CN106654356A - 一种电容型锂离子起停电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电容型锂离子起停电池，包括由正极片、负极片、隔膜构成的电芯、电解液、容纳电芯的外壳，正极片上的正极活性材料由尖晶石型的锰基含锂氧化物和碳材料按质量比(6：4)～(9：1)组成，尖晶石型的锰基含锂氧化物的化学式为：LiMnxNiyO4，1＜x＜1.6，0.4＜y＜1，碳材料为活性碳、石墨烯、碳纳米管、碳气凝胶中的一种或几种，碳材料的比表面积为1200m2/g以上；负极片上的负极活性材料为掺锆或表面碳包覆的钛酸锂。本发明对电池体系进行了优化，功率密度高，使用寿命长，安全性好，非常适合作为汽车内起停电机的供电电源。

Description

一种电容型锂离子起停电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种电容型锂离子起停电池。
背景技术
随着社会的发展，人们对出行方式提出了更高的要求，汽车已经成为方便出行的主要方式，然而，汽车的广泛应用对环境造成了较大的污染。而且，汽车在城市工况行驶时,车辆起停十分频繁,在交叉路口、红绿灯处等怠速停车的时间越来越长,在怠速停车时发动机仍保持怠速运转,汽车怠速时间占行车时间的30％以上,而且怠速工况下有相当一部分油耗浪费,而且会增加了废气排放量，加重了污染环境。怠速起停系统在传统内燃机上的启动电机上加装了驱动启动电机,用来控制发动机的启动和停止,即取消了发动机的怠速,从而降低油耗和排放。在停车是取消怠速和制动能量回收能使车辆燃油经济性有较大提高。
特别是近年国际上对节能环保汽车持续鼓励，低油耗节能车型，成为未来汽车市场主流。汽车上加装起停技术是实现低油节能的主要方式之一，因为该技术可节省燃油消耗5％以上。然而，目前起停电源主要用的是铅酸电池，存在环境污染大，使用寿命有限，累计成本高等缺点，迫切需要一种新型储能技术来替换。
发明内容
本发明是为了解决现有技术的起停电池所存在的上述问题，提供了一种功率密度高，使用寿命长，使用安全性好的锂离子电池技术领域。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电容型锂离子起停电池，包括由正极片、负极片、隔膜构成的电芯、电解液、容纳电芯的外壳，所述正极片包括正集流体及涂覆于正集流体上的正极材料，所述负极片包括涂覆于负集流体上的负极材料，所述正极材料由以下质量百分比的组分组成：60～81.4％正极活性材料，15～34.5％导电剂，3.6～5.5％正极粘结剂，所述正极活性材料由尖晶石型的锰基含锂氧化物和碳材料按质量比(6：4)～(9：1)组成，其中尖晶石型的锰基含锂氧化物的化学式为：LiMnxNiyO4，其中，1＜x＜1.6，0.4＜y＜1，碳材料为活性碳、石墨烯、碳纳米管、碳气凝胶中的一种或几种，碳材料的比表面积为1200m2/g以上；所述负极材料由以下质量百分比的组分组成：70～86％负极活性材料，3～15％石墨类导电剂，3～15％负极粘结剂，所述负极活性材料为掺锆或表面碳包覆的钛酸锂。本发明对电池体系进行了优化，正极活性材料采用尖晶石型的锰基含锂氧化物和碳材料，负极活性材料采用掺锆或表面碳包覆的钛酸锂，得到的电池功率密度高，使用寿命长，使用安全性好，非常适合作为汽车内起停电机的供电电源。
作为优选，所述正集流体为铝箔，所述负集流体为铜箔。
作为优选，所述正极粘结剂、负极粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚环氧乙烯、聚丙烯酸酯中的一种或多种。
作为优选，所述隔膜的基材为聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈或对苯二甲酸乙二酯，基材的表面上涂覆有无机氧化物涂料，所述无机氧化物涂料中的无机氧化物为Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、B2O3中的一种或几种。
作为优选，所述电解液包括锂盐、有机溶剂、防过充添加剂和高低温添加剂。
作为优选，所述电解液中的锂盐浓度为0.5～2mol/L，锂盐为LiPF6、LiClO4、LiBOB、LiAsF6、LiCF3SO3中的一种或多种。
作为优选，所述有机溶剂由以下体积百分含量的组分组成：25～30％碳酸二甲酯，15～20％碳酸甲乙酯，20～30％碳酸二乙酯，20～30％碳酸乙烯酯，0.5～4％碳酸亚乙烯酯，1～5％碳酸乙烯亚乙酯。本发明对溶剂组分进行了优化调整，能与本发明的正、负极片完美配合，且适用温度范围广，从而保证电池的电化学性能。
