CN105870403A - 锂离子电池正极片、制备方法及超级电容器复合电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂离子电池技术领域,特别涉及锂离子电池正极片、制备方法及超级电容器复合电池。该锂离子电池正极片包括正极铝箔基材,在正极铝箔基材的内表面和外表面均涂覆有碳材料涂层,在碳材料涂层外部设有正极层;所述碳材料涂层由质量百分含量0.5‑30%的碳材料和分散剂以及70‑99.5%的去离子水制成,其中,碳材料和分散剂的质量配比为5‑9:1‑5。包含该锂离子电池正极片的超级电容器复合电池,形成铝-碳-锂双电层超级电容器结构,在大倍率电流放电时,超级电容器可以在瞬间放出大电流,避免因电极内部锂离子迁移速率满而影响放电电流,获得了电池高能量密度并实现了高功率输出。
Description
(一)技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域,特别涉及一种锂离子电池正极片、制备方法及超级电容器复合电池。
(二)背景技术
近年来,受全球气候和人类生存环境恶化及能源危机的影响,人们对能量储存技术的兴趣日益增加。电池已被普遍用作移动电话,小型可携式摄像机,笔记本电脑,PC和电动工具和电动汽车中的能源。特别是电动汽车,目前已成为减少温室气体排放,解决汽车能源问题的热点。全球各国对新能源电池的研究和开发越来越深入和广泛。尤其是动力电池的开发成为关注的焦点。
由于锂二次电池具有比水溶液电解液的常规电池(如Mi-MH电池)高的驱动电压和能量密度,因此许多制造公司在商业上制造它们。但是,大多数锂二次电池的在高功率使用工况下,性能下降严重,制约了锂二次电池在动力电池上的推广。
超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知,插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷,从而使相间产生电位差。那么,如果在电解液中同时插入两个电极,并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压,这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动,并分别在两电极的表面形成紧密的电荷层,即双电层。超级电容器通常应用在高功率脉冲应用和瞬时功率保持工况下。但是超级电容器本身也存在着能量密度较低的问题,一般仅为锂离子电池几十分之一,不能适用大能量适用工况。
结合锂离子电池和超级电容器的优点,可在实现锂离子电池高能量密度的同时,实现高功率输出。部分企业通过在锂离子电池外串联或者并联超级电容器的方式,来实现这一系统。但是这种方式需要增加额外的控制电路,系统较复杂,成本较高。而在锂离子电池内部直接集成超级电容器可以简化这种系统,实现同样的效果。本发明就是提供一种能满足这种要求的锂离子电池正极片和超级电容器复合锂离子电池。
(三)发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足,提供了一种锂离子电池正极片、制备方法及超级电容器复合电池。
本发明是通过如下技术方案实现的:
一种锂离子电池正极片,包括正极铝箔基材,在正极铝箔基材的内表面和外表面均涂覆有碳材料涂层,在碳材料涂层外部设有正极层;
所述碳材料涂层由质量百分含量0.5-30%的碳材料和分散剂以及70-99.5%的去离子水制成,其中,碳材料和分散剂的质量配比为5-9:1-5;
所述碳材料选自活性炭、导电炭黑、石墨、膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯的一种或多种;
所述分散剂选自烷醇酰胺、烷基糖苷、烷基酚、芳基烷基酚、聚乙烯醇、聚乙烯醇与聚乙酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯烷酮、纤维素、淀粉、明胶、明胶衍生物、氨基酸聚合物、聚赖氨酸、聚天冬氨酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯磺酸酯、聚苯乙烯磺酸酯、聚甲基丙烯酸酯、芳族磺酸与甲醛的缩合产物、萘磺酸酯、木质素磺酸盐、丙烯酸单体的共聚物、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚丙烯胺、聚(2-乙烯基吡啶)、嵌段共聚醚、具有聚苯乙烯嵌段共聚醚或聚二烯丙基二甲基氯化铵的一种或多种。
