CN106783166B - 一种高功率脉冲电池电容的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高功率脉冲电池电容的制备方法。它包括正极，负极，隔离膜，电解液锂盐；所述正极由多元复合金属锂氧化物、活性炭、聚偏氟乙稀粘结剂、羧甲基纤维素钠组成；所述负极由石墨、活性炭、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠组成；所述电解液锂盐由六氟磷酸锂、四氟硼酸锂组成；所述正极由按重量份数计为40～80份多元复合金属锂氧化物、10～40份活性炭、1～20份聚偏氟乙稀粘结剂、1～20份羧甲基纤维素钠组成；所述负极由按重量份数计为50～90份石墨、1～20份活性炭、1～20份丁苯橡胶、1～20份羧甲基纤维素钠组成。克服了传统电容器存在的自放电大的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及电池电容领域，更具体地说它是一种高功率脉冲电池电容的制备方法。
背景技术
随着通讯和智能仪表技术的发展，对电源的电流输出能力、使用温度、使用寿命等提出的更高的要求；例如自动抄表、智能水表和无市电供应情况下的通讯应用；目前的方案大多是使用功率型锂亚电池，但是锂亚电池存在功率输出不稳定、以及滞后问题。
锂亚能量型电池和电容并联组合的方式：电容优越的高功率脉冲性能，分担了绝大部分的高负载，由此来提高组合电池的高功率输出能力；两者并联使用后，锂亚电池平稳的工作电压可以持续给电容充电，使组合电池始终保持高开路电压和高功率的脉冲能力，且锂亚电池给电容持续充电的过程，也可以减小其自身的滞后。
传统的电容器存在自放电大、密封性差以及脉冲持续时间短的缺点，不能满足长寿命的使用需求。
现有专利号为CN201210591404.3，专利名称为《一种圆柱电池电容器》的专利为铝和不锈钢铆接，正极端可焊接部分为环形不如T头正极端利于成品电池电容的后续组合加工，先将正极耳铆接于盖住上，在产品卷绕时会受限于卷绕设备；
现有专利号为CN201510004218.9，专利名称为《一种基于复合正、负极材料的新型电池电容》主要正极主材料是锰酸锂，其材料本身不稳定，容易分解产生气体，产品的循环寿命衰减较快，使用寿命相对短，负极主材料是钛酸锂，钛酸锂比容量低，振实密度比较低，即单位体积容量小，会导致产品能量密度低，材料导电性差，大电流放电性能不佳，且存在产气的问题；
现有专利号为CN201510589365.7，专利名称为《基于复合镍钴铝/钛酸锂体系的电池电容及其制备方法》正极主材料是镍钴铝，其制备工艺复杂，成本高；负极主材料是钛酸锂，钛酸锂比容量低，振实密度比较低，即单位体积容量小，会导致产品能量密度低；材料导电性差，大电流放电性能不佳，且存在产气的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高功率脉冲电池电容的制备方法，其制备的高功率脉冲电池电容自放电低、密封性好、脉冲持续时间长。
为了实现本发明的目的，本发明的技术方案为：一种高功率脉冲电池电容的制备方法，其特征在于：包括高功率脉冲电池电容，高功率脉冲电池电容包括正极，负极，隔离膜，电解液锂盐；所述正极由多元复合金属锂氧化物(Li(NiFeCoMoMn)O2)、活性炭、聚偏氟乙稀粘结剂(PVDF)、羧甲基纤维素钠(CMC)组成；所述负极由石墨、活性炭、丁苯橡胶(SBR)、CMC组成；所述电解液锂盐由六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)组成；电容为圆柱形全密封结构；所述正极由按重量份数计为40～80份Li(NiFeCoMoMn)O2、10～40份活性炭、1～20份PVDF、1～20份CMC组成；所述负极由按重量份数计为50～90份石墨、1～20份活性炭、1～20份SBR、1～20份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为1～20份LiPF6、1～20份LiBF4组成；
其制备方法包括如下步骤：
步骤1：制备正极：称取上述重量分数的Li(NiFeCoMoMn)O2、活性炭、PVDF、CMC，搅拌均匀，得到正极浆料；将正极浆料涂覆于铝箔上，得到正极，正极尺寸为厚0.07～0.12mm×宽7.0～9.5mm×长360～450mm；
步骤2：制备负极：称取上述重量分数的石墨、活性炭、SBR、CMC，搅拌均匀，得到负极浆料；将负极浆料涂覆于铜箔上，得到负极，负极尺寸为厚0.07～0.12mm×7.0～9.5mm×370～470mm；