作为优选，所述防过充添加剂的添加量为电解液总质量的0.5～4.0％，防过充添加剂为联苯、环已苯或二甲苯。
作为优选，所述高低温添加剂的添加量为电解液总质量的0.5～4.0％，高低温添加剂为1,3-丙烷磺内酯、邻苯二甲酸酐或乙酸甲酯。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)对电池体系进行了优化，正极活性材料采用尖晶石型的锰基含锂氧化物和碳材料，负极活性材料采用掺锆或表面碳包覆的钛酸锂，同时对有机溶剂组分也进行了优化调整，得到的电池功率密度高，使用寿命长，使用安全性好，非常符合汽车的起停电池对功率和寿命的要求；
(2)与传统的启动电池比，本发明的电池具有更高的质量能量密度和体积能量密度，减轻了整车的重量，节约大量的空间，非常符合汽车的起停电池对质量轻和体积小的要求。
附图说明
图1是本发明实施例1中的电容型锂离子电池的循环性能图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
一种电容型锂离子起停电池，包括由正极片、负极片、隔膜构成的电芯、电解液、容纳电芯的外壳，隔膜的基材为聚乙烯，基材的表面上涂覆有无机氧化物涂料，无机氧化物涂料中的无机氧化物为TiO2，正极片包括正集流体(铝箔)及涂覆于正集流体上的正极材料，负极片包括涂覆于负集流体(铜箔)上的负极材料，正极材料由以下质量百分比的组分组成：60％正极活性材料，34.5％导电剂，5.5％正极粘结剂，正极活性材料由尖晶石型的锰基含锂氧化物和碳材料按质量比6：4组成，其中尖晶石型的锰基含锂氧化物的化学式为：LiMn1.2Ni0.8O4，碳材料为石墨烯，碳材料的比表面积为1800m2/g，正极粘结剂为聚偏氟乙烯；负极材料由以下质量百分比的组分组成：70％负极活性材料，15％石墨类导电剂，15％负极粘结剂，负极活性材料为掺锆的钛酸锂，负极粘结剂为聚偏氟乙烯；解液包括锂盐、有机溶剂、防过充添加剂和高低温添加剂，电解液中的锂盐浓度为0.5mol/L，锂盐为LiBOB，有机溶剂由以下体积百分含量的组分组成：25％碳酸二甲酯，20％碳酸甲乙酯，20％碳酸二乙酯，30％碳酸乙烯酯，4％碳酸亚乙烯酯，1％碳酸乙烯亚乙酯，防过充添加剂的添加量为电解液总质量的0.5％，防过充添加剂为二甲苯，高低温添加剂的添加量为电解液总质量的0.5％，高低温添加剂为邻苯二甲酸酐。
对根据本实施例中的体系制得的型号为12100120P，标称容量为7000mAh的锂离子电池进行充放电循环性能测试，最终的充放电循环性能曲线如图1所示。
通过图1可以看出，本发明的电容型锂离子起停电池循环性能优异。
本发明的电容型锂离子起停电池循环性能曲线相似，故在下述实施例中不再赘述。
实施例2
一种电容型锂离子起停电池，包括由正极片、负极片、隔膜构成的电芯、电解液、容纳电芯的外壳，隔膜的基材为聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈或对苯二甲酸乙二酯，基材的表面上涂覆有无机氧化物涂料，无机氧化物涂料中的无机氧化物为Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、B2O3中的一种或几种，正极片包括正集流体(铝箔)及涂覆于正集流体上的正极材料，负极片包括涂覆于负集流体(铜箔)上的负极材料，正极材料由以下质量百分比的组分组成：81.4％正极活性材料，15％导电剂，3.6％正极粘结剂，正极活性材料由尖晶石型的锰基含锂氧化物和碳材料按质量比9：1组成，其中尖晶石型的锰基含锂氧化物的化学式为：LiMn1.2Ni0.8O4，碳材料为活性碳和碳纳米管(质量比1:1)，碳材料的比表面积为1600m2/g，正极粘结剂为聚四氟乙烯和聚环氧乙烯(质量比1:2)，负极材料由以下质量百分比的组分组成：86％负极活性材料，3％石墨类导电剂，11％负极粘结剂，负极活性材料为表面碳包覆的钛酸锂，负极粘结剂为聚环氧乙烯和聚丙烯酸酯(质量比1:1)；解液包括锂盐、有机溶剂、防过充添加剂和高低温添加剂，电解液中的锂盐浓度为2mol/L，锂盐为LiPF6、LiClO4和LiCF3SO3(质量比1:2:1)，有机溶剂由以下体积百分含量的组分组成：30％碳酸二甲酯，15％碳酸甲乙酯，29.5％碳酸二乙酯，20％碳酸乙烯酯，0.5％碳酸亚乙烯酯，5％碳酸乙烯亚乙酯，防过充添加剂的添加量为电解液总质量的4.0％，防过充添加剂为联苯，高低温添加剂的添加量为电解液总质量的4.0％，高低温添加剂为1,3-丙烷磺内酯。
实施例3
