CN101807683A - 一种锂离子电容电池的正负极片及其两种极片的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电容电池的正负极片及其两种极片的制作方法，一种锂离子电容电池的正极片，它的正极基片(11)为铝箔，正极基片(11)与两侧的正极材料层(12)之间均夹有活性碳层(13)，活性碳层(13)和正极材料层(12)组成正极涂层(14)；一种锂离子电容电池的负极片，它的负极基片(21)为铜箔，负极基片(21)与两侧的负极材料层(22)之间均夹有活性碳层(23)，活性碳层(23)和负极材料层(22)组成负极涂层(24)；本发明还提供了上述正极片和负极片两种极片的制作方法。本发明的好处：体积小，成本低，充电快速，充电时间只有5分钟左右，安全性好；且制作方法简单，效率高。

Description

一种锂离子电容电池的正负极片及其两种极片的制作方法
技术领域
本发明涉及一种充电电池的正极片和负极片，特别涉及一种采用叠片式电芯的锂离子电容电池的正负极片及其两种极片的制作方法，本发明属于动力电池领域，主要用于各种混合式动力汽车和纯电动汽车等上做为动力源的锂离子电容电池。
背景技术
目前普遍使用的锂离子电容电池是采用叠片电芯的锂离子电容电池，这些锂离子电容电池有装有均衡装置且电容置于外壳外部的外置式锂离子电容电池，还有无均衡装置且电容置于外壳内部的内置式锂离子电容电池，还有其它多种多样的型式。但不管哪一种采用叠片电芯型式的锂离子电容电池，其结构均包括有叠片电芯和电容，叠片电芯主要包括有正极片(正极片结构参见图1和图5)、负极片(负极片结构参见图2和图6)、隔膜，叠层电芯中的负极片和正极片是依次相间叠放排列的，负极片和正极片之间由绝缘隔膜隔开，叠片电芯中注有电解液，，叠片电芯的正极片通过正极片上的正极耳使叠片电芯的正极与电容相连接，叠片电芯的负极片通过负极片上的负极耳使叠片电芯的负极与电容相连接。但现有的这些锂离子电容电池存在着如下重大缺陷是：(1)、快速充放电时间长、安全性差，充电效率低。现有的锂离子电容电池充放电时间一般在半小时左右，时间长，没有实现真正的短时快速充放电，即使在半小时左右能完成充电，其充电效率一般也只能达到80％，而且容易发生爆炸等不安全事故，安全性差。这是因为现有的锂离子电容电池在正常充放电时，一般在几小时完成，锂离子通过电解液和隔膜从正极迁移至负极上去，从而能够完成正常的充放电；但是锂离子电容电池在快速充放电时，一般半小时左右完成，即在大电流的条件下快速完成充放电，这时锂离子迁移的量大，而负极来不及接收，就会使迁移通道产生阻塞，使得这些迁移的锂离子挤在负极片表面，从而在负极表面形成锂枝晶，使充电效率下降，电池使用寿命缩短，更为严重的是这些锂枝晶在负极表面表现为树枝样的凸起毛刺，因而锂枝晶会刺破隔膜，造成负极与正极短路，造成爆炸等现象，安全性极差。要实现真正的快速充电，既要快速的充放电，一般要求在几分钟内安全地完成，时间极短，又要安全性极好，可见锂离子电容电池的快速充放电目前一直还是无法解决的技术难题；(2)、体积大，成本较高。由于锂离子电容电池中有电容的存在，电容占据了一定的空间，使目前的锂离子电容电池体积大，造成运输安装等诸多不便，而且电容的材料及安装等占据一定成本，使成本较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能实现快速、安全充放电的锂离子电容电池的正负极片及其两种极片的制作方法，且提供的制作正极片和负极片的方法简单，制作效率高。
实现上述目的的技术方案是：一种锂离子电容电池的正极片，包括有正极基片和设置在正极基片两侧面的正极材料层，正极基片上设置有正极耳，所述的正极基片为铝箔，所述的正极基片与两侧的正极材料层之间均夹有活性碳层，活性碳层和正极材料层组成正极涂层。
进一步，在锂离子电容电池的正极片中，所述正极基片上的正极涂层由若干个间隔排列的正极涂层块组成，正极涂层块之间具有空隙。
一种锂离子电容电池的正极片制作方法，包括如下步骤：
