CN101359534B - 含二氧化钛的一种电化学电容器及其制备方法 - Google Patents
含二氧化钛的一种电化学电容器及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
含二氧化钛的一种电化学电容器，负极片由活性炭、导电剂、粘结剂按照75～85∶15～10∶10～5的重量比例制成，正极片由二氧化钛掺杂材料、导电剂、粘结剂按照75～85∶15～10∶10～5的重量比例制成。含二氧化钛的一种电化学电容器的制备方法，包括按重量份数取下列各原料：二氧化钛100；掺杂金属的化合物1～10；石墨1～10；将二氧化钛和掺杂金属的化合物混合后在马弗炉内焙烧、将焙烧后的混合物与石墨混合，得到二氧化钛掺杂材料；将二氧化钛掺杂材料、导电剂、粘结剂按照75～85∶15～10∶10～5的重量比例制成电化学电容器的正极片。由本方法制成的电容器用在电动工具和电动汽车上，对环境可以减少污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种电化学电容器及其制备方法，特别是涉及含二氧化钛的一种电化学电容器及其制备方法。
背景技术
RuO2是目前电容量性能较好的一种现有材料，但是此种材料矿藏资源有限，在电化学电容器内应用这种材料制作正极片，价格昂贵，不利于广泛推广使用。关于利用二氧化钛作为电化学电容器的电极材料，有关这一方面的研究比较少。对二氧化钛进行掺杂改性，提高其容量性能，并将其组装成铝塑膜包装的叠片电化学电容器，将此种电容器用在电动工具和电动汽车上，可以延长电池的使用寿命，降低CO2的排放，改善环境，减少污染，从而可以填补电化学电容器在此方面的研究空白。二氧化钛作为电化学电容器的电极材料，电容量性能好，其资源丰富，用于制造电化学电容器的正极片具有成本低、对环境污染少等优点，因此二氧化钛将在电化学电容器领域具有广泛的应用前景。另外我国钛的储量较多，可以充分利用我国在矿产资源方面的优势，顺应环镜保护的时代发展要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对RuO2资源有限，价格昂贵，污染环境，不利于广泛推广使用的缺陷，提供含二氧化钛的一种电化学电容器及其制备方法，将此种电容器用在电动工具和电动汽车上，可以延长电池的使用寿命，降低CO2的排放，改善环境，减少污染；在我国，钛的储量较多，资源丰富，价格较低，二氧化钛将在电化学电容器领域具有广泛的应用前景。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：含二氧化钛的一种电化学电容器，负极片由活性炭、导电剂、粘结剂按照75～85∶15～10∶10～5的重量比例制成，其特征是：正极片由二氧化钛掺杂材料、导电剂、粘结剂按照75～85∶15～10∶10～5的重量比例制成。
所述二氧化钛掺杂材料是二氧化钛和掺杂金属的化合物混合后在马弗炉内焙烧、将焙烧后的混合物与石墨混合的产物，掺杂金属的化合物选自盐酸盐、硝酸盐或硫酸盐中的一种或几种，掺杂金属选自铝、钴、铬、锡、铁、镍中的一种或几种；导电剂选自乙炔黑、鳞片石墨、导电炭黑中的一种或几种；粘结剂选自聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯中的一种或两种。
含二氧化钛的一种电化学电容器的制备方法，其特征是：包括如下具体步骤：
(1)、按重量份数取下列各原料：
二氧化钛 100；
掺杂金属的化合物 1～10；
石墨 1～10；
(2)、将步骤(1)中的二氧化钛与掺杂金属的化合物混合均匀，将混合物置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉内，在炉温为300℃的空气气氛条件下焙烧1.5小时，将焙烧后的混合物与石墨混合，在300转/分的条件下球磨混合3小时，制成二氧化钛掺杂材料；
