CN105405669A - 一种动力型电池电容 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种动力型电池电容，属于新能源储能器件技术领域。包括正极、隔膜、负极，正极或/和负极由复合电极材料制备，所述的复合电极材料包括A类活性物质、B类活性物质、粘结剂和导电剂，其中，A类活性物质与B类活性物质的质量比为1：1到1：4。用复合电极材料制成正极时，A类活性物质包括LiCoO2、LiMn2O4、LiMnO2、LiNiO2、LiFePO4、LiMnPO4、LiNi0.8Co0.2O2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2中的一种或多种；用复合电极材料制成负极时，A类活性物质包括钛酸锂、石墨、人造石墨、MCMB、软炭、硬碳中的一种或多种。且A类活性物质与B类活性物质的粒径比为4：6到6：4。本发明提高了电池电容的倍率性能和大功率充放电能力，从而使得其在满足应用工况的情况下达到最佳的循环寿命。

Description

一种动力型电池电容
技术领域
本发明具体涉及一种动力型电池电容，属于新能源储能器件技术领域。
背景技术
超级电容和锂离子电池是目前市场上最为热门的两个储能器件。锂离子电池是一种能量密度大，平均输出电压高，自放电小并且不含有毒物质的绿色二次电池。经过了将近二十年的发展，锂离子电池已经能达到100Wh/kg到150Wh/kg，工作电压最大可达4V。超级电容是基于双电层储能原理以及可逆性较高的氧化还原准电容原理的储能器件，具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等优点，同时也具有能量密度相对较低等劣势。
锂离子电池和超级电容在比能量和比功率上的差异决定了两者充放电速率的差异，而在实际的应用中，由于超级电容和锂离子电池具有各自突出的优点以及局限性，两者结合起来的并联式或者串联式电池电容的应用弥补了这一块的空白。由于锂离子电池电容自身的突出特性，往往将其应用在动力电源等相关领域，在实际使用过程中，动力电源存在的问题就是大电流充电以及反复充放的问题。
基于目前轨道交通领域对于纯电动驱动或者混合电动驱动的交通工具对于储能器件的要求，混合型的电池电容是目前最有前景的解决方案。其方法为，在锂电的正负极一极或者两极中加入一定比例的电容碳，用于改善大电流充放电能力和循环寿命，效果显著。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种具有较好倍率性能，大功率充放电能力的动力型电池电容。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种动力型电池电容，包括正极、隔膜、负极，正极或/和负极由复合电极材料制备，所述的复合电极材料包括A类活性物质、B类活性物质、粘结剂和导电剂，其中，A类活性物质与B类活性物质的质量比为1：1到1：4。
本发明动力型电池电容用A类活性物质与B类活性物质复合的电极材料按质量比1：1到1：4制成，可以大幅度提高电池电容的比能量、比功率和循环高稳定性的综合性能。在本发明动力型电池电容中若A类活性物质的含量过多，会使电池电容的比功率下降，循环寿命下降；若B类活性物质过多，电池电容的比能量会急剧下降。因此根据动力型电池电容在应用过程中对循环寿命和比功率的要求，选择B类活性物质的质量大于A类活性物质的质量，使得其在保证一定能量密度情况下，大幅度提高寿命循环和充放电倍率。
在上述的动力型电池电容中，用复合电极材料制成正极时，A类活性物质包括LiCoO2、LiMn2O4、LiMnO2、LiNiO2、LiFePO4、LiMnPO4、LiNi0.8Co0.2O2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2中的一种或多种。
在上述的动力型电池电容中，用复合电极材料制成负极时，A类活性物质包括钛酸锂、石墨、人造石墨、MCMB、软炭、硬碳中的一种或多种。
在上述的动力型电池电容中，复合电极材料中A类活性物质与B类活性物质的粒径比为4：6到6：4。本发明通过将复合电极材料中A类活性物质与B类活性物质的粒径比控制在4：6到6：4，使得粒径相当的A类活性物质和B类活性物质的表面和堆积空隙有足够的空间包裹导电剂，进而提高电池电容的倍率性能和大功率充放电能力。另外负极也可将通过控制A类活性物质与B类活性物质的粒径比保证电池电容的性能。且无论A类活性物质与B类活性物质的粒径比是过大还是过小都会导致堆积密度下降、比能量下降、比功率下降。
进一步优选，A类活性物质与B类活性物质的粒径比为4：4到5：4。
在上述的动力型电池电容中，复合电极材料中B类活性物质包括活性炭、介孔碳、碳气凝胶、碳纤维、碳纳米管、炭黑、硬炭、石墨烯中的一种或多种。用上述种类的B类活性物质分别与正负极的A类活性物质复配，可进一步提高电池电容的倍率性能、大功率充放电能力以及使用寿命。
在上述的动力型电池电容中，复合电极材料中粘结剂包括SBR、CMC、PTFE、PVDF中的一种或者几种。
在上述的动力型电池电容中，复合电极材料中导电剂包括导电炭黑、科琴炭、石墨烯、碳纳米管中的一种或者几种。
与现有技术相比，本发明正极或/和负极通过采用A类活性物质与B类活性物质的复合，并通过控制电极活性物质的粒径，进一步提高电池电容的倍率性能和大功率充放电能力，从而使得其在满足应用工况的情况下达到最佳的循环寿命。
附图说明
图1为本发明实施例3中电池电容的复合正极的SEM扫描图。
图2为本发明实施例3中电池电容的复合负极的SEM扫描图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例结合附图说明，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
将LiMnPO4、硬炭、粘结剂和碳纳米管按2:8:1:1混合，高速搅拌形成正极浆料；将正极浆料均匀涂覆在腐蚀铝箔的两面上，碾压、冲切制成复合正极，电极密度为0.81g/cm3；LiMnPO4的粒径为10μm，硬炭的粒径为8μm；
将得到的复合正极与隔膜、石墨负极进行组装，然后干燥，注入电解液、封装，得到本发明的动力型电池电容。
实施例2
将钛酸锂、活性炭、粘结剂和电炭黑按4:4:1:1混合，高速搅拌形成负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在腐蚀铝箔的两面上，碾压、冲切制成复合负极，电极密度为1.05g/cm3；钛酸锂的粒径为4μm，活性炭的粒径为7μm；
将得到的复合负极与隔膜、三元NCA正极进行组装，然后干燥，注入电解液、封装，得到本发明的动力型电池电容。
实施例3
将LiFePO4、活性炭、粘结剂和导电炭黑按2:6:1:1混合，高速搅拌形成正极浆料；将正极浆料均匀涂覆在腐蚀铝箔的两面上，碾压、冲切制成复合正极，电极密度为0.96g/cm3；LiFePO4的粒径为10μm，活性炭的粒径为8μm；
将人造石墨、活性炭、粘结剂和导电炭黑按2:6:1:1混合，高速搅拌形成负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在铜箔的两面上，碾压、冲切制成复合负极，电极密度为1.24g/cm3；人造石墨的粒径为8μm，活性炭的粒径为8μm；
将复合正极与隔膜、复合负极进行组装，然后干燥，注入电解液、封装，得到本发明的动力型电池电容。
实施例4
将LiCoO2、介孔碳、粘结剂和石墨烯按3.6:4.4:1:1混合，高速搅拌形成正极浆料；将正极浆料均匀涂覆在腐蚀铝箔的两面上，碾压、冲切制成复合正极，电极密度为1.89g/cm3；LiCoO2的粒径为4μm，介孔碳的粒径为6μm；
将得到的复合正极与隔膜、石墨负极进行组装，然后干燥，注入电解液、封装，得到本发明的动力型电池电容。
实施例5
将石墨、石墨烯、粘结剂和科琴炭按4:4:1:1混合，高速搅拌形成负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在铜箔的两面上，碾压、冲切制成复合负极，电极密度为0.64g/cm3；石墨的粒径为8μm，石墨烯的片层大小为6μm；
将得到的复合负极与隔膜、三元NCA正极进行组装，然后干燥，注入电解液、封装，得到本发明的动力型电池电容。
实施例6
将LiCoO2、活性炭、粘结剂和导电炭黑按3:5:1:1混合，高速搅拌形成正极浆料；将正极浆料均匀涂覆在腐蚀铝箔的两面上，碾压、冲切制成复合正极，电极密度为1.12g/cm3；LiCoO2的粒径为4μm，活性炭的粒径为6μm；
将钛酸锂、硬炭、粘结剂和导电炭黑按3.5:4.5:1:1混合，高速搅拌形成负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在腐蚀铝箔的两面上，碾压、冲切制成复合负极，电极密度为1.45g/cm3；钛酸锂的粒径为3μm，硬炭的粒径为4μm；
将复合正极与隔膜、复合负极进行组装，然后干燥，注入电解液、封装，得到本发明的动力型电池电容。
上述实施例中所述的粘结剂包括SBR、CMC、PTFE、PVDF中的一种或者几种。
将实施例1-6中制得的电池电容经过0.2C化成后进行倍率性能测试，测试结果如表1所示。
表1：实施例1-6中电池电容经过0.2C化成后的倍率性能测试结果
将实施例3中的复合正极经过SEM扫描，如图1所示。将实施例3中的复合负极经过SEM扫描，如图2所示。从图1可知，磷酸铁锂颗粒、活性炭和导电炭黑颗粒混合均匀，且活性炭和磷酸铁锂粒径大小相近，均匀分布。从图2可知，人造石墨和活性炭粒径较为均匀，导电炭黑均匀包覆在人造石墨和活性炭的混合物表面，分散较为均匀。
综上所述，本发明动力型电池电容具有优异的倍率性能和大功率充放电能力。
另外，本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (8)

