CN103367708A - 电池正极及其制备方法、电池负极及其制备方法、电容电池 - Google Patents

电池正极及其制备方法、电池负极及其制备方法、电容电池 Download PDF

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钟玲珑
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Abstract

本发明属于电化学领域，其公开了电池正极及其制备方法、电池负极及其制备方法、电容电池；该电池正极，包括铝箔以及涂覆在铝箔上的正极活性材料，所述正极活性材料包括质量比为85∶5∶10的氧化石墨锂盐、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P。本发明电容电池的电池正极，该电池正极采用能与锂离子发生氧化还原反应的材料，同时整个过程锂离子没有在体相中的扩散过程，保证了锂离子电池的在大倍率下使用。

Description

电池正极及其制备方法、电池负极及其制备方法、电容电池
技术领域
本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种电池正极及其制备方法；本发明还涉及一种电池负极及其制备方法；本发明还涉及一种是用上述电池正极和电池负极作为电极的电容电池。
背景技术
目前，公知的锂离子电池与传统的铅酸、镍镐、镍氢等二次电池相比，锂离子电池具有高比能量，自放电少等优点，已被广泛应用于手机、笔记本计算机、摄像机等电子器具。近年来，随着混合动力汽车或纯电动汽车的发展，锂离子电池也被作为动力源的首选。但是，现有锂离子电池，其作为动力源时，助推力不足，无法满足各种助推器的高性能化。
发明内容
本发明所要解决的问题之一在于提供一种可以提高锂离子电池助推力的电池正极。
一种电池正极，包括铝箔以及涂覆在铝箔上的正极活性材料，其中，所述正极活性材料包括质量比为85∶5∶10的氧化石墨锂盐、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P。
本发明所要解决的问题之二在于提供一种上述电池正极的制备方法，包括步骤如下：
S1、将氧化石墨加入到水中，超声分散1h，得到氧化石墨的分散液，再将锂源溶液将入到分散液中，搅拌1-10h，真空干燥，得到氧化石墨锂盐；
S2、按照质量比为85∶5∶10的比例，将氧化石墨锂盐、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
S3、将浆料涂覆在铝箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池正极。
所述电池正极的制备方法，步骤S1中，优选所述锂源为碳酸锂或氢氧化锂。
本发明所要解决的问题之三在于提供一种可以提高锂离子电池助推力的电池负极，包括铜箔以及涂覆在铜箔上的负极活性材料，其中，所述负极活性材料包括质量比为85∶5∶10的石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P。
本发明所要解决的问题之四在于提供一种电池负极的制备方法，包括如下步骤：
A1、按照质量比为85∶5∶10的比例，将石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
A2、将浆料涂覆在铜箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池负极。
所述电池负极的制备方法，步骤A1中，所述石墨烯的比表面积为100-2000m2/g；优选，所述石墨烯的比表面积为500-1000m2/g。
作为优选方案，石墨烯可以选用经改性后的石墨烯，如，氮掺杂石墨烯或硼掺杂石墨烯，且氮或硼的掺杂质量百分比为0.1～10％；这样，通过对石墨烯掺杂改性处理，进一步提高电池负极的容量。
本发明所要解决的问题之五在于提供一种电容电池，其包括上述制得的电池正极和电池负极、隔膜、电解液以及电池壳体；电池正极、隔膜、电池负极顺序叠片组装成电芯，电池壳体密封电芯，电解液盛装在电池壳体里。
所述电容电池中，所述电解液包括离子液体、锂盐和溶剂；所述电解液中，锂盐在电解液锂的摩尔浓度为1mol/L，离子液体与溶剂的体积比为1∶0.2～1。
所述电解液中，离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰亚胺)、四乙基铵四氟硼酸盐、N-丁基-N-甲基哌啶双(三氟甲磺酰亚胺)以及N-丁基-N-甲基吡咯烷双(三氟甲磺酰亚胺)中的至少一种；
所述电解液中，锂盐为LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2及LiAsF6中的至少一种；
所述电解液中，溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、r-丁内酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸甲丙酯、乙酸乙酯及乙腈中至少一种。
电解液中锂盐为正负极发生嵌锂-脱锂化学反应提供桥梁，电解液中的离子液体使正负极同时能够以双电层形式储能，也保证了电池的倍率。
本发明的电容电池，其通过将锂源接到到电池正极中，使石墨烯材料像锂离子正极材料(磷酸铁锂、钴酸锂等)等进行化学反应，又能像超级电容器的高比表面积电池正极进行双电层储能，由于发生的化学反应都是在电池正极的表面，没有锂离子电池中锂离子在固相中扩散的过程，因此，电池能在较高的倍率下进行充放电。
附图说明
图1为实施例1制得的电容电池结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。
实施例1
1、制备电池正极
首先、将10g氧化石墨加入到水中，超声分散1h，得到氧化石墨的分散液，再将锂源10g溶液将入到分散液中，搅拌5h，真空干燥，得到氧化石墨锂盐；
其次、按照质量比为85∶5∶10的比例，将8.5g氧化石墨锂盐、0.5g聚偏氟乙烯粘结剂以及1g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
最后、将浆料涂覆在铝箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池正极。
2、制备电池负极
首先、选用比表面积为100m2/g的氮掺杂石墨烯作为活性材料；其中，氮掺杂质量分数为0.1％；
其次、按照质量比为85∶5∶10的比例，将8.5g氮掺杂石墨烯、0.5g聚偏氟乙烯粘结剂以及1g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