所述正极铝箔基材的厚度为5um-50um;所述碳材料涂层的厚度为1-50um;所述正极层为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂。
上述锂离子电池正极片的制备方法,包括如下操作步骤:
(1)按上述比例将碳材料和分散剂一同加入到去离子水中混合,调节pH5-8,混合研磨0.5-24h,得涂层材料,备用;
(2)将步骤(1)制得的涂层材料均匀涂覆在所述正极铝箔基材的内表面和外表面,涂层厚度控制1-50um,干燥处理5-60min;
(3)在步骤(2)干燥处理后的涂层外部涂覆正极层,即得。
步骤(3)所述正极层为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂。
一种包括上述锂离子电池正极片的超级电容器复合电池,包括锂离子电池正极片、负极片和隔膜,所述锂离子电池正极片、负极片和隔膜之间采用叠片结构或卷绕结构设计,所述隔膜设于锂离子电池正极片和负极片之间;所述锂离子电池正极片包括正极铝箔基材,在正极铝箔基材的内表面和外表面均涂覆有碳材料涂层,在碳材料涂层外部设有正极层。
本发明的有益效果是:本发明锂离子电池正极片通过在正极铝箔基材表面涂覆特定材料制得的一定厚度的涂层,再用此基材制备得超级电容器复合锂电池。在水系体系下,涂层中碳材料会促进氧化铝在水中部分溶解,从而使氧化铝后面的铝金属暴露出来,铝金属性质很活泼,会类似于锂金属一样和碳材料形成嵌入化合物。该锂离子电池正极片上的涂层不但去掉了铝箔表面致密氧化层,产生更大的附着面积和附着力,而且作为储锂材料在电池充放电时可储存少量锂原子,形成铝-碳-锂双电层超级电容器结构;本发明正极片涂层厚度的控制尺寸,可使电容器在正负极距离很小的情况下得到较大的电容,从而在充放电时提供更大的充放电电流。由于电容器在电池内部只占了很小的一部分体积,大部分体积还是传统的锂电池结构,这样可以保持电池整体具有足够的高能量密度,从而实现了整个电池体系在保持电池高能量密度同时获得了实现了高功率输出。
锂离子电池在充电时,部分锂离子在极化作用下会嵌入在碳材料中,锂离子电池在放电时,正极电位降低、负极电位升高,电池整体电压降低。因正极相对电极电位更高,故整个电池体系电压降低主要取决于正极。在大电流放电情况下,正极得到电子和锂离子,锂离子从电池内部的负极经由隔膜传输到正极。由于电极内部离子迁移速率的限制,会出现得到电子的速率大于得到锂离子的速率,额外的电子宏观体现在正极电位的降低,即电池电压的降低,当体系电压降低过快低于放电电压时,电池就无法放出电量。而本发明超级电容器复合电池,当大电流放电时,外部电路转移来的额外的电子首先通过铝箔基材到达正极铝箔基材表面的碳材料涂层,碳材料涂层中嵌入的三价铝得到电子被还原成铝单质,消耗部分电子,过量的电子再到达电池正极发生氧化还原反应,因在同等放电条件下正极消耗的电子少于使用普通正极的电池,正极电位降低的速率亦小于使用普通正极的电池,宏观上体现为电池电压下降的更缓慢,电池可以放出更多容量。
(四)具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但本发明并不局限于此。
实施例1
一种锂离子电池正极片,包括厚度为5um正极铝箔基材,在正极铝箔基材的内表面和外表面均涂覆有1um的性炭涂层,在活性涂层外部设有钴酸锂正极层;
所述活性炭涂层由质量百分含量2%活性炭和烷醇酰胺以及98%去离子水制成,其中,活性炭和烷醇酰胺的质量配比为5:1;
上述锂离子电池正极片的制备方法,采用如下操作步骤:
(1)将75g活性炭、15g烷醇酰胺一同加入到4410g去离子水中混合,调节pH为5,使用胶体磨混合研磨0.5h,得涂层材料,备用;
(2)将步骤(1)制得的涂层材料均匀涂覆在所述正极铝箔基材的内表面和外表面,涂层厚度控制1um,干燥处理5min;
(3)在步骤(2)干燥处理后的涂层外部涂覆钴酸锂正极层,即得。
一种包括上述锂离子电池正极片的超级电容器复合电池,包括锂离子电池正极片、负极片和隔膜,所述锂离子电池正极片、负极片和隔膜之间采用叠片结构设计,所述隔膜设于锂离子电池正极片和负极片之间。该超级电容器复合电池以上述锂离子电池正极片作正极(LFP:PVDF:SP=940g:30g:30g)、人造石墨作为负极(C:CMC:SBR:SP=940g:20g:20g:20g),20Ah容量。
实施例2
一种锂离子电池正极片,包括厚度为50um正极铝箔基材,在正极铝箔基材的内表面和外表面均涂覆有50um的活性炭涂层,在活性涂层外部设有钴酸锂正极层;