A、在活性碳中加入粘接剂混合成活性碳浆料，然后将活性碳浆料涂覆在正极基片铝箔的两侧面上形成活性碳层，之后进行烘干；
B、在活性碳层的两侧面上再涂覆上正极材料层，然后进行烘干，活性碳层和正极材料层形成正极涂层；
C、进行辊片，辊片后制成锂离子电容电池的正极片。
进一步，在锂离子电容电池的正极片及其制作方法中，所述正极材料层为磷酸铁锂、钴酸锂或锰酸锂中的任一种材料制作而成的正极材料层。
进一步，在锂离子电容电池的正极片及其制作方法中，所述的活性碳层厚度为10um～20um。
一种锂离子电容电池的负极片，包括有负极基片和设置在负极基片两侧面的负极材料层，负极基片上设置有负极耳，所述的负极基片为铜箔，所述的负极基片与两侧的负极材料层之间均夹有活性碳层，活性碳层和负极材料层组成负极涂层。
一种锂离子电容电池的负极片制作方法，包括如下步骤：
A、在活性碳中加入粘接剂混合成活性碳浆料，然后将活性碳浆料涂覆在负极基片铜箔的两侧面上形成活性碳层，之后进行烘干；
B、在活性碳层的两侧面上再涂覆上负极材料层，然后进行烘干，活性碳层和负极材料层形成负极涂层；
C、进行辊片，辊片后制成锂离子电容电池的负极片。
进一步，在锂离子电容电池的负极片及其制作方法中，所述负极材料层为石墨或钛酸锂中的一种材料制作而成的负极材料层。
进一步，在锂离子电容电池的负极片及其制作方法中，所述的活性碳层厚度为10m～20um。
采用上述技术方案后，具有很多好处：(1)、充电快速，安全。本发明由于在现有正极片的正极基片与两侧的正极材料层之间设置了活性碳层，在现有的负极片的负极基片与两侧的负极材料层之间也设置了活性碳层，利用活性碳超级电容器的功能，使得本发明正极片和负极片的比表面积增大，导电性增强，加快了锂离子迁移速度和缩短了锂离子的迁移距离，减少了锂枝晶的形成，使锂离子迁移顺畅，充电效率高，充电时间短。本发明使锂离子电容电池充电效率比现有锂离子电容电池提高5％～10％，充电时间却只有5分钟左右，只有现有快速充放电锂离子电容电池充放电时间的1/6，真正实现了锂离子电容电池的安全快速充放电。且由于锂枝晶的大大减少，使本发明不易造成负极与正极短路，不会造成爆炸等不安全现象，安全性好，电池使用寿命长；(2)、体积小，成本降低。由于使用本发明的锂离子电容电池正极片和负极片中的活性碳层完全可以达到电容的功能，因此使用本发明的锂离子电容电池不用装电容，这不但减少了锂离子电容电池的体积，而且使成本大大降低；(3)制作简单，效率高。本发明提供的制作正极片和负极片的方法简单、容易，制作效率高。
附图说明
图1为现有正极片的主视结构示意图；
图2为现有负极片的主视结构示意图；
图3为本发明正极片的主视结构示意图；
图4为本发明负极片的主视结构示意图；
图5为图1的K-K剖视结构示意图；
图6为图2的J-J剖视结构示意图；
图7为图3的M-M剖视结构示意图；
图8为图4的N-N剖视结构示意图；
图9为本发明正极片另一实施例的主视结构示意图；
图10为图9的俯视结构示意图；
图11为图9的P-P剖视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图9至图11所示，一种锂离子电容电池的正极片，包括有正极基片11及涂覆在正极基片11两侧面的正极材料层12，正极基片11与两侧的正极材料层12之间均夹有涂覆的活性碳层13，里侧的活性碳层13和外侧的正极材料层12组成正极涂层14。正极基片11上的正极涂层14由若干个间隔排列的正极涂层块15组成，正极涂层块15的形状全部呈正方形或全部呈长方形，正极涂层块15之间具有未涂覆的空隙16。正极基片11为铝箔，正极材料层12为磷酸铁锂材料制作而成的正极材料层，活性碳层13厚度为10um。正极基片11上设置有伸出的正极耳11-1，正极耳11-1上开有连接孔11-1-1。连接孔11-1-1的设置是为了在制作叠片电芯时通过此连接孔11-1-1，起到将若干正极片在正极耳11-1处连接起来的作用。
一种上述锂离子电容电池的正极片制作方法，包括如下步骤：
