CN101894686A

CN101894686A - 超级电容电池

Info

Publication number: CN101894686A
Application number: CN2009101428114A
Authority: CN
Inventors: 张宝生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2010-11-24

Abstract

本发明涉及一种新型化学储能技术的超级电容电池，此超级电容电池正极中采用的电池材料为锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂、硅酸亚铁锂中的一种或多种；电容材料为活性二氧化锰、三氧化二铝、二氧化硅纳米管、五氧化二钒、高分子聚合物及其复合体中的一种或多种与粘结剂、导电剂构成；超级电容电池负极中有石墨、碳硅复合物、碳锡复合物中的一种或多种负极材料与粘结剂、导电剂构成；隔膜选用PP、PE或二者复合的薄膜，电解液是锂盐溶于有机物溶液中组成。本发明的超级电容电池特点是其能量密度大与电池相近，而大电流充、放电特性、循环使用寿命与超级电容器相近，是一种兼具超级电容器与电池各自优点的储能体，可以满足作为高性能储能、动力电池的使用要求。

Description

超级电容电池

技术领域

本发明涉及一种电化学领域储能电池，尤其是一种超级电容电池。

背景技术

超级电容是近几年才批量生产的一种无源器件，介于电池与普通电容器之间。具有电容器的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，放电时利用移动导体间的电子释放电流，从而为设备提供电源。

随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注，超级电容器作为一种新型的储能器件因其无可替代的优越性，受到广大科研工作者的重视。众所周知，电化学超级电容器是近年来发展的一种新型能量储存装置。根据储能原理有双电层电容器和法拉第准电容器两种类型，化学电池是通过电化学反应，产生法拉第电荷转移来储存电荷的，而超级电容器的电荷储存发生在电极、电解质的形成的双电层上以及在电极表面进行欠电位沉积、电化学吸附、脱附和氧化还原产生的电荷的迁移。超级电容电池是超级电容器和二次电池的结合体，与传统的超级电容器和二次电池相比，超级电容电池的比功率是电池的10倍以上，储存电荷的能力远比超级电容器高，并具有充放电速度快、对环境无污染、循环寿命长、使用的温限范围宽等特点，是本世纪最具有希望的一种新型绿色能源。大型充电电池预计将在汽车、农业及建筑机械、产业机械、摩托车及电车等交通设备以及自然能源领域得到普及，据预测市场将会大幅增长。

专家指出，在电动汽车领域，我国和西方发达国家处在同一起跑线上，某些方面还处于世界领先地位，这为我国汽车工业技术实现跨越发展提供了一次历史性的机遇。更重要的是我国还有后发优势。有关分析认为，电动汽车所以在西方没有发展起来，表面原因是成本没有降到可以与燃油汽车相竞争的水平，但更深层次的原因是传统汽车工业强大的惯性，因为生产电动汽车不仅仅是发动机的更改，而且是设计、制造、材料、电气、控制和整个社会服务体系的全面的变革。这就意味着以传统汽车工业为基础的国家，整个工业体系面临巨大调整，代价难以承受。这实际上为我国提供了一个机会，我国汽车工业和西方相比，相当弱小，没有结构调整的沉重的包袱，这便是可以充分利用的后发优势。此外，我们还可以通过开发自己的电动汽车，申请专利，制定相关技术标准，有力狙击跨国公司在中国的“跑马圈地”，保护自己的汽车工业。由于这些产业对我国发展相当重要，同时相关技术与外国的差距不像民用客机，芯片业那样大，难以等外国发展成功后再进口来解决国内问题，竞争压力较小，世界市场庞大。那么就容易避免风险，保证投资发展效益。

2006年2月23日公布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006～2020年)》第五章前沿技术第15和第16小节中专门提到：(一)高效能源材料技术。重点研究太阳能电池相关材料及其关键技术、燃料电池关键材料技术，高容量储氢材料技术、高效二次电池材料及关键技术、超级电容器关键材料及制备技术，发展高效能源转换与储能材料体系。(二)先进能源技术未来能源技术发展的主要方向是经济、高效、清洁利用和新型能源开发。

为了引导企业采用先进的清洁生产工艺和技术，2006年2月23日国家发改委、国家环保总局联合公布了《国家重点行业清洁生产技术导向目录》(第三批)，其中第23条：超级电容器应用技术，可替代铅酸电池，为电动车辆等提供动力电源。超级电容器是一种清洁储能器件，充电快、寿命长，全寿命期的使用成本低，维护工作少，对环境不产生污染。

由许多过度金属氧化物组成的超级电容器的电容量是同体积质量碳性双电层电容器的3-4倍，而非水电解液高分子聚合物超级电容器的电容量是碳性双电层电容器的10倍以上，本发明既是基于这个特性来制作高电容量的超级电容电池的。

本发明是通过下列的技术方法来实现的，超级电容电池包括外壳、正极片、隔膜、负极片、电解液等。其中超级电容电池正极中采用的电池材料为锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂、硅酸亚铁锂中的一种或多种；电容材料为活性二氧化锰、三氧化二铝、二氧化硅纳米管、五氧化二钒、高分子聚合物及其复合体中的一种或多种，粘结剂选用聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、丙烯酸酯、聚氧化乙烯中的一种或几种粘结剂、导电剂构成；电容材料构成。超级电容电池负极中有石墨、碳硅复合物、碳锡复合物中的一种或多种负极材料与粘结剂、导电剂导电剂选用炭黑、碳纳米管、导电石墨中的一种或几种。隔膜选用PP、PE或二者复合的薄膜，电解液是锂盐溶于有机物溶液中组成。本发明的电池可以制作成方型、圆柱型、纽扣型及薄膜型等多种形式。

通过以下实施例仅对本发明的几个实施方法进行描述，并不是对本发明的构思和范围进行限定，因本领域中的普通工程技术人员在不脱离本发明设计构思的前提下对本发明的技术方案做出各种变形和改进均应落入本发明的保护范围。

具体实施方式：

实施例1.