步骤3：使用12～16μm隔离膜分别将正极、负极卷绕成圆柱形卷芯，并装入电容外壳中；
步骤4：将电解液锂盐注入电容外壳中，完成装配；
步骤5：置于常温或30～70℃的高温中静置24～72小时，充电至3.6～4.0V。
在上述技术方案中，所述正极由按重量份数计为50～70份Li(NiFeCoMoMn)O2、10～30份活性炭、5～20份PVDF、1～10份CMC组成；所述负极由按重量份数计为60～90份石墨、5～20份活性炭、2～10份SBR、1～10份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为1～10份LiPF6、1～10份LiBF4组成。
在上述技术方案中，所述正极由按重量份数计为62～64份Li(NiFeCoMoMn)O2、19～21份活性炭、11～13份PVDF、5～7份CMC组成；所述负极由按重量份数计为74～76份石墨、14～16份活性炭、5～7份SBR、4～6份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为5～7份LiPF6、7～9份LiBF4组成。
在上述技术方案中，所述正极由按重量份数计为63份Li(NiFeCoMoMn)O2、20份活性炭、12份PVDF、6份CMC组成；所述负极由按重量份数计为75份石墨、15份活性炭、6份SBR、5份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为6份LiPF6、8份LiBF4组成。
在上述技术方案中，电容外壳由盖组和钢壳组成，所述盖组包括盖板、T头芯柱和玻璃绝缘子；电容内部由正极、负极、隔离膜卷绕而成，有正极连接条将正极和T头芯柱焊接在一起；钢壳底部有防爆设计；所述盖组主体为不锈钢材质；隔离膜材质为聚丙烯(PP)。T头芯柱为正极端。
在上述技术方案中正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔。
本发明具有如下优点：
(1)采用圆柱电池钢壳全密封结构，取代电容铝壳扣边结构，全密封焊接结构的漏气率为1.0×10-9Pa·m3/s(He),优于目前的半密封结构和铆接结构，保证良好的密封性；正极为Li(NiFeCoMoMn)O2和活性炭混合，负极为石墨和活性炭混合，利用活性炭的高导电性提高正负极的导电性，同时提高电容的高功率脉冲性能；而活性材料Li(NiFeCoMoMn)O2的配方可以提高电容的能量密度，脉冲持续时间长，降低传统电容的自放电；
(2)同时具备电池的能量密度和电容的功率密度，与锂亚能量型电池并联组合使用，可以满足长期高倍率脉冲的需求；
(3)正极主材料是Li(NiFeCoMoMn)O2，材料性能稳定，产品的寿命长；负极主材料是石墨，此碳材料的能量密度高、导电好、价格低廉，且性能稳定；
(4)钢壳底部有防爆设计，对钢壳底部进行防爆试验验证，防爆钢壳底部可在6～8MPa范围内定向泄放；当由于使用不当引起电池电容内部压力过大时，钢壳底部的泄放部位开裂，从而提高电池安全可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例制得的一种高功率脉冲电池电容与一次性锂亚能量型电池并联后的脉冲功率曲线图；图中，Ⅰ代表实施例1、Ⅱ代表实施例2、Ⅲ代表实施例3、Ⅳ代表实施例4、V代表实施例5、VI代表实施例6、VII代表实施例7、VIII代表实施例8、IX代表实施例9、X代表实施例10。
图2为本发明对比试验各组与一次性锂亚能量型电池并联后脉冲功率曲线图；图中，A代表第一组，B代表第二组，C代表第三组。
图3为23℃、20mA恒流放电电流下的各组放电曲线图；图中，A代表第一组，B代表第二组，C代表第三组。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
一种高功率脉冲电池电容的制备方法，包括一种高功率脉冲电池电容的方法，一种高功率脉冲电池电容包括正极，负极，隔离膜，电解液锂盐；所述正极由Li(NiFeCoMoMn)O2、活性炭、PVDF、CMC组成；所述负极由石墨、活性炭、SBR、CMC组成；所述电解液锂盐由LiPF6、LiBF4组成；电容为圆柱形全密封结构；所述正极由按重量份数计为40～80份Li(NiFeCoMoMn)O2、10～40份活性炭、1～20份PVDF、1～20份CMC组成；所述负极由按重量份数计为50～90份石墨、1～20份活性炭、1～20份SBR、1～20份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为1～20份LiPF6、1～20份LiBF4组成；