(3)、将二氧化钛掺杂材料、导电剂、粘结剂按照75～85∶15～10∶10～5的重量比例制成电化学电容器的正极片，将活性炭、导电剂、粘结剂按照75～85∶15～10∶10～5的重量比例制成电化学电容器的负极片，选用隔膜、有机电解液与正极片、负极片一起制成电化学电容器。
在上述制备方法中，掺杂金属的化合物选自盐酸盐、硝酸盐或硫酸盐中的一种或几种；掺杂金属选自铝、钴、铬、锡、铁、镍中的一种或几种；导电剂选自乙炔黑、鳞片石墨、导电炭黑中的一种或几种；粘结剂选自聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯中的一种或两种；隔膜选自聚乙烯、氟化隔膜、磺化隔膜中的一种；有机电解液选自高氯酸锂、六氟磷酸锂、甲基三乙基四氟硼酸胺中的一种。
本发明的有益效果是：本发明采用自制的二氧化钛为正极材料，通过掺杂改善二氧化钛的电化学性能，采用活性炭为对电极，形成混合型电化学电容器。二氧化钛提供氧化还原赝电容，活性炭提供双电层电容，通过此法提高电化学电容器的能量密度和功率密度；对二氧化钛进行掺杂改性，提高其容量性能，并将其组装成铝塑膜包装的叠片电化学电容器，将此种电容器用在电动工具和电动汽车上，可以延长电池的使用寿命，降低CO2的排放，改善环境，减少污染；二氧化钛作为电化学电容器的电极材料，电容量性能好，其资源丰富，用于制造电化学电容器的正极片具有成本低、对环境污染少等优点。由于钛的储量较多，资源丰富，价格较低，二氧化钛将在电化学电容器领域具有广泛的应用前景；应用本发明，将产生很好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
实施例1，本实施例所述的含二氧化钛的一种电化学电容器，负极片由活性炭、导电剂、粘结剂按照80∶12∶8的重量比例制成，其特征是：正极片由二氧化钛掺杂材料、导电剂、粘结剂按照80∶12∶8的重量比例制成。
所述二氧化钛掺杂材料是二氧化钛和掺杂金属的化合物混合后在马弗炉内焙烧、将焙烧后的混合物与石墨混合的产物，掺杂金属的化合物选择盐酸盐；掺杂金属选择铝；导电剂选择乙炔黑；粘结剂选择聚偏氟乙烯。
含二氧化钛的一种电化学电容器的制备方法，其特征是：包括如下具体步骤：
(1)、按重量份数取下列各原料：
二氧化钛 100；
掺杂金属的化合物 5；
石墨 5；
(2)、将步骤(1)中的二氧化钛与掺杂金属的化合物混合均匀，将混合物置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉内，在炉温为300℃的空气气氛条件下焙烧1.5小时，将焙烧后的混合物与石墨混合，在300转/分的条件下球磨混合3小时，制成二氧化钛掺杂材料；
(3)、将二氧化钛掺杂材料、导电剂、粘结剂按照80∶12∶8的重量比例制成电化学电容器的正极片，将活性炭、导电剂、粘结剂按照80∶12∶8的重量比例制成电化学电容器的负极片，选用隔膜、有机电解液与正极片、负极片一起制成电化学电容器。
在上述制备方法中，掺杂金属的化合物选择盐酸盐；掺杂金属选择铝；导电剂选择乙炔黑；粘结剂选择聚偏氟乙烯；隔膜选择聚乙烯；有机电解液选择高氯酸锂(碳酸乙烯酯∶碳酸二乙酯＝1∶1)。
电化学电容器具体制备过程分为如下五个环节：
1、制片选择箔材、正负级配料，正极物料比例为：二氧化钛掺杂材料：导电剂：粘结剂＝80∶12∶8；负极物料比例为：活性炭∶导电剂∶粘结剂＝80∶12∶8；按照容量要求设计极片尺寸，确定涂布工艺，进行正、负极片涂布；涂布后辊压极片；将辊压后的极片裁大片；按照工艺要求将大片裁分切小片；将裁分好的正负极片烘烤；称重，分档，全检：将称完重的负极片进行全检，不良极片进行归类，并统计数量；极耳焊接，极耳整平：用辊轮将负极极耳整平；正负极耳贴绝缘胶纸；正负极刷片。
