CN105489391A - 高能量高功率密度的锂离子超级电容器 - Google Patents

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宗继月
葛衫
王勇
张敬捧
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Abstract

本发明涉及一种高能量高功率密度的锂离子超级电容器，属于锂电池领域。本发明采用的技术方案是：高能量高功率密度的锂离子超级电容器，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，所述正极片表面涂覆由正极活性物质、导电剂、分散剂及粘结剂组成的正极浆料；所述负极片表面涂覆由负极活性物质、导电剂及粘结剂组成的负极浆料，其特征是，正极活性物质为镍钴铝酸锂，导电剂为双组份导电剂，如导电炭黑和石墨导电剂KS-15，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇，粘结剂为油性粘结剂聚偏氟乙烯；负极活性物质为活性炭，导电剂为导电炭黑或科琴黑，粘结剂为水性粘结剂，如丙烯酸酯或丙烯酸乳液。

Description

高能量高功率密度的锂离子超级电容器
技术领域
本发明涉及一种高能量高功率密度的锂离子超级电容器，属于锂电池领域。
背景技术
随着现代社会信息化和智能化的高速发展，以及环境污染和能源匮乏日渐严重，社会对储能元件的容量和输出功率要求越来越高。目前，锂离子电池和电容器等被业界广泛关注。锂离子电池具有能量密度高、自放电率低等优点，但倍率性能不理想，功率密度较低。超级电容器虽然具有功率密度高、循环寿命长等优点，但能量密度相对较低，而且自放电率较大。
为了满足高能量密度、高输出特性的需求，近年来，将锂离子电池和双电层电容器储电原理结合的、被称之为混合超级电容器的储电装置引人注目。混合超级电容器的两极采用不同材料，一极是双电层电极，另一极是赝电容电极，其中，赝电容电极材料为锂离子电池电极材料的混合超级电容器又称为锂离子超级电容器。镍钴铝酸锂（NCA）是一种新的高能量密度的正极材料且成本相对较低，与其它正极材料相比较，NCA材料具有较高的比容量（≥190mAh/g），近年来成为动力电池领域的研究热点之一。若能够使用镍钴铝酸锂材料匹配活性炭制备锂离子超级电容器，使其具有高能量密度特性的同时具有高功率密度特性，势必会在电动汽车上有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种高能量高功率密度的锂离子超级电容器，使其兼具锂离子电池的高能力密度特性和双电层电容器的高功率密度特性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
高能量高功率密度的锂离子超级电容器，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，所述正极片表面涂覆由正极活性物质、导电剂、分散剂及粘结剂组成的正极浆料；所述负极片表面涂覆由负极活性物质、导电剂及粘结剂组成的负极浆料，其特征是，正极活性物质为镍钴铝酸锂，导电剂为双组份导电剂，如导电碳黑和石墨导电剂KS-15，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇，粘结剂为油性粘结剂聚偏氟乙烯；负极活性物质为活性炭，导电剂为导电碳黑或科琴黑，粘结剂为水性粘结剂，如丙烯酸酯或丙烯酸乳液。
作为优选，所述正极片涂覆层中各组分的质量百分比为：正极活性物质79~96.9%，导电剂2~10%，分散剂0.1~1%，粘结剂1~10%，所述负极片涂覆层中各组分的质量百分比为：正极活性物质活性炭80~95%，导电剂4~10%，粘结剂1~10%。
作为优选，正极浆料涂层双面面密度为380~400g/m2，压实密度3.4~3.8g/cm3。
作为优选，所述正极极片和负极片中活性物质质量比为0.25~1。
作为优选，所述电解液为5.0V高压锂离子电解液。
本发明的优点与效果是：本发明使用镍钴铝酸锂（NCA）作为锂离子超级电容器的正极活性物质，镍钴铝酸锂是一种新的高能量密度的正极材料且成本相对较低，与其它正极材料相比较，镍钴铝酸锂材料具有较高的比容量（≥190mAh/g），同时使用5.0V高压电解液，使得锂离子超级电容器电压可以达到3.65V，较大的提高了锂离子超级电容器的能量密度，使其兼具锂离子电池的高能量密度特性和双电层电容器的高功率密度特性。
附图说明
图1为实施例1中锂离子超级电容器充放电曲线。
具体实施方式
高能量高功率密度的锂离子超级电容器，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，所述正极片表面涂覆由正极活性物质、导电剂、分散剂及粘结剂组成的正极浆料；所述负极片表面涂覆由负极活性物质、导电剂及粘结剂组成的负极浆料。
正极活性物质为镍钴铝酸锂，导电剂为双组份导电剂导电碳黑和石墨导电剂KS-15，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇，粘结剂为油性粘结剂聚偏氟乙烯；负极活性物质为活性炭，导电剂为导电碳黑或科琴黑，粘结剂为水性粘结剂丙烯酸酯或丙烯酸乳液。
正极片涂覆层中各组分的质量百分比为：正极活性物质79~96.9%，导电剂2~10%，分散剂0.1~1%，粘结剂1~10%，所述负极片涂覆层中各组分的质量百分比为：正极活性物质活性炭80~95%，导电剂4~10%，粘结剂1~10%。正极浆料涂层双面面密度为380~400g/m2，压实密度3.4~3.8g/cm3。正极极片和负极片中活性物质质量比为0.25~1。电解液为5.0V高压锂离子电解液。
实施例1
锂离子超级电容器采用我司2.7V/10F导针型圆柱超级电容器用铝壳（直径12.5mm，高26.5mm），该锂离子超级电容器的正极片由91.9%正极活性物质镍钴铝酸锂，3%导电碳黑，2%石墨导电剂KS-15，0.1%分散剂聚乙烯吡咯烷酮和3%粘结剂聚偏氟乙烯组成，正极双面面密度为390g/m2，压实密度为3.5g/cm3；负极片由85%负极活性物质活性炭，7%导电剂碳黑，8%粘结剂丙烯酸酯或丙烯酸乳液组成，涂布负极片时，满足正极片中活性物质与负极片中活性物质质量比为0.5。正负极片通过聚丙烯微孔隔膜隔离并卷绕形成卷芯，电解液为5.0V高压锂离子电解液，其他为我司10F圆柱超级电容器常规工艺技术。锂离子超级电容器检测时的电压范围为3.0V~3.65V。
图1为镍钴铝酸锂/活性炭锂离子超级电容器的充放电曲线图（充放电电流为25mA），容量为100F，较大提高了容量密度特性，同时保持了较高的功率密度特性。
实施例2
锂离子超级电容器采用我司2.7V/10F导针型圆柱超级电容器用铝壳（直径12.5mm，高26.5mm），该锂离子超级电容器的正极片由91.7%正极活性物质镍钴铝酸锂，3%导电碳黑，2%石墨导电剂KS-15，0.3%分散剂聚乙烯吡咯烷酮和3%粘结剂聚偏氟乙烯组成，正极双面面密度为390g/m2，压实密度为3.5g/cm3；负极片由85%负极活性物质活性炭，7%导电碳黑，8%粘结剂丙烯酸酯或丙烯酸乳液组成，涂布负极片时，满足正极片中活性物质与负极片中活性物质质量比为0.5。正负极片通过聚丙烯微孔隔膜隔离并卷绕形成卷芯，电解液为5.0V高压锂离子电解液，其他为我司10F圆柱超级电容器常规工艺技术。锂离子超级电容器检测时的电压范围为3.0V~3.65V。
实施例3
锂离子超级电容器采用我司2.7V/10F导针型圆柱超级电容器用铝壳（直径12.5mm，高26.5mm），该锂离子超级电容器的正极片由91.5%正极活性物质镍钴铝酸锂，3%导电碳导电碳黑，2%石墨导电剂KS-15，0.5%分散剂聚乙烯吡咯烷酮和3%粘结剂聚偏氟乙烯组成，正极双面面密度为390g/m2，压实密度为3.5g/cm3；负极片由85%负极活性物质活性炭，7%导电碳导电碳黑，8%粘结剂丙烯酸酯或丙烯酸乳液组成，涂布负极片时，满足正极片中活性物质与负极片中活性物质质量比为0.5。正负极片通过聚丙烯微孔隔膜隔离并卷绕形成卷芯，电解液为5.0V高压锂离子电解液，其他为我司10F圆柱超级电容器常规工艺技术。锂离子超级电容器检测时的电压范围为3.0V~3.65V。
上述具体实施例中，正负极打浆均使用行星搅拌机，行星搅拌机使用广州红运混合设备有限公司产品，聚偏氟乙烯为美国Solef聚偏氟乙烯5130，活性炭、导电碳黑和石墨导电剂KS-15为汇普工业化学品有限公司生产，镍钴铝酸锂使用深圳天骄科技开发有限公司产品，电解液选用5.0V高压电解液，为北京化学试剂研究所生产。

