CN104795249A - 一种基于复合正、负极材料的新型电池电容 - Google Patents

一种基于复合正、负极材料的新型电池电容 Download PDF

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Abstract

本发明涉及新能源储能器件领域,具体涉及一种基于复合正、负极材料的新型电池电容。所述电池电容包括正级、负极、导电剂、粘结剂、电解液、隔膜和腐蚀铝箔片,所述电池电容以锰酸锂和活性炭的复合材料为正极,以钛酸锂和活性炭的复合材料为负极。本发明采用锰酸锂和钛酸锂的复合电极的有益效果是,通过活性炭的引入大大提升电极材料的导电性能和部分电容储能的特性,显著改善了产品的倍率性能,满足了大电流充放的需要;对锰酸锂和钛酸锂的掺杂包覆处理可以解决产气、溶解等问题,提高了循环寿命;复合导电剂的使用可以更好的构建导电网络,进一步提升功率密度。

Description

一种基于复合正、负极材料的新型电池电容
技术领域
本发明涉及新能源储能器件领域,具体涉及一种基于复合正、负极材料的新型电池电容。
背景技术
钛酸锂(Li4Ti5O12)具有富锂的尖晶石结构。和石墨负极相比,理论容量较低(170mAh/g),电压较高(1.5V vs Li),这两点无疑都降低了钛酸锂的比能量,但是除此之外的一系列优点使其成为了一种极具吸引力的候选负极材料。首先在循环过程中形变量十分地小,这让Li4Ti5O12有着很好的循环稳定性;此外,没有电解质分解因而没有SEI膜生成;具有优良的倍率性能、低温充放电性能以及热稳定性。
相较于市场现有的石墨/钴酸锂体系,钛酸锂/锰酸锂体系的优势包括:卓越而近乎完美的安全性、优秀的循环寿命、可以实现快速充放电、锰酸锂具备的整体成本优势等。
但是钛酸锂和锰酸锂的电子电导率都比较低,另外在多次充放电循环时,存在有胀气、锰在电解质溶液中溶解等缺陷,因而大大制约了这种体系的功率性能和循环寿命,难以满足电动乘用车等绿色新能源领域快速充放、长期使用的需要。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题,提供一种基于复合正、负极材料的新型电池电容。该电容器能在保持高比能量、高安全性的基础上显著提升功率性能和循环寿命。
为了达到上述发明目的,本发明采用以下技术方案:
一种基于复合正、负极材料的新型电池电容,所述电池电容包括正级、负极、导电剂、粘结剂、电解液、隔膜和腐蚀铝箔片,所述电池电容以锰酸锂和活性炭的复合材料为正极,以钛酸锂和活性炭的复合材料为负极。
作为优选,所述锰酸锂为经过碳、金属、金属氧化物中的一种或几种包覆或掺杂的锰酸锂,钛酸锂为经过碳或者石墨烯掺杂和包覆以及球化处理的钛酸锂,优选方案为以纳米金属氧化物为前驱体混合掺杂元素合成的纳米复合锰酸锂和纳米复合钛酸锂,粒径小于500nm。
作为优选,所述导电剂为导电碳黑、碳纳米管或单层石墨烯,所述的粘结剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。
作为优选,所述电解液的溶质为高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂、四氟硼酸四乙基铵盐中的至少一种,电解液的溶剂为乙腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或者几种,电解液的添加剂为三(五氟化苯基)硼、磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、二氮苯基酮中的一种或几种。
作为优选,所述隔膜为聚丙烯、聚乙烯所构成的单层或多层薄膜。
作为优选,所述电池电容的制作包括以下步骤:
(1)以正极材料的总质量为100%,将65-91%的锰酸锂、2-15%活性炭、4-10%粘结剂、3%-10%导电剂混合于氮甲基吡咯烷酮或者去离子水中,高速搅拌形成正极浆料,经涂覆设备均匀使涂层涂覆在腐蚀铝箔的上下两面上,以2.9-3.2g/cm3大小的密度碾压、冲切制成正极极片;
(2)以负极材料的总质量为100%,将65-90%的钛酸锂、2-15%的活性炭、5-10%的粘结剂、3-10%的导电剂混合于氮甲基吡咯烷酮或者去离子水中,高速搅拌形成负极浆料,经涂覆设备使涂层均匀涂覆在腐蚀铝箔的两面上,以1.8-2.2g/cm3大小的密度碾压、冲切制成负极极片;
(3)按照正、负极电极活性物质1-2:1的质量比进行电极的匹配,采用“Z”型叠片的方式制作电芯,经干燥、封装后获得产品。
本发明与现有技术相比,有益效果是:
1本发明采用锰酸锂和钛酸锂的复合电极的有益效果是,通过活性炭的引入大大提升电极材料的导电性能和部分电容储能的特性,显著改善了产品的倍率性能,满足了大电流充放的需要;
2对锰酸锂和钛酸锂的掺杂包覆处理可以解决产气、溶解等问题,提高了循环寿命;
3复合导电剂的使用可以更好的构建导电网络,进一步提升功率密度。
附图说明
图1是本发明的实施例的电芯结构示意图。
图中:1正极极片,2负极极片,3隔膜,4电解液。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