所述碳材料涂层由质量百分含量20%的活性炭和烷醇酰胺以及80%的去离子水制成,其中,活性炭和烷醇酰胺的质量配比为9:5;
上述锂离子电池正极片的制备方法,采用如下操作步骤:
(1)将90g活性炭和50g烷醇酰胺一同加入到560g去离子水中混合,调节pH为8,使用胶体磨混合研磨24h,得涂层材料,备用;
(2)将步骤(1)制得的涂层材料均匀涂覆在所述正极铝箔基材的内表面和外表面,涂层厚度控制50um,干燥处理60min;
(3)在步骤(2)干燥处理后的涂层外部涂覆钴酸锂正极层,即得。
一种包括上述锂离子电池正极片的超级电容器复合电池,包括锂离子电池正极片、负极片和隔膜,所述锂离子电池正极片、负极片和隔膜之间采用卷绕结构设计,所述隔膜设于锂离子电池正极片和负极片之间。该超级电容器复合电池以上述锂离子电池正极片做正极(LFP:PVDF:SP=930g:35g:35g、人造石墨作为负极(C:CMC:SBR:SP=930g:20g:25g:25g),20Ah容量。
实施例3
一种锂离子电池正极片,包括厚度为35um正极铝箔基材,在正极铝箔基材的内表面和外表面均涂覆有25um的活性炭涂层,在活性涂层外部设有钴酸锂正极层;
所述活性炭涂层由质量百分含量9%活性炭和烷醇酰胺以及91%去离子水制成,其中,活性炭和烷醇酰胺的质量配比为7:3;
上述锂离子电池正极片的制备方法,采用如下操作步骤:
(1)将84g活性炭和36g烷氧化物一同加入到1213g去离子水中混合,调节pH为7,使用胶体磨混合研磨12h,得涂层材料,备用;
(2)将步骤(1)制得的涂层材料均匀涂覆在所述正极铝箔基材的内表面和外表面,涂层厚度控制25um,干燥处理25min;
(3)在步骤(2)干燥处理后的涂层外部涂覆钴酸锂正极层,即得。
一种包括上述锂离子电池正极片的超级电容器复合电池,包括锂离子电池正极片、负极片和隔膜,所述锂离子电池正极片、负极片和隔膜之间采用叠片结构设计,所述隔膜设于锂离子电池正极片和负极片之间。该超级电容器复合电池以上述锂离子电池正极片做正极(LFP:PVDF:SP=940g:30g:30g)、人造石墨作为负极(C:CMC:SBR:SP=940g:20g:20g:20g),20Ah容量。
实施例4:
一种锂离子电池正极片,包括厚度为20um正极铝箔基材,在正极铝箔基材的内表面和外表面均涂覆有15um的活性炭涂层,在活性涂层外部设有钴酸锂正极层;
所述活性炭涂层由质量百分含量5%活性炭和烷醇酰胺以及95%去离子水制成,其中,活性炭和烷醇酰胺的质量配比为6:2;
上述锂离子电池正极片的制备方法,采用如下操作步骤:
(1)将60g活性炭和20g烷氧化物一同加入到1520g去离子水中混合,调节pH为7,使用胶体磨混合研磨6h,得涂层材料,备用;
(2)将步骤(1)制得的涂层材料均匀涂覆在所述正极铝箔基材的内表面和外表面,涂层厚度控制15um,干燥处理15min;
(3)在步骤(2)干燥处理后的涂层外部涂覆钴酸锂正极层,即得。
一种包括上述锂离子电池正极片的超级电容器复合电池,包括锂离子电池正极片、负极片和隔膜,所述锂离子电池正极片、负极片和隔膜之间采用卷绕结构设计,所述隔膜设于锂离子电池正极片和负极片之间。该超级电容器复合电池以上述锂离子电池正极片做正极(LFP:PVDF:SP=940g:30g:30g)、人造石墨作为负极(C:CMC:SBR:SP=940g:20g:20g:20g),20Ah容量。
实施例5
一种锂离子电池正极片,包括厚度为42um正极铝箔基材,在正极铝箔基材的内表面和外表面均涂覆有35um的活性炭涂层,在活性涂层外部设有钴酸锂正极层;
所述活性炭涂层由质量百分含量14%活性炭和烷醇酰胺以及86%去离子水制成,其中,活性炭和烷醇酰胺的质量配比为2:1;
上述锂离子电池正极片的制备方法,采用如下操作步骤:
(1)将74g活性炭和37g烷氧化物一同加入到682g去离子水中混合,调节pH为8,使用胶体磨混合研磨18h,得涂层材料,备用;
(2)将步骤(1)制得的涂层材料均匀涂覆在所述正极铝箔基材的内表面和外表面,涂层厚度控制35um,干燥处理40min;
(3)在步骤(2)干燥处理后的涂层外部涂覆钴酸锂正极层,即得。
一种包括上述锂离子电池正极片的超级电容器复合电池,包括锂离子电池正极片、负极片和隔膜,所述锂离子电池正极片、负极片和隔膜之间采用叠片结构设计,所述隔膜设于锂离子电池正极片和负极片之间。该超级电容器复合电池以上述锂离子电池正极片做正极(LFP:PVDF:SP=940g:30g:30g)、人造石墨作为负极(C:CMC:SBR:SP=940g:20g:20g:20g),20Ah容量。