最后、将浆料涂覆在铜箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池负极。
3、电容电池
首先，根据电容电池所需规格尺寸，将电池正极以及电池负极进行分切，得到正极片和负极片；同时，还分切隔膜，时隔膜的规格尺寸与正极片或负极片相一致；
其次，将正极片、隔膜、负极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后往通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入电解液(1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐+LiPF6/碳酸二甲酯+碳酸二乙酯)，密封注液口，得到电容电池，即锂离子电池；如图1所示，其中，正极片1、铝箔11、正极活性材料12、负极片2、铜箔21、负极活性材料22、隔膜3、电解液4、电池壳体5。
实施例2
1、制备电池正极
首先、将10g氧化石墨加入到水中，超声分散1h，得到氧化石墨的分散液，再将锂源50g溶液将入到分散液中，搅拌5h，真空干燥，得到氧化石墨锂盐；
其次、按照质量比为85∶5∶10的比例，将8g氧化石墨锂盐、0.47g聚偏氟乙烯粘结剂以及0.94g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
最后、将浆料涂覆在铝箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池正极。
2、制备电池负极
首先、选用比表面积为500m2/g的硼掺杂石墨烯作为活性材料；其中，硼掺杂质量分数为10％；
其次、按照质量比为85∶5∶10的比例，将8g硼掺杂石墨烯、0.47g聚偏氟乙烯粘结剂以及0.94g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
最后、将浆料涂覆在铜箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池负极。
3、电容电池
首先，根据电容电池所需规格尺寸，将电池正极以及电池负极进行分切，得到正极片和负极片；同时，还分切隔膜，时隔膜的规格尺寸与正极片或负极片相一致；
其次，将正极片、隔膜、负极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后往通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入电解液(1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐+LiBF4/碳酸丙烯酯+碳酸乙烯酯)，密封注液口，得到电容电池，即锂离子电池。
实施例3
1、制备电池正极
首先、将10g氧化石墨加入到水中，超声分散1h，得到氧化石墨的分散液，再将锂源20g溶液将入到分散液中，搅拌5h，真空干燥，得到氧化石墨锂盐；
其次、按照质量比为85∶5∶10的比例，将8.8g氧化石墨锂盐、0.52g聚偏氟乙烯粘结剂以及1.04g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
最后、将浆料涂覆在铝箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池正极。
2、制备电池负极
首先、选用比表面积为1000m2/g的氮掺杂石墨烯作为活性材料；其中，氮掺杂质量分数为10％；
其次、按照质量比为85∶5∶10的比例，将8.8g氮掺杂石墨烯、0.52g聚偏氟乙烯粘结剂以及1.04g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
最后、将浆料涂覆在铜箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池负极。
3、电容电池
首先，根据电容电池所需规格尺寸，将电池正极以及电池负极进行分切，得到正极片和负极片；同时，还分切隔膜，时隔膜的规格尺寸与正极片或负极片相一致；
其次，将正极片、隔膜、负极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后往通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入电解液(1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰亚胺)+LiBOB/碳酸丁烯酯+r-丁内酯)，密封注液口，得到电容电池，即锂离子电池。
实施例4
1、制备电池正极
首先、将10g氧化石墨加入到水中，超声分散1h，得到氧化石墨的分散液，再将锂源30g溶液将入到分散液中，搅拌5h，真空干燥，得到氧化石墨锂盐；
其次、按照质量比为85∶5∶10的比例，将7.8g氧化石墨锂盐、0.46g聚偏氟乙烯粘结剂以及0.92g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
最后、将浆料涂覆在铝箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池正极。
2、制备电池负极
首先、选用比表面积为1500m2/g的硼掺杂石墨烯作为活性材料；其中，硼掺杂质量分数为0.1％；
其次、按照质量比为85∶5∶10的比例，将7.8g硼掺杂石墨烯、0.46g聚偏氟乙烯粘结剂以及0.92g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
最后、将浆料涂覆在铜箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池负极。
3、电容电池
首先，根据电容电池所需规格尺寸，将电池正极以及电池负极进行分切，得到正极片和负极片；同时，还分切隔膜，时隔膜的规格尺寸与正极片或负极片相一致；
其次，将正极片、隔膜、负极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后往通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入电解液(四乙基铵四氟硼酸盐+LiCF3SO3/碳酸甲乙烯酯+碳酸甲丙酯)，密封注液口，得到电容电池，即锂离子电池。
实施例5
1、制备电池正极
首先、将10g氧化石墨加入到水中，超声分散1h，得到氧化石墨的分散液，再将锂源40g溶液将入到分散液中，搅拌5h，真空干燥，得到氧化石墨锂盐；