Claims (5)

1.一种高能量高功率密度的锂离子超级电容器，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，所述正极片表面涂覆由正极活性物质、导电剂、分散剂及粘结剂组成的正极浆料；所述负极片表面涂覆由负极活性物质、导电剂及粘结剂组成的负极浆料，其特征是，正极活性物质为镍钴铝酸锂，导电剂为双组份导电剂导电碳黑和石墨导电剂KS-15，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇，粘结剂为油性粘结剂聚偏氟乙烯；负极活性物质为活性炭，导电剂为导电碳黑或科琴黑，粘结剂为水性粘结剂丙烯酸酯或丙烯酸乳液。
2.根据权利要求1所述的高能量高功率密度的锂离子超级电容器，其特征在于，所述正极片涂覆层中各组分的质量百分比为：正极活性物质79~96.9%，导电剂2~10%，分散剂0.1~1%，粘结剂1~10%，所述负极片涂覆层中各组分的质量百分比为：正极活性物质活性炭80~95%，导电剂4~10%，粘结剂1~10%。
3.根据权利要求2所述的高能量高功率密度的锂离子超级电容器，其特征是，正极浆料涂层双面面密度为380~400g/m2，压实密度3.4~3.8g/cm3。
4.根据权利要求3所述的高能量高功率密度的锂离子超级电容器，其特征是，所述正极极片和负极片中活性物质质量比为0.25~1。
5.根据权利要求1-4任一所述的高能量高功率密度的锂离子超级电容器，其特征是，所述电解液为5.0V高压锂离子电解液。
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