实施例6
一种锂离子电池正极片,包括厚度为5um正极铝箔基材,在正极铝箔基材的内表面和外表面均涂覆有1um的性炭涂层,在活性涂层外部设有钴酸锂正极层;
所述活性炭涂层由质量百分含量0.5%活性炭和烷醇酰胺以及99.5%去离子水制成,其中,活性炭和烷醇酰胺的质量配比为5:1;
上述锂离子电池正极片的制备方法,采用如下操作步骤:
(1)将3.125g活性炭、1.625g烷醇酰胺一同加入到995g去离子水中混合,调节pH为5,使用胶体磨混合研磨0.5h,得涂层材料,备用;
(2)将步骤(1)制得的涂层材料均匀涂覆在所述正极铝箔基材的内表面和外表面,涂层厚度控制1um,干燥处理5min;
(3)在步骤(2)干燥处理后的涂层外部涂覆钴酸锂正极层,即得。
一种包括上述锂离子电池正极片的超级电容器复合电池,包括锂离子电池正极片、负极片和隔膜,所述锂离子电池正极片、负极片和隔膜之间采用卷绕结构设计,所述隔膜设于锂离子电池正极片和负极片之间。该超级电容器复合电池以上述锂离子电池正极片作正极(LFP:PVDF:SP=940g:30g:30g)、人造石墨作为负极(C:CMC:SBR:SP=940g:20g:20g:20g),20Ah容量。
实施例7
一种锂离子电池正极片,包括厚度为50um正极铝箔基材,在正极铝箔基材的内表面和外表面均涂覆有50um的活性炭涂层,在活性涂层外部设有钴酸锂正极层;
所述碳材料涂层由质量百分含量30%的活性炭和烷醇酰胺以及70%的去离子水制成,其中,活性炭和烷醇酰胺的质量配比为9:5;
上述锂离子电池正极片的制备方法,采用如下操作步骤:
(1)将192g活性炭和108g烷醇酰胺一同加入到700g去离子水中混合,调节pH为8,使用胶体磨混合研磨24h,得涂层材料,备用;
(2)将步骤(1)制得的涂层材料均匀涂覆在所述正极铝箔基材的内表面和外表面,涂层厚度控制50um,干燥处理60min;
(3)在步骤(2)干燥处理后的涂层外部涂覆钴酸锂正极层,即得。
一种包括上述锂离子电池正极片的超级电容器复合电池,包括锂离子电池正极片、负极片和隔膜,所述锂离子电池正极片、负极片和隔膜之间采用卷绕结构设计,所述隔膜设于锂离子电池正极片和负极片之间。该超级电容器复合电池以上述锂离子电池正极片做正极(LFP:PVDF:SP=930g:35g:35g、人造石墨作为负极(C:CMC:SBR:SP=930g:20g:25g:25g),20Ah容量。
实施例8
如实施例1-7所述的锂离子电池正极片、其制备方法及超级电容器复合电池,所不同的是,所述活性炭涂层以导电炭黑、石墨、膨胀石墨、碳纳米管或石墨烯的一种或多种代替。
实施例9
如实施例1-8所述的锂离子电池正极片、其制备方法及超级电容器复合电池,所不同的是,所述烷醇酰胺以烷基糖苷、烷基酚、芳基烷基酚、聚乙烯醇、聚乙烯醇与聚乙酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯烷酮、纤维素、淀粉、明胶、明胶衍生物、氨基酸聚合物、聚赖氨酸、聚天冬氨酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯磺酸酯、聚苯乙烯磺酸酯、聚甲基丙烯酸酯、芳族磺酸与甲醛的缩合产物、萘磺酸酯、木质素磺酸盐、丙烯酸单体的共聚物、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚丙烯胺、聚(2-乙烯基吡啶)、嵌段共聚醚、具有聚苯乙烯嵌段共聚醚或聚二烯丙基二甲基氯化铵的一种或多种代替。
实施例10
一种锂离子电池正极片,包括厚度为40um正极铝箔基材,在正极铝箔基材的内表面和外表面均涂覆有40um的碳材料涂层,在碳材料涂层外部设有钴酸锂正极层;
所述碳材料涂层由质量百分含量10%碳纳米管、烷基糖苷和聚乙烯基吡咯烷酮以及90%去离子水制成,其中,碳纳米管和烷基糖苷、聚乙烯基吡咯烷酮的质量配比为7:3;
上述锂离子电池正极片的制备方法,采用如下操作步骤:
(1)将70g碳纳米管、20g烷基糖苷和10g聚乙烯基吡咯烷酮一同加入到900g去离子水中,调节pH为6,使用胶体磨混合研磨15h,得涂层材料,备用;
(2)将步骤(1)制得的涂层材料均匀涂覆在所述正极铝箔基材的内表面和外表面,涂层厚度控制40um,干燥处理25min;
(3)在步骤(2)干燥处理后的涂层外部涂覆钴酸锂正极层,即得。