其次、按照质量比为85∶5∶10的比例，将7.5g氧化石墨锂盐、0.44g聚偏氟乙烯粘结剂以及0.88g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
最后、将浆料涂覆在铝箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池正极。
2、制备电池负极
首先、选用比表面积为2000m2/g的石墨烯作为活性材料；
其次、按照质量比为85∶5∶10的比例，将7.5g石墨烯、0.44g聚偏氟乙烯粘结剂以及0.88g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
最后、将浆料涂覆在铜箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池负极。
3、电容电池
首先，根据电容电池所需规格尺寸，将电池正极以及电池负极进行分切，得到正极片和负极片；同时，还分切隔膜，时隔膜的规格尺寸与正极片或负极片相一致；
其次，将正极片、隔膜、负极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后往通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入电解液(N-丁基-N-甲基哌啶双(三氟甲磺酰亚胺)+LiN(SO2CF3)2/乙酸乙酯+乙腈)，密封注液口，得到电容电池，即锂离子电池。
对比例1
对比例1与实施例1的不同之处在于：采用商用锂离子电池正极材料钴酸锂作电池正极的锂源，其他步骤均与实施例1的制备方法相同。
通过对实施例1～5和对比例1的电容电池的充放电测试；测试是在0.5C电流下进行的，测试结果如表1所示；通过对实施例1～5和对比例1制得的电容电池在0.5C、5C、10C电流下充放电测试，测试结果如表2所示。
表1电容电池充放电测试结果
 放电容量(mAh)   0.5C   5C/％   10C/％
 实施例1   1143   97％   92％
 实施例2   1252   95％   88％
 实施例3   1278   94％   85％
 实施例4   1348   83％   61％
 实施例5   1423   64％   50％
 对比例1   1132   38％   21％
表2电容电池充放电测试结果
  实施例1  实施例2  实施例3  实施例4  实施例5  对比例1
 容量(mAh)   1143  1252  1278  1348  1423  1132
表1和2可知，实施例1-5中制得的电容电池，在5C、10C电流的高倍率下保持的容量均较对比例1的容量较高，说明本发明制得的电容电池能在大倍率下工作。
应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池正极，包括铝箔以及涂覆在铝箔上的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料包括质量比为85∶5∶10的氧化石墨锂盐、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P。
2.一种电池正极的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
S1、将氧化石墨加入到水中，超声分散1h，得到氧化石墨的分散液，再将锂源溶液将入到分散液中，搅拌1-10h，真空干燥，得到氧化石墨锂盐；氧化石墨与锂源的质量比为1∶1～5；
S2、按照质量比为85∶5∶10的比例，将氧化石墨锂盐、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
S3、将浆料涂覆在铝箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池正极。
3.根据权利要求1所述的电池正极的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述锂源为碳酸锂或氢氧化锂。
4.一种电池负极，包括铜箔以及涂覆在铜箔上的负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料包括质量比为85∶5∶10的石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P。
5.一种电池负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A1、按照质量比为85∶5∶10的比例，将石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
A2、将浆料涂覆在铜箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池负极。
6.根据权利要求5所述的电池负极的制备方法，其特征在于，所述步骤A1中，所述石墨烯的比表面积为100-2000m2/g。
7.根据权利要求6所述的电池负极的制备方法，其特征在于，步骤A1中，所述石墨烯的比表面积为500-1000m2/g。
8.根据权利要求5、6或7所述的电池负极的制备方法，其特征在于，步骤A1中，所述石墨烯为氮掺杂石墨烯或硼掺杂石墨烯；所述氮或硼的掺杂质量百分比为0.1～10％。
9.一种电容电池，其特征在于，包括权利要求1所述的电池正极、权利要求4所述的电池负极、隔膜、电解液以及电池壳体；电池正极、隔膜、电池负极顺页序叠片组装成电芯，电池壳体密封电芯，电解液盛装在电池壳体里。
10.根据权利要求9所述的电容电池，其特征在于，所述电解液包括离子液体、锂盐和溶剂；其中，
离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰亚胺)、四乙基铵四氟硼酸盐、N-丁基-N-甲基哌啶双(三氟甲磺酰亚胺)以及N-丁基-N-甲基吡咯烷双(三氟甲磺酰亚胺)中的至少一种；
锂盐为LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2及LiAsF6中的至少一种；
溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、r-丁内酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸甲丙酯、乙酸乙酯及乙腈中至少一种。
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