一种电容型锂离子起停电池，包括由正极片、负极片、隔膜构成的电芯、电解液、容纳电芯的外壳，隔膜的基材为对苯二甲酸乙二酯，基材的表面上涂覆有无机氧化物涂料，无机氧化物涂料中的无机氧化物为Al2O3和SiO2(质量比1:2)，正极片包括正集流体(铝箔)及涂覆于正集流体上的正极材料，负极片包括涂覆于负集流体(铜箔)上的负极材料，正极材料由以下质量百分比的组分组成：70％正极活性材料，25％导电剂，5％正极粘结剂，正极活性材料由尖晶石型的锰基含锂氧化物和碳材料按质量比3：1组成，其中尖晶石型的锰基含锂氧化物的化学式为：LiMn1.2Ni0.6O4，碳材料为活性碳和碳气凝胶(质量比2:1)，碳材料的比表面积为1600m2/g，正极粘结剂为聚四氟乙烯和聚环氧乙烯(质量比2:1)；负极材料由以下质量百分比的组分组成：83％负极活性材料，14％石墨类导电剂，3％负极粘结剂，负极活性材料为表面碳包覆的钛酸锂，负极粘结剂为聚环氧乙烯和聚丙烯酸酯(质量比2:1)；解液包括锂盐、有机溶剂、防过充添加剂和高低温添加剂，电解液中的锂盐浓度为1.6mol/L，锂盐为LiPF6，有机溶剂由以下体积百分含量的组分组成：26％碳酸二甲酯，16％碳酸甲乙酯，30％碳酸二乙酯，25％碳酸乙烯酯，1％碳酸亚乙烯酯，2％碳酸乙烯亚乙酯，防过充添加剂的添加量为电解液总质量的2％，防过充添加剂为联苯，高低温添加剂的添加量为电解液总质量的1.5％，高低温添加剂为1,3-丙烷磺内酯。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种电容型锂离子起停电池，包括由正极片、负极片、隔膜构成的电芯、电解液、容纳电芯的外壳，所述正极片包括正集流体及涂覆于正集流体上的正极材料，所述负极片包括涂覆于负集流体上的负极材料，其特征在于，所述正极材料由以下质量百分比的组分组成：60～81.4％正极活性材料，15～34.5％导电剂，3.6～5.5％正极粘结剂，所述正极活性材料由尖晶石型的锰基含锂氧化物和碳材料按质量比(6：4)～(9：1)组成，其中尖晶石型的锰基含锂氧化物的化学式为：LiMnxNiyO4，其中，1＜x＜1.6，0.4＜y＜1，碳材料为活性碳、石墨烯、碳纳米管、碳气凝胶中的一种或几种，碳材料的比表面积为1200m2/g以上；所述负极材料由以下质量百分比的组分组成：70～86％负极活性材料，3～15％石墨类导电剂，3～15％负极粘结剂，所述负极活性材料为掺锆或表面碳包覆的钛酸锂。
2.根据权利要求1所述的一种电容型锂离子起停电池，其特征在于，所述正集流体为铝箔，所述负集流体为铜箔。
3.根据权利要求1所述的一种电容型锂离子起停电池，其特征在于，所述正极粘结剂、负极粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚环氧乙烯、聚丙烯酸酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种电容型锂离子起停电池，其特征在于，所述隔膜的基材为聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈或对苯二甲酸乙二酯，基材的表面上涂覆有无机氧化物涂料，所述无机氧化物涂料中的无机氧化物为Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、B2O3中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种电容型锂离子起停电池，其特征在于，所述电解液包括锂盐、有机溶剂、防过充添加剂和高低温添加剂。
6.根据权利要求5所述的一种电容型锂离子起停电池，其特征在于，所述电解液中的锂盐浓度为0.5～2mol/L，锂盐为LiPF6、LiClO4、LiBOB、LiAsF6、LiCF3SO3中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的一种电容型锂离子起停电池，其特征在于，所述有机溶剂由以下体积百分含量的组分组成：25～30％碳酸二甲酯，15～20％碳酸甲乙酯，20～30％碳酸二乙酯，20～30％碳酸乙烯酯，0.5～4％碳酸亚乙烯酯，1～5％碳酸乙烯亚乙酯。
8.根据权利要求5所述的一种电容型锂离子起停电池，其特征在于，所述防过充添加剂的添加量为电解液总质量的0.5～4.0％，防过充添加剂为联苯、环已苯或二甲苯。
9.根据权利要求5所述的一种电容型锂离子起停电池，其特征在于，所述高低温添加剂的添加量为电解液总质量的0.5～4.0％，高低温添加剂为1,3-丙烷磺内酯、邻苯二甲酸酐或乙酸甲酯。
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