一种包括上述锂离子电池正极片的超级电容器复合电池,包括锂离子电池正极片、负极片和隔膜,所述锂离子电池正极片、负极片和隔膜之间采用叠片结构设计,所述隔膜设于锂离子电池正极片和负极片之间。该超级电容器复合电池以上述锂离子电池正极片做正极(LFP:PVDF:SP=940g:30g:30g)、人造石墨作为负极(C:CMC:SBR:SP=940g:20g:20g:20g),20Ah容量。
实施例11
如实施例1-10所述的锂离子电池正极片、其制备方法及超级电容器复合电池,所不同的是,所述钴酸锂正极层以锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂的一种代替。
试验性能测试:
采用普通未处理正极铝箔基材,使用与上述各实施例的超级电容器复合电池的正、负极配方相同配方制作的普通锂离子电池进行对比测定,在25±3℃条件下,以1C倍率放电容量作为其基准容量,分别测试电池3C、5C、10C倍率下放电容量百分比和80%放电平台电压,测定结果如下表:
由上表可以看出,本发明的超级电容器复合电池相比普通锂离子电池具有更好的倍率放电性能。
Claims (7)
1.一种锂离子电池正极片,包括正极铝箔基材,其特征是:在正极铝箔基材的内表面和外表面均涂覆有碳材料涂层,在碳材料涂层外部设有正极层;
所述碳材料涂层由质量百分含量0.5-30%的碳材料和分散剂以及70-99.5%的去离子水制成,其中,碳材料和分散剂的质量配比为5-9:1-5;
所述碳材料选自活性炭、导电炭黑、石墨、膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯的一种或多种;
所述分散剂选自烷醇酰胺、烷基糖苷、烷基酚、芳基烷基酚、聚乙烯醇、聚乙烯醇与聚乙酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯烷酮、纤维素、淀粉、明胶、明胶衍生物、氨基酸聚合物、聚赖氨酸、聚天冬氨酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯磺酸酯、聚苯乙烯磺酸酯、聚甲基丙烯酸酯、芳族磺酸与甲醛的缩合产物、萘磺酸酯、木质素磺酸盐、丙烯酸单体的共聚物、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚丙烯胺、聚(2-乙烯基吡啶)、嵌段共聚醚、具有聚苯乙烯嵌段共聚醚或聚二烯丙基二甲基氯化铵的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极片,其特征是:所述正极铝箔基材的厚度为5um-50um;所述碳材料涂层的厚度为1-50um;所述正极层为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂。
3.一种如权利要求1或2所述的锂离子电池正极片的制备方法,其特征是:包括如下操作步骤:
(1)按上述比例将碳材料和分散剂一同加入到去离子水中混合,调节pH5-8,混合研磨0.5-24h,得涂层材料,备用;
(2)将步骤(1)制得的涂层材料均匀涂覆在所述正极铝箔基材的内表面和外表面,涂层厚度控制1-50um,干燥处理5-60min;
(3)在步骤(2)干燥处理后的涂层外部涂覆正极层,即得。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池正极片的制备方法,其特征是:步骤(3)所述正极层为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂的一种或多种。
5.一种包括权利要求1或2所述的锂离子电池正极片的超级电容器复合电池,其特征是:包括锂离子电池正极片、负极片和隔膜,所述锂离子电池正极片、负极片和隔膜之间采用叠片结构或卷绕结构设计,所述隔膜设于锂离子电池正极片和负极片之间;所述锂离子电池正极片包括正极铝箔基材,在正极铝箔基材的内表面和外表面均涂覆有碳材料涂层,在碳材料涂层外部设有正极层。
6.根据权利要求5所述的超级电容器复合电池,其特征是:所述碳材料涂层由质量百分含量2-20%的碳材料和分散剂以及80-98%的去离子水制成,其中,碳材料和分散剂的质量配比为5-9:1-5;
所述碳材料选自活性炭、导电炭黑、石墨、膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯的一种或多种;