A、在活性碳中加入粘接剂混合成活性碳浆料，然后采用凹印法将活性碳浆料涂覆在正极基片11铝箔的两侧面上形成活性碳层13，活性碳层13厚度为10um，之后对活性碳层13进行烘干；
B、在活性碳层13的两侧面上采用凹印法再涂覆上磷酸铁锂材料制作而成的正极材料层12，然后进行烘干，活性碳层13和正极材料层12形成正极涂层14；
C、进行辊片，辊片后制成锂离子电容电池的正极片。
在上述正极片的制作方法步骤中，采用的是涂覆效率极高的凹印法涂覆正极涂层14，凹印模版在制版时制出所要的方形形状和间隔排列的正极涂层14模版，按上述步骤做出后就得到要求的方形形状和间隔排列的正极涂层14。即需要任何形状和间隔排列的正极涂层14，只要凹印模版在制版时制出，就可得到所要求的任何形状和间隔的正极涂层14。涂覆制作时采用凹印法会使制作效率更高。
如图4和图8所示，一种锂离子电容电池的负极片，包括有负极基片21及涂覆在负极基片21两侧面的负极材料层22，负极基片21与两侧的负极材料层22之间均夹有涂覆的活性碳层23，里侧的活性碳层23和外侧的负极材料层22组成负极涂层24。所述的负极基片21为铜箔，负极材料层22为石墨制作而成的负极材料层，活性碳层23厚度为10um。负极基片21上设置有伸出的负极耳21-1，负极耳21-1上开有连接孔21-1-1。连接孔21-1-1的设置是为了在制作叠片电芯时通过此连接孔21-1-1，起到将若干负极片在负极耳21-1处连接起来的作用。
一种上述锂离子电容电池的负极片制作方法，包括如下步骤：
A、在活性碳中加入粘接剂混合成活性碳浆料，然后采用凹印法将活性碳浆料涂覆在负极基片21铜箔的两侧面上形成活性碳层23，活性碳层23厚度为10um，之后对活性碳层23厚度为10um，进行烘干；
B、在活性碳层23的两侧面上采用凹印法再涂覆上石墨材料制作而成的负极材料层22，然后进行烘干，活性碳层23和负极材料层22形成负极涂层24；
C、进行辊片，辊片后制成锂离子电容电池的负极片。
实施例二
本实施例与实施例一基本相同。不同的是：
如图9至图11所示，一种锂离子电容电池的正极片及其制作方法中，正极材料层12仍为磷酸铁锂材料制作而成的正极材料层，但活性碳层13厚度为12um。
如图4和图8所示，一种锂离子电容电池的负极片及其制作方法中，负极材料层22为钛酸锂制作而成的负极材料层，活性碳层23厚度为12um。
实施例三
本实施例与实施例一基本相同。不同的是：
如图9至图11所示，一种锂离子电容电池的正极片及其制作方法中，正极材料层12为钴酸锂材料制作而成的正极材料层，活性碳层13厚度为15um。
如图4和图8所示，一种锂离子电容电池的负极片及其制作方法中，负极材料层22仍为石墨制作而成的负极材料层，活性碳层23厚度为15um。
实施例四
本实施例与实施例一基本相同。不同的是：
如图9至图11所示，一种锂离子电容电池的正极片及其制作方法中，正极材料层12为钴酸锂材料制作而成的正极材料层，活性碳层13厚度为16um。
如图4和图8所示，一种锂离子电容电池的负极片及其制作方法中，负极材料层22为钛酸锂制作而成的负极材料层，活性碳层23厚度为16um。
实施例五
本实施例与实施例一基本相同。不同的是：
如图9至图11所示，一种锂离子电容电池的正极片及其制作方法中，正极材料层12为锰酸锂材料制作而成的正极材料层，活性碳层13厚度为18um。
如图4和图8所示，一种锂离子电容电池的负极片及其制作方法中，负极材料层22仍为石墨制作而成的负极材料层，活性碳层23厚度为18um。
实施例六
本实施例与实施例一基本相同。不同的是：
如图9至图11所示，一种锂离子电容电池的正极片及其制作方法中，正极材料层12为锰酸锂材料制作而成的正极材料层，活性碳层13厚度为20um。
如图4和图8所示，一种锂离子电容电池的负极片及其制作方法中，负极材料层22为钛酸锂制作而成的负极材料层，活性碳层23厚度为20um。
实施例七
本实施例与实施例一基本相同。不同的是：