1.一种动力型电池电容，包括正极、隔膜、负极，其特征在于，正极或/和负极由复合电极材料制备，所述的复合电极材料包括A类活性物质、B类活性物质、粘结剂和导电剂，其中，A类活性物质与B类活性物质的质量比为1：1到1：4。
2.根据权利要求1所述的一种动力型电池电容，其特征在于，用复合电极材料制成正极时，A类活性物质包括LiCoO2、LiMn2O4、LiMnO2、LiNiO2、LiFePO4、LiMnPO4、LiNi0.8Co0.2O2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种动力型电池电容，其特征在于，用复合电极材料制成负极时，A类活性物质包括钛酸锂、石墨、人造石墨、MCMB、软炭、硬碳中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种动力型电池电容，其特征在于，复合电极材料中A类活性物质与B类活性物质的粒径比为4：6到6：4。
5.根据权利要求4所述的一种动力型电池电容，其特征在于，复合电极材料中A类活性物质与B类活性物质的粒径比为4：4到5：4。
6.根据权利要求1或4或5所述的一种动力型电池电容，其特征在于，复合电极材料中B类活性物质包括活性炭、介孔碳、碳气凝胶、碳纤维、碳纳米管、炭黑、硬炭、石墨烯中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种动力型电池电容，其特征在于，复合电极材料中粘结剂包括SBR、CMC、PTFE、PVDF中的一种或者几种。
8.根据权利要求1所述的一种动力型电池电容，其特征在于，复合电极材料中导电剂包括导电炭黑、科琴炭、石墨烯、碳纳米管中的一种或者几种。
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