其制备方法包括如下步骤：
步骤1：制备正极：称取上述重量分数的Li(NiFeCoMoMn)O2、活性炭、PVDF、CMC，搅拌均匀，得到正极浆料；将正极浆料涂覆于铝箔上，得到正极，正极尺寸为厚0.07～0.12mm×宽7.0～9.5mm×长360～450mm；
步骤2：制备负极：称取上述重量分数的石墨、活性炭、SBR、CMC，搅拌均匀，得到负极浆料；将负极浆料涂覆于铜箔上，得到负极，负极尺寸为厚0.07～0.12mm×7.0～9.5mm×370～470mm；
步骤3：使用12～16μm隔离膜分别将正极、负极卷绕成圆柱形卷芯，并装入电容外壳中；
步骤4：将电解液锂盐注入电容外壳中，完成装配；
步骤5：置于常温或30～70℃的高温中静置24～72小时，充电至3.6～4.0V。
进一步地，所述正极由按重量份数计为50～70份Li(NiFeCoMoMn)O2、10～30份活性炭、5～20份PVDF、1～10份CMC组成；所述负极由按重量份数计为60～90份石墨、5～20份活性炭、2～10份SBR、1～10份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为1～10份LiPF6、1～10份LiBF4组成。
进一步地，所述正极由按重量份数计为62～64份Li(NiFeCoMoMn)O2、19～21份活性炭、11～13份PVDF、5～7份CMC组成；所述负极由按重量份数计为74～76份石墨、14～16份活性炭、5～7份SBR、4～6份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为5～7份LiPF6、7～9份LiBF4组成。
更进一步地，所述正极由按重量份数计为63份Li(NiFeCoMoMn)O2、20份活性炭、12份PVDF、6份CMC组成；所述负极由按重量份数计为75份石墨、15份活性炭、6份SBR、5份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为6份LiPF6、8份LiBF4组成。
更进一步地，电容外壳由盖组和钢壳组成，所述盖组包括盖板、T头芯柱和玻璃绝缘子；电容内部由正极、负极、隔离膜卷绕而成，有正极连接条将正极和T头芯柱焊接在一起；钢壳底部有防爆设计；所述盖组主体为不锈钢材质；隔离膜材质为PP。
更进一步地，正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔。
实施例1
一种高功率脉冲电池电容，所述正极由按重量份数计为40份Li(NiFeCoMoMn)O2、40份活性炭、5份PVDF、20份CMC组成；所述负极由按重量份数计为50份石墨、1份活性炭、5份SBR、6份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为6份LiPF6、20份LiBF4组成。
制备上述所述的一种高功率脉冲电池电容的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：制备正极：称取上述重量分数的Li(NiFeCoMoMn)O2、活性炭、PVDF、CMC，搅拌均匀，得到正极浆料；将正极浆料涂覆于铝箔上，得到正极，正极尺寸为厚0.07～0.12mm×宽7.0～9.5mm×长360～450mm；
步骤2：制备负极：称取上述重量分数的石墨、活性炭、SBR、CMC，搅拌均匀，得到负极浆料；将负极浆料涂覆于铜箔上，得到负极，负极尺寸为厚0.07～0.12mm×7.0～9.5mm×370～470mm；
步骤3：使用12～16μm隔离膜分别将正极、负极卷绕成圆柱形卷芯，并装入电容外壳中；
步骤4：将电解液锂盐注入电容外壳中，完成装配；
步骤5：置于常温或30～70℃的高温中静置24～72小时，充电至3.6～4.0V。
实施例2
一种高功率脉冲电池电容，所述正极由按重量份数计为80份Li(NiFeCoMoMn)O2、10份活性炭、13份PVDF、1份CMC组成；所述负极由按重量份数计为90份石墨、5份活性炭、7份SBR、1份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为7份LiPF6、15份LiBF4组成。