2、组装根据正极极片尺寸裁隔膜；对叠片后的电芯，进行热压，测卷芯是否短路；按照既定的尺寸规格冲外壳铝塑膜盒；电芯入盒、封口、封边。
3、注液、热冷压烘烤，电容器极片烘烤温度为75度～85度，烘烤时间为10～12小时，干燥完成的电池应尽快转移到手套箱内，搁置0.5小时开始注液；真空吸附；真空封口；气袋边加固；电容器搁置；热压：热压电容器数量6个/次，热压时电容器均匀分布于模具上，热压温度95±5度，热压气压450±50兆帕，热压时间80秒钟；冷压：冷压电容器数量6个/次，电容器均匀分布于模具上，冷压温度≤35度，冷压气压250±50兆帕，冷压时间80秒钟。
4、检测活化，内阻测试，配对组合；循环及其他性能测试。
5、包装包装后出厂。
实施例2，本实施例所述的含二氧化钛的一种电化学电容器，负极片由活性炭、导电剂、粘结剂按照75∶15∶10的重量比例制成，其特征是：正极片由二氧化钛掺杂材料、导电剂、粘结剂按照75∶15∶10的重量比例制成。
所述二氧化钛掺杂材料是二氧化钛和掺杂金属的化合物混合后在马弗炉内焙烧、将焙烧后的混合物与石墨混合的产物，掺杂金属的化合物选择硝酸盐；掺杂金属选择钴；导电剂选择鳞片石墨；粘结剂选择聚四氟乙烯。
含二氧化钛的一种电化学电容器的制备方法，其特征是：包括如下具体步骤：
(1)、按重量份数取下列各原料：
二氧化钛 100；
掺杂金属的化合物 10；
石墨 1；
(2)、将步骤(1)中的二氧化钛与掺杂金属的化合物混合均匀，将混合物置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉内，在炉温为300℃的空气气氛条件下焙烧1.5小时，将焙烧后的混合物与石墨混合，在300转/分的条件下球磨混合3小时，制成二氧化钛掺杂材料；
(3)、将二氧化钛掺杂材料、导电剂、粘结剂按照75∶15∶10的重量比例制成电化学电容器的正极片，将活性炭、导电剂、粘结剂按照75∶15∶10的重量比例制成电化学电容器的负极片，选用隔膜、有机电解液与正极片、负极片一起制成电化学电容器。
在上述制备方法中，掺杂金属的化合物选择硝酸盐；掺杂金属选择钴；导电剂选择鳞片石墨；粘结剂选择聚四氟乙烯；隔膜选择氟化隔膜；有机电解液选择六氟磷酸锂(碳酸乙烯酯∶碳酸二乙酯∶碳酸二甲酯＝1∶1∶1)。
电化学电容器具体制备过程与实施例1相同(但正极片、负极片的制成比例及实施例2中对材料的选择例外)，在此不再重复描述。
实施例3，本实施例所述的含二氧化钛的一种电化学电容器，负极片由活性炭、导电剂、粘结剂按照85∶10∶5的重量比例制成，其特征是：正极片由二氧化钛掺杂材料、导电剂、粘结剂按照85∶10∶5的重量比例制成。
所述二氧化钛掺杂材料是二氧化钛和掺杂金属的化合物混合后在马弗炉内焙烧、将焙烧后的混合物与石墨混合的产物；掺杂金属的化合物选择硫酸盐；掺杂金属选择锡；导电剂选择导电炭黑；粘结剂选择聚四氟乙烯。
含二氧化钛的一种电化学电容器的制备方法，其特征是：包括如下具体步骤：
(1)、按重量份数取下列各原料：
二氧化钛 100；
掺杂金属的化合物 1；
石墨 10；
(2)、将步骤(1)中的二氧化钛与掺杂金属的化合物混合均匀，将混合物置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉内，在炉温为300℃的空气气氛条件下焙烧1.5小时，将焙烧后的混合物与石墨混合，在300转/分的条件下球磨混合3小时，制成二氧化钛掺杂材料；
(3)、将二氧化钛掺杂材料、导电剂、粘结剂按照85∶10∶5的重量比例制成电化学电容器的正极片，将活性炭、导电剂、粘结剂按照85∶10∶5的重量比例制成电化学电容器的负极片，选用隔膜、有机电解液与正极片、负极片一起制成电化学电容器。
