5％)按95.0wt％:1.2wt％:1.5wt％进行配比，固含量设计值为50.0wt％；首先在公转转速25rpm，自转转速1000rpm，时间15min条件下进行混合；然后加入适量的水(加入量占设计用水量的50％)，在公转转速15rpm，自转转速0rpm，时间60min条件下进行预捏合搅拌；依次加入适量的水(加入量占设计用水量的50％)，在公转转速30rpm，自转转速2500rpm，时间60min，-95KPa真空条件下进行水分散搅拌；再加入2.3wt％的SBR，在公转转速30rpm，自转转速1500rpm，时间30min，-95KPa真空条件下进行分散搅拌；最后在公转转速15rpm的条件下，进行慢转真空消泡，至涂布步骤。
步骤2)正/负极涂布：涂布作业前，先对涂布机的钢辊、胶辊、过辊、工作台面、底部挡板及侧挡板、搅拌杆进行清洁，确保涂布用的箔材表面无凹凸点破裂及胶带等异物；然后开启设备电源，在完成箔材纠偏后，开始正式涂布，完成正负极单双面涂布。正极涂布用铝箔厚度为15μm，单双面涂长为894±1mm，留白间隙为12±1mm，涂宽为352±1mm，面密度为1.72±0.05g/dm2，双面长度方向的对气度为±0.5mm；单双面涂布速度为3.5m/min，干燥温度控制在90～130℃之间；负极涂布用铜箔厚度为10μm，单面涂长为966±1mm，留白间隙为34±1mm，涂宽为362±1mm，面密度为0.637g/dm2(N/P比＝1.06)；双面涂长为911±1mm，留白间隙为88±1mm，涂宽为362±1mm，面密度为0.637/dm2，双面长度方向的对气度为±0.5mm；单双面涂布速度为4.0m/min，干燥温度控制在90～130℃之间。
步骤3)正/负极极片对辊：将步骤2)中的正负极极片，在辊压机中进行辊压处理，利用千分尺测量对辊后极片进行厚度测量，通过调整设备压力值来实现工艺要求的极片压实密度及厚度值。所用正极极片辊压后的压实密度为3.3±0.1g/cm3，对应的极片厚度为118±2μm；所用负极极片辊压后的压实密度为1.55±0.1g/cm3，对应的极片厚度为92±2μm。
步骤4)正/负极分切：将步骤3)中辊压后的极片，按照工艺设计的要求，进行尺寸的裁剪；正极极片分切裁剪后尺寸为57.0±0.5mm，负极极片分切裁剪后尺寸为59.0±0.5mm。
步骤5)正/负极制片：利用步骤4)中的正/负极极片，按照设计要求进行极耳焊接作业；制片完成后，然后在≤-95KPa，80℃条件下，烘烤8小时后转入卷绕工序。其中正极极片极耳焊接要求为焊印数为1个，焊印25.0mm，焊印宽为3.0mm，极耳外漏长度16.0mm，极耳落箔材区域长度为40.0mm，极耳下端距极片边缘距离为17.0mm，极耳边缘距就近料边缘宽度为4.0mm，极耳侧保护胶外露长度为1.5mm，极耳侧距保护胶边缘宽度为5.5mm；负极极片内圈极耳焊接要求为焊印数为4个，焊印3.0mm，焊印宽为3.0mm，极耳外漏长度7.0mm，极耳落箔材区域长度为41.0mm，极耳下端距极片边缘距离为18.0mm，极耳边缘距就近料边缘宽度为4.0mm，极耳侧保护胶外露长度为1.0mm，极耳侧距保护胶边缘宽度为3.5mm；负极极片外圈极耳焊接要求为焊印数为4个，焊印3.0mm，焊印宽为3.0mm，极耳外漏长度15.0mm，极耳落箔材区域长度为41.0mm，极耳下端距极片边缘距离为18.0mm，极耳边缘距就近料边缘宽度为9.3mm，极耳侧保护胶外露长度为1.0mm，极耳侧距保护胶边缘宽度为3.0mm。
步骤6)卷绕：在环境湿度≦0.5％，温度在25±5℃条件下进行作业，按照预卷绕模式，调试好卷绕参数，确保步骤5)中的正、负极极片和隔膜在同一中心线上后，在进行卷绕作业，完成半成品电芯制备。其中卷绕关键参数中里圈隔膜预卷圈数为8圈，外圈隔膜卷绕圈数为0.5圈，卷针直径为3.5mm，有效卷针直径为4.008mm，上下侧负极超正极料宽度为1mm，上下侧隔膜超负极料宽度为0.75mm，内圈负极超正极料长度为4.0mm，外圈负极超正极料长度为6.0mm。