其制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种高功率脉冲电池电容，所述正极由按重量份数计为63份Li(NiFeCoMoMn)O2、20份活性炭、12份PVDF、6份CMC组成；所述负极由按重量份数计为75份石墨、15份活性炭、6份SBR、5份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为6份LiPF6、8份LiBF4组成。
其制备方法与实施例1相同。
实施例4
一种高功率脉冲电池电容，所述正极由按重量份数计为70份Li(NiFeCoMoMn)O2、10份活性炭、11份PVDF、5份CMC组成；所述负极由按重量份数计为60份石墨、20份活性炭、10份SBR、10份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为1份LiPF6、9份LiBF4组成。
其制备方法与实施例1相同。
实施例5
一种高功率脉冲电池电容，所述正极由按重量份数计为50份Li(NiFeCoMoMn)O2、30份活性炭、12份PVDF、10份CMC组成；所述负极由按重量份数计为74份石墨、16份活性炭、2份SBR、6份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为10份LiPF6、8份LiBF4组成。
其制备方法与实施例1相同。
实施例6
一种高功率脉冲电池电容，所述正极由按重量份数计为64份Li(NiFeCoMoMn)O2、19份活性炭、1份PVDF、15份CMC组成；所述负极由按重量份数计为60份石墨、15份活性炭、1份SBR、20份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为20份LiPF6、7份LiBF4组成。
其制备方法与实施例1相同。
实施例7
一种高功率脉冲电池电容，所述正极由按重量份数计为62份Li(NiFeCoMoMn)O2、21份活性炭、8份PVDF、7份CMC组成；所述负极由按重量份数计为76份石墨、14份活性炭、20份SBR、4份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为5份LiPF6、1份LiBF4组成。
其制备方法与实施例1相同。
实施例8
一种高功率脉冲电池电容，所述正极由按重量份数计为63份Li(NiFeCoMoMn)O2、10份活性炭、20份PVDF、5份CMC组成；所述负极由按重量份数计为80份石墨、10份活性炭、2份SBR、8份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为20份LiPF6、10份LiBF4组成。
其制备方法与实施例1相同。
实施例9
一种高功率脉冲电池电容，所述正极由按重量份数计为65份Li(NiFeCoMoMn)O2、22份活性炭、14份PVDF、8份CMC组成；所述负极由按重量份数计为77份石墨、17份活性炭、8份SBR、7份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为8份LiPF6、10份LiBF4组成。
其制备方法与实施例1相同。
实施例10
一种高功率脉冲电池电容，所述正极由按重量份数计为65份Li(NiFeCoMoMn)O2、20份活性炭、20份PVDF、5份CMC组成；所述负极由按重量份数计为50份石墨、10份活性炭、2份SBR、5份CMC组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为6份LiPF6、5份LiBF4组成。
其制备方法与实施例1相同。
上述实施例制得的一种高功率脉冲电池电容与一次性锂亚能量型电池并联脉冲功率曲线如图1所示：脉冲电流800mA，脉冲时间2s，休眠时间为15s；图1中电压为每一次脉冲放电的末端电压。
从图1可以看出，实施例3的脉冲功率较高，实施例5脉冲功率较低。
下面通过对比试验来说明本发明所述的一种高功率脉冲电池电容与传统电容器在脉冲功率方面的效果比较：
第一组(对照组)：传统电容器。
第二组(实验组)：本发明实施例3制得的一种高功率脉冲电池电容。
第三组(实验组)：本发明实施例5制得的一种高功率脉冲电池电容。
上述各实验组、对照组分别与一次性锂亚能量型电池并联脉冲功率曲线如图2所示：图2为对比传统电容器与本发明电池电容在高功率脉冲应用的效果图，将上述各实验组、对照组分别与一次性锂亚能量型电池并联后进行脉冲放电，脉冲电流800mA，脉冲时间2s，休眠时间为15s；图2中电压为每一次脉冲放电的末端电压。