量取200gNMP放于搅拌器中，准确称取粘结剂PVDF 10g缓慢加入到溶剂NMP中进行打胶，直至液体中无颗粒，胶体透明为止，搅拌器搅拌时间为1h；然后静置2h，准确称取导电剂导电炭黑、导电石墨各4g，二氧化钛20克加入到上述胶体中，待粉体与胶体混合后搅拌时间为1h；使其充分分散均匀后准确称取磷酸铁锂200g缓慢加入到上述浆料中进行搅拌，待粉体与浆料混合后调节搅拌器，搅拌2小时。制作的浆料流动性良好，所得浆料表面细腻、光泽。将制作好的浆料均匀涂覆在16微米厚的铝箔上制成正极极片烘干、对辊压实后备用。

负极极片制作：将负极活性物质∶电容材料∶炭黑∶粘合剂按80∶10∶4∶6准确量取后缓慢加入到容器中混合后进行均匀搅拌2小时。制作的浆料流动性良好，所得浆料表面细腻、光泽。将制作好的浆料均匀涂覆在10微米厚的铜箔上制成负极极片烘干、对辊压实后备用。

将制作好的正、负极片按照18650规格裁切好，烘干后组装成18650电池，在2.2-3.8V电压范围内工作，1倍率放电，经过2000次循环，容量保持率为95％。

实施例2.

量取200gNMP放于搅拌器中，准确称取粘结剂PVDF 10g缓慢加入到溶剂NMP中进行打胶，直至液体中无颗粒，胶体透明为止，搅拌器搅拌时间为1h；然后静置2h，准确称取导电剂导电炭黑、导电石墨各4g，二氧化硅纳米管20克加入到上述胶体中，待粉体与胶体混合后搅拌时间为1h；使其充分分散均匀后准确称取锰酸锂200g缓慢加入到上述浆料中进行搅拌，待粉体与浆料混合后调节搅拌器，搅拌2小时。制作的浆料流动性良好，所得浆料表面细腻、光泽。将制作好的浆料均匀涂覆在16微米厚的铝箔上制成正极极片烘干、对辊压实后备用。

将制作好的正、负极片按照18650规格裁切好，烘干后组装成18650电池，在2.2-4V电压范围内工作，1倍率放电，经过2000次循环，容量保持率为95％。

实施例3.

量取200gNMP放于搅拌器中，准确称取粘结剂PVDF 10g缓慢加入到溶剂NMP中进行打胶，直至液体中无颗粒，胶体透明为止，搅拌器搅拌时间为1h；然后静置2h，准确称取导电剂导电炭黑、导电石墨各4g，纳米二氧化锰20克加入到上述胶体中，待粉体与胶体混合后搅拌时间为1h；使其充分分散均匀后准确称取磷酸锰锂200g缓慢加入到上述浆料中进行搅拌，待粉体与浆料混合后调节搅拌器，搅拌2小时。制作的浆料流动性良好，所得浆料表面细腻、光泽。将制作好的浆料均匀涂覆在16微米厚的铝箔上制成正极极片烘干、对辊压实后备用。

将制作好的正、负极片按照18650规格裁切好，烘干后组装成18650电池，在2.2-4.2V电压范围内工作，1倍率放电，经过2000次循环，容量保持率为94％。

实施例4.

量取200gNMP放于搅拌器中，准确称取粘结剂PVDF 10g缓慢加入到溶剂NMP中进行打胶，直至液体中无颗粒，胶体透明为止，搅拌器搅拌时间为1h；然后静置2h，准确称取导电剂导电炭黑、导电石墨各4g，三氧化二铝20克加入到上述胶体中，待粉体与胶体混合后搅拌时间为1h；使其充分分散均匀后准确称取磷酸钒锂200g缓慢加入到上述浆料中进行搅拌，待粉体与浆料混合后调节搅拌器，搅拌2小时。制作的浆料流动性良好，所得浆料表面细腻、光泽。将制作好的浆料均匀涂覆在16微米厚的铝箔上制成正极极片烘干、对辊压实后备用。

将制作好的正、负极片按照18650规格裁切好，烘干后组装成18650电池，在2.2-4V电压范围内工作，1倍率放电，经过2000次循环，容量保持率为94％。

Claims

1.超级电容电池它包括壳体、正极片、负极片、隔膜及电解液，其中正极片是由锂离子电池正极材料、超级电容器材料、导电剂、粘结剂复合而成，负极片是由电池负极材料与超级电容器材料、导电剂、粘结剂复合构成。

2.根据权利要求1所述的超级电容电池其特征是正电极材料的电池材料是锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂、硅酸亚铁锂中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的超级电容电池其特征是超级电容器材料是纳米尺寸的二氧化锰、三氧化二铝、二氧化钛、氧化银、二氧化硅纳米管、五氧化二钒及聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩中的一种或多种及其复合物混合而成。

4.根据权利要求1所述的超级电容电池其特征是导电剂选用炭黑、碳纳米管、导电石墨中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的超级电容电池其特征粘结剂选用聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、丙烯酸酯、聚氧化乙烯中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的超级电容电池其特征是负极中采用石墨、碳硅复合物、碳锡复合物、碳纳米管中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的超级电容电池其特征是电解液使用锂电池用的非水有机溶剂电解液。