步骤7)装配：将步骤6)中的半成品电芯进行入壳、组装，然后在干燥箱中真空干燥一段时间后进行注液，其在真空条件下，注入5.7g的电解液；注液完成后进行焊接和盖帽，最后利用酒精将钢壳表面的残留电解液清洗掉后，进行风干。
步骤8)电芯化成、老化、分容：将步骤7)中的电芯进行化成、老化及分容处理，完成电芯的制备。其中化成步骤为第一步：静置5分钟，再150mA恒流充电至3.0；第二步：静置10分钟，再300mA恒流充电至3.4V；第三步：静置10分钟，再600mA恒流充电至3.85V，结束老化；老化步骤为45℃恒温下，保温48小时后结束老化；所分容步骤为第一步：静置5分钟，再900mA恒流充电至4.2V，转恒压充电至电流≤60mA；第二步：静置10分钟，再600mA恒流放电至2.75V；第三步：静置10分钟，再900mA恒流充电100分钟，结束分容，电芯制备完成；最后进行电芯性能测试。
图1和图2分别为正极极片和负极极片的设计示意图，负极极片的宽度要比正极极片的宽度大1mm。
图3为实施例2制备的负极极片SEM图谱，图4为实施例2制备的负极极片EDS能谱。取常温，1C充/8C放循环250周的负极极片(实施例2)进行SEM及EDS检测，见图3和图4，结果表面负极极片表面结构完整，基本无掉粉和极片开裂现象。
图5为实施例2制备的2600mAh-18650型圆柱电池在1C充/8C放条件下的容量保持率-循环次数曲线，结果显示其循环性能优异，1C充/8C放循环300周的容量保持率为84.2％.
图6为实施例2制备的2600mAh-18650型圆柱电池在0.2C、0.5C、1C、2C、3C、5C和8C放电条件下的倍率-容量曲线，结果显示倍率性能优异，其在0.2C、0.5C、1C、2C、3C、5C和8C倍率下的放电容量分别为2610mAh、2581mAh、2550mAh、2532mAh、2519mAh、2490mAh和2371mAh。
图7为2600mAh-18650圆柱电池8C倍率下的内阻-温升曲线图，结果显示其制备的单体电池内阻小，其内阻均在15.0mΩ以内；温升小，8C循环下的电芯最高放电温度均＜70℃，电池产热少，安全性能优异。表1为不同实施例的圆柱电池电化学性能测试数据，结果表明利用低面密度和长涂布距离的电池，具有内阻低，且可同时满足高容量和高倍率的放电特性。
表1为圆柱电池0.2C放电容量和最大放电倍率的测试数据
对比实施例1
按照与实施例2相同的方法制备圆柱电池，不同之处为：将步骤2)中正极极片单双面涂长为664±1mm，面密度为2.425g/dm2；所述负极极片的单面涂长为734±1mm，留白间隙为23±1mm，面密度为0.956g/dm2(N/P比＝1.06)；双面涂长为679±1mm，留白间隙为78±1mm，面密度为0.956/dm2，其它步骤同实施例2。
对比实施例2
按照与实施例3相同的方法制备圆柱电池，不同之处为：将步骤2)中正极极片单双面涂长为656±1mm，面密度为2.425g/dm2；所述负极极片的单面涂长为725±1mm，留白间隙为23±1mm，面密度为0.974g/dm2(N/P比＝1.08)；双面涂长为671±1mm，留白间隙为78±1mm，面密度为0.974/dm2，其它步骤同实施例3。
对比实施例3
按照与实施例2相同的方法制备圆柱电池，不同之处为:将步骤2)中负极制浆的配比改为氧化亚硅/石墨复合负极(10％:90％):CMC:SP:SBR＝95.0wt％:1.2wt％:1.5wt％:2.3wt％，固含量设计值为50.0wt％。其它步骤同实施例2。
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