如果无特殊说明,本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料,实施例中所采用的方法,均为本领域的常规方法。
实施例1:
图1为简化的电芯示意图,仅对本发明的构成进行示意说明。图1所示的新型电池电容,包括了正极极片1和负极极片2。正、负极片的两面均均匀涂覆有锰酸锂(钛酸锂)、活性炭、粘结剂、导电剂所混合的浆料。隔膜3以“Z”字的形式将正、负极极片完全包裹并彻底隔离,电解液4充盈于电池电容的结构中,浸润正、负极片和隔膜。
本发明的制备过程如下:
将锰酸锂、活性炭、导电剂(SuperP+石墨烯)、粘结剂(PVDF)按照质量比88:5:3:4的比例称取后溶解于氮甲基吡咯烷酮中,利用高速搅拌设备在真空下搅拌4小时形成均匀浆料,使用涂覆设备均匀涂覆于腐蚀铝箔的两面上,涂覆的同时进行阶梯式干燥,干燥完的电极以2.9g/cm3的密度碾压,然后利用冲片机得到正极极片。
将钛酸锂、活性炭、导电剂(SuperP+石墨烯+碳纳米管)、粘结剂(PVDF)按照质量比85:5:5:5的比例称取后溶解于氮甲基吡咯烷酮中,利用高速搅拌设备在真空下搅拌4小时形成均匀浆料,使用涂覆设备均匀涂覆于腐蚀铝箔的两面上,涂覆的同时进行阶梯式干燥,干燥完的电极以2.1g/cm3的密度碾压,然后利用冲片机得到负极极片。
使用美国Celgard公司型号为C480的隔膜,电解液使用1M LiPF6和0.5M SBP为溶质,以体积比1:1:1的EC、DEC、DMC为溶剂。将一定厚度以1.5:1的正、负极活性物质比匹配正、负极极片,使用隔膜将正、负极极片隔开制成电芯,真空干燥24小时,在手套箱中注电解液后封装于铝塑膜中,静置12h后进行化成和二次封装,得到产品。80mA/g电流密度下进行恒流充放测试,电池电容的比容量为60mAh/g,经过20000次循环后,容量保持率有80%。
以上述依据发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更和修改。本项发明技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种基于复合正、负极材料的新型电池电容,其特征在于,所述电池电容包括正级、负极、导电剂、粘结剂、电解液、隔膜和腐蚀铝箔片,所述电池电容以锰酸锂和活性炭的复合材料为正极,以钛酸锂和活性炭的复合材料为负极。
2.根据权利要求1所述的一种基于复合正、负极材料的新型电池电容,其特征在于,所述锰酸锂为经过碳、金属、金属氧化物中的一种或几种包覆或掺杂的锰酸锂,钛酸锂为经过碳或者石墨烯掺杂和包覆以及球化处理的钛酸锂,优选方案为以纳米金属氧化物为前驱体混合掺杂元素合成的纳米复合锰酸锂和纳米复合钛酸锂,粒径小于500nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于复合正、负极材料的新型电池电容,其特征在于,所述导电剂为导电碳黑、碳纳米管或单层石墨烯,所述的粘结剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。
4.根据权利要求1所述的一种基于复合正、负极材料的新型电池电容,其特征在于,所述电解液的溶质为高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂、四氟硼酸四乙基铵盐中的至少一种,电解液的溶剂为乙腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或者几种,电解液的添加剂为三(五氟化苯基)硼、磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、二氮苯基酮中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种基于复合正、负极材料的新型电池电容,其特征在于,所述隔膜为聚丙烯、聚乙烯所构成的单层或多层薄膜。
6.根据权利要求1所述的一种基于复合正、负极材料的新型电池电容,其特征在于,所述电池电容的制作包括以下步骤:
(1)以正极材料的总质量为100%,将65-91%的锰酸锂、2-15%活性炭、4-10%粘结剂、3%-10%导电剂混合于氮甲基吡咯烷酮或者去离子水中,高速搅拌形成正极浆料,经涂覆设备均匀使涂层涂覆在腐蚀铝箔的上下两面上,以2.9-3.2g/cm3大小的密度碾压、冲切制成正极极片;
(2)以负极材料的总质量为100%,将65-90%的钛酸锂、2-15%的活性炭、5-10%的粘结剂、3-10%的导电剂混合于氮甲基吡咯烷酮或者去离子水中,高速搅拌形成负极浆料,经涂覆设备使涂层均匀涂覆在腐蚀铝箔的两面上,以1.8-2.2g/cm3大小的密度碾压、冲切制成负极极片;
(3)按照正、负极电极活性物质1-2:1的质量比进行电极的匹配,采用“Z”型叠片的方式制作电芯,经干燥、封装后获得产品。
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