如图9至图11所示，一种锂离子电容电池的正极片及其制作方法中，正极基片11上的正极涂层14全部涂覆满，即不需要象实施例一那样留有未涂覆的空隙16部分。
除上述实施例外，本发明还有很多技术方案，无法穷举。如正极基片11上的正极涂层14由若干个间隔排列的正极涂层块15组成时，正极涂层块15的形状除呈正方形或长方形外，还可呈长条形、圆形、正六边形、正八边形等多种形状，只要这些正极涂层块15之间具有未涂覆的空隙16即可，这种采用若干正极涂层块15间隔排列组成正极涂层14的这种结构正极片比表面积更大，导电性更强，更能加快锂离子迁移速度和缩短锂离子迁移距离，锂枝晶的形成量更小，提高锂离子电容电池充电效率，减少充电时间，使锂离子电容电池充电效率接近100％，充电时间却只有3分钟左右，只有现有快速充放电锂离子电容电池充放电时间的1/10，且安全性更好，可靠性更强。另外本发明的正极涂层块15的块数可根据需要任意设置，可如图9所示正极涂层块15设置为二十四块，还可设置为其它块数；再者本发明中活性碳层13和活性碳层23也可以优选除上述实施例外10um～20um的其它厚度值；本发明的正极涂层14和负极涂层24在涂覆时除采用凹印法外，还可采用其它的涂覆方法。
本发明不限于上述实施例，凡采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种锂离子电容电池的正极片，包括有正极基片(11)和设置在正极基片(11)两侧面的正极材料层(12)，正极基片(11)上设置有正极耳(11-1)，所述的正极基片(11)为铝箔，其特征在于：所述的正极基片(11)与两侧的正极材料层(12)之间均夹有活性碳层(13)，活性碳层(13)和正极材料层(12)组成正极涂层(14)。
2.根据权利要求1所述的锂离子电容电池的正极片，其特征在于：所述正极基片(11)上的正极涂层(14)由若干个间隔排列的正极涂层块(15)组成，正极涂层块(15)之间具有空隙(16)。
3.一种权利要求1所述锂离子电容电池的正极片制作方法，其特征在于包括如下步骤：
A、在活性碳中加入粘接剂混合成活性碳浆料，然后将活性碳浆料涂覆在正极基片(11)铝箔的两侧面上形成活性碳层(13)，之后进行烘干；
B、在活性碳层(13)的两侧面上再涂覆上正极材料层(12)，然后进行烘干，活性碳层(13)和正极材料层(12)形成正极涂层(14)；
C、进行辊片，辊片后制成锂离子电容电池的正极片。
4.根据权利要求1或3所述的锂离子电容电池的正极片及其制作方法，其特征在于：所述正极材料层(12)为磷酸铁锂、钴酸锂或锰酸锂中的任一种材料制作而成的正极材料层。
5.根据权利要求1或3所述的锂离子电容电池的正极片及其制作方法，其特征在于：所述的活性碳层(13)厚度为10um～20um。
6.一种锂离子电容电池的负极片，包括有负极基片(21)和设置在负极基片(21)两侧面的负极材料层(22)，负极基片(21)上设置有负极耳(21-1)，所述的负极基片(21)为铜箔，其特征在于：所述的负极基片(21)与两侧的负极材料层(22)之间均夹有活性碳层(23)，活性碳层(23)和负极材料层(22)组成负极涂层(24)。
7.一种权利要求6所述锂离子电容电池的负极片制作方法，其特征在于包括如下步骤：
A、在活性碳中加入粘接剂混合成活性碳浆料，然后将活性碳浆料涂覆在负极基片(21)铜箔的两侧面上形成活性碳层(23)，之后进行烘干；
B、在活性碳层(23)的两侧面上再涂覆上负极材料层(22)，然后进行烘干，活性碳层(23)和负极材料层(22)形成负极涂层(24)；
C、进行辊片，辊片后制成锂离子电容电池的负极片。
8.根据权利要求6或7所述的锂离子电容电池的负极片及其制作方法，其特征在于：所述负极材料层(22)为石墨或钛酸锂中的一种材料制作而成的负极材料层。
9.根据权利要求6或7所述的锂离子电容电池的负极片及其制作方法，其特征在于：所述的活性碳层(23)厚度为10um～20um。
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