所述分散剂选自烷醇酰胺、烷基糖苷、烷基酚、芳基烷基酚、聚乙烯醇、聚乙烯醇与聚乙酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯烷酮、纤维素、淀粉、明胶、明胶衍生物、氨基酸聚合物、聚赖氨酸、聚天冬氨酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯磺酸酯、聚苯乙烯磺酸酯、聚甲基丙烯酸酯、芳族磺酸与甲醛的缩合产物、萘磺酸酯、木质素磺酸盐、丙烯酸单体的共聚物、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚丙烯胺、聚(2-乙烯基吡啶)、嵌段共聚醚、具有聚苯乙烯嵌段共聚醚或聚二烯丙基二甲基氯化铵的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的超级电容器复合电池,其特征是:所述正极铝箔基材的厚度为5um-50um;所述碳材料涂层的厚度为1-50um;所述正极层为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106299256A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-01-04 | 华南师范大学 | 铅石墨烯电池负极板的制备方法 |
CN106653377A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-05-10 | 宁波中车新能源科技有限公司 | 一种大倍率混合电池电容及其制备方法 |
CN107591537A (zh) * | 2017-09-12 | 2018-01-16 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种正极单混浆料及其制备方法 |
CN108448088A (zh) * | 2018-03-15 | 2018-08-24 | 中航锂电(洛阳)有限公司 | 一种改性三元正极材料及其制备方法、锂离子电池 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102104140A (zh) * | 2010-12-29 | 2011-06-22 | 常州华科新能源科技有限公司 | 动力电池电极及其制备方法 |
CN102832392A (zh) * | 2012-06-27 | 2012-12-19 | 长沙业翔能源科技有限公司 | 一种集流体覆碳铝箔及其制备方法 |
-
2016
- 2016-05-16 CN CN201610329246.2A patent/CN105870403A/zh active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102104140A (zh) * | 2010-12-29 | 2011-06-22 | 常州华科新能源科技有限公司 | 动力电池电极及其制备方法 |
CN102832392A (zh) * | 2012-06-27 | 2012-12-19 | 长沙业翔能源科技有限公司 | 一种集流体覆碳铝箔及其制备方法 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106299256A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-01-04 | 华南师范大学 | 铅石墨烯电池负极板的制备方法 |
CN106299256B (zh) * | 2016-11-11 | 2019-06-18 | 华南师范大学 | 铅石墨烯电池负极板的制备方法 |
CN106653377A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-05-10 | 宁波中车新能源科技有限公司 | 一种大倍率混合电池电容及其制备方法 |
CN107591537A (zh) * | 2017-09-12 | 2018-01-16 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种正极单混浆料及其制备方法 |
CN108448088A (zh) * | 2018-03-15 | 2018-08-24 | 中航锂电(洛阳)有限公司 | 一种改性三元正极材料及其制备方法、锂离子电池 |
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C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20160817 |