上述各实验组、对照组在23℃、20mA恒流放电电流下的各组放电曲线如图3所示。
从图2、图3可以看出，第二组、第三组与一次性锂亚能量型电池并联脉冲功率、放电曲线较第一组高，第二组与一次性锂亚能量型电池并联脉冲功率、放电曲线较第三组高；由此可以看出，本发明实施例制得的一种高功率脉冲电池电容优于传统电容器、且本发明实施例3制得的一种高功率脉冲电池电容优于实施例5。
其它未说明的部分均属于现有技术。
Claims (6)
1.一种高功率脉冲电池电容的制备方法，其特征在于：包括高功率脉冲电池电容，高功率脉冲电池电容包括正极，负极，隔离膜，电解液锂盐；所述正极由多元复合金属锂氧化物、活性炭、聚偏氟乙稀粘结剂、羧甲基纤维素钠组成；所述负极由石墨、活性炭、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠组成；所述电解液锂盐由六氟磷酸锂、四氟硼酸锂组成；电容为圆柱形全密封结构；所述正极由按重量份数计为40～80份多元复合金属锂氧化物、10～40份活性炭、1～20份聚偏氟乙稀粘结剂、1～20份羧甲基纤维素钠组成；所述负极由按重量份数计为50～90份石墨、1～20份活性炭、1～20份丁苯橡胶、1～20份羧甲基纤维素钠组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为1～20份六氟磷酸锂、1～20份四氟硼酸锂组成；
其制备方法包括如下步骤：
步骤1：制备正极：称取上述重量分数的多元复合金属锂氧化物、活性炭、聚偏氟乙稀粘结剂、羧甲基纤维素钠，搅拌均匀，得到正极浆料；将正极浆料涂覆于铝箔上，得到正极，正极尺寸为厚0.07～0.12mm×宽7.0～9.5mm×长360～450mm；
步骤2：制备负极：称取上述重量分数的石墨、活性炭、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠，搅拌均匀，得到负极浆料；将负极浆料涂覆于铜箔上，得到负极，负极尺寸为厚0.07～0.12mm×7.0～9.5mm×370～470mm；
步骤3：使用12～16μm隔离膜分别将正极、负极卷绕成圆柱形卷芯，并装入电容外壳中；
步骤4：将电解液锂盐注入电容外壳中，完成装配；
步骤5：置于常温或30～70℃的高温中静置24～72小时，充电至3.6～4.0V。
2.根据权利要求1所述的一种高功率脉冲电池电容的制备方法，其特征在于：所述正极由按重量份数计为50～70份多元复合金属锂氧化物、10～30份活性炭、5～20份聚偏氟乙稀粘结剂、1～10份羧甲基纤维素钠组成；所述负极由按重量份数计为60～90份石墨、5～20份活性炭、2～10份丁苯橡胶、1～10份羧甲基纤维素钠组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为1～10份六氟磷酸锂、1～10份四氟硼酸锂组成。
3.根据权利要求1或2所述的一种高功率脉冲电池电容的制备方法，其特征在于：所述正极由按重量份数计为62～64份多元复合金属锂氧化物、19～21份活性炭、11～13份聚偏氟乙稀粘结剂、5～7份羧甲基纤维素钠组成；所述负极由按重量份数计为74～76份石墨、14～16份活性炭、5～7份丁苯橡胶、4～6份羧甲基纤维素钠组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为5～7份六氟磷酸锂、7～9份四氟硼酸锂组成。
4.根据权利要求3所述的一种高功率脉冲电池电容的制备方法，其特征在于：所述正极由按重量份数计为63份多元复合金属锂氧化物、20份活性炭、12份聚偏氟乙稀粘结剂、6份羧甲基纤维素钠组成；所述负极由按重量份数计为75份石墨、15份活性炭、6份丁苯橡胶、5份羧甲基纤维素钠组成；所述电解液锂盐由按重量份数计为6份六氟磷酸锂、8份四氟硼酸锂组成。
5.根据权利要求4所述的一种高功率脉冲电池电容的制备方法，其特征在于：电容外壳由盖组和钢壳组成，所述盖组包括盖板、T头芯柱和玻璃绝缘子；电容内部由正极、负极、隔离膜卷绕而成，有正极连接条将正极和T头芯柱焊接在一起；钢壳底部有防爆设计；所述盖组主体为不锈钢材质；隔离膜材质为聚丙烯。
6.根据权利要求5所述的一种高功率脉冲电池电容的制备方法，其特征在于：正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔。
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