在上述制备方法中，掺杂金属的化合物选择硫酸盐；掺杂金属选择锡；导电剂选择导电炭黑；粘结剂选择聚四氟乙烯；隔膜选择磺化隔膜；有机电解液选择甲基三乙基四氟硼酸胺(碳酸丙烯酯)。
电化学电容器具体制备过程与实施例1相同(但正极片、负极片的制成比例及实施例3中对材料的选择例外)，在此不再重复描述。
以上所述仅是本发明的三个实施例，应予理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以对本发明作出若干改进，故凡依本发明专利申请范围所述的方法、特征及原理所做的等效变化或修饰，同样属于本发明专利申请保护的范围。
Claims (8)
1.含二氧化钛的一种电化学电容器，负极片由活性炭、导电剂、粘结剂按照75～85∶15～10∶10～5的重量比例制成，其特征是：正极片由二氧化钛掺杂材料、导电剂、粘结剂按照75～85∶15～10∶10～5的重量比例制成；所述二氧化钛掺杂材料是二氧化钛和掺杂金属的化合物混合后在马弗炉内焙烧、将焙烧后的混合物与石墨混合的产物，掺杂金属的化合物选自盐酸盐、硝酸盐或硫酸盐中的一种或几种，掺杂金属选自铝、钴、铬、锡、铁、镍中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的含二氧化钛的一种电化学电容器，其特征是：导电剂选自乙炔黑、鳞片石墨、导电炭黑中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的含二氧化钛的一种电化学电容器，其特征是：粘结剂选自聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯中的一种或两种。
4.含二氧化钛的一种电化学电容器的制备方法，其特征是：包括如下具体步骤：
(1)、按重量份数取下列各原料：
二氧化钛 100；
掺杂金属的化合物 1～10；
石墨 1～10；
(2)、将步骤(1)中的二氧化钛与掺杂金属的化合物混合均匀，将混合物置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉内，在炉温为300℃的空气气氛条件下焙烧1.5小时，将焙烧后的混合物与石墨混合，在300转/分的条件下球磨混合3小时，制成二氧化钛掺杂材料；
(3)、将二氧化钛掺杂材料、导电剂、粘结剂按照75～85∶15～10∶10～5的重量比例制成电化学电容器的正极片，将活性炭、导电剂、粘结剂按照75～85∶15～10∶10～5的重量比例制成电化学电容器的负极片，选用隔膜、有机电解液与正极片、负极片一起制成电化学电容器；
掺杂金属的化合物选自盐酸盐、硝酸盐或硫酸盐中的一种或几种，掺杂金属选自铝、钴、铬、锡、铁、镍中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的含二氧化钛的一种电化学电容器的制备方法，其特征是：导电剂选自乙炔黑、鳞片石墨、导电炭黑中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述的含二氧化钛的一种电化学电容器的制备方法，其特征是：粘结剂选自聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯中的一种或两种。
7.根据权利要求4所述的含二氧化钛的一种电化学电容器的制备方法，其特征是：隔膜选自聚乙烯膜、氟化隔膜、磺化隔膜中的一种。
8.根据权利要求4所述的含二氧化钛的一种电化学电容器的制备方法，其特征是：有机电解液选自高氯酸锂、六氟磷酸锂、甲基三乙基四氟硼酸胺中的一种。
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