CN106848292A - 一种电容型锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电容型锂离子电池，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含锂基镍钴锰氧化物与碳材料按质量比(6：4)～(9：1)组成，其中，含锂基镍钴锰氧化物的化学式为：LiNixCoyMn1‑x‑yO2，0.1＜x＜1，0.1＜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。本发明中对电池体系进行了优化改进，得到的电池具有使用寿命长，倍率性能好，功率密度高，使用温度范围广泛，安全性优异等优点。

Description

一种电容型锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，尤其是涉及一种电容型锂离子电池。
背景技术
随着世界经济迅猛发展，与此同时伴随而来的环境问题也日益突出，严重影响了人们的生产和生活.因此温室效应、资源短缺、“三废”排放、臭氧层空洞等环境问题越发受到人们的关注，环境保护成为一种大趋势。近年来，在电池领域，锂离子电池凭借电压高、性能稳定、自放电小、无记忆效应等优势，有效地解决了传统铅酸电池污染大、能耗高的不足，它作为一种可循环使用的高效洁净新能源，正在成为一种缓解能源、资源和环境问题的重要技术途径之一。但是锂离子电池同时存在倍率性能差，功率密度底，循环寿命短等局限性。近年来，新开发的一种型储能器件超级电容器，其具有倍率性能好，功率密度大，循环寿命长等优势，在一定程度上弥补锂离子电池的不足。但是超级电容器也存在能量密度相对较低，而且自放电率较大等劣势。
为了满足高能量密度，大倍率充放电，长使用寿命的要求，提出了一种锂离子电池与电容器结合成混合型锂离子电池电容的储能装置。目前，主要的方式为负极采用传统的石墨为活性材料，正极采用锂离子嵌入化合物与活性碳混合为正极，其方式制备的锂离子电池电容器表现出高能量密度和高功率的优点，但是，由于负极石墨固有性质的局限性，无法使这种体系表现出高倍率，长循环寿命优势，从而在一定程度上限制了锂离子电池电容的应用范围。
发明内容
本发明的目的是为了提供了一种使用寿命长，倍率性能好，功率密度高，使用温度范围广泛，安全性优异的电容型锂离子电池。
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含锂基镍钴锰氧化物与碳材料按质量比(6：4)～(9：1)组成，其中，含锂基镍钴锰氧化物的化学式为：LiNixCoyMn1-x-yO2，0.1＜x＜1，0.1＜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改进，负极活性材料采用掺锆或表面碳包覆的钛酸锂，正极活性材料采用含锂基镍钴锰氧化物与碳材料，同时对电解液进行了优化调整，得到的电池具有使用寿命长，倍率性能好，功率密度高，使用温度范围广泛，安全性优异等优点，在储能和汽车动力电池等领域的具有广泛的应用空间。
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，20～40％碳酸乙烯酯，0.5～4％碳酸亚乙烯酯，1～5％碳酸乙烯亚乙酯。
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。
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。
因此，本发明具有如下有益效果：对电池体系进行了优化改进，负极活性材料采用掺锆或表面碳包覆的钛酸锂，正极活性材料采用含锂基镍钴锰氧化物与碳材料，同时对电解液进行了优化调整，得到的电池具有使用寿命长，倍率性能好，功率密度高，使用温度范围广泛，安全性优异等优点，在储能和汽车动力电池等领域的具有广泛的应用空间。
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充放曲线图。
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Al2O3；正极片包括正集流体及涂覆于正集流体(铝箔)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，正极粘结剂为聚偏氟乙烯；正极活性材料由含锂基镍钴锰氧化物与碳材料按质量比6：4组成，其中，含锂基镍钴锰氧化物的化学式为：LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2，碳材料为活性碳，碳材料的比表面积为1200m2/g，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；电解液包括锂盐、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LiPF6；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％，防过充添加剂为联苯；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1,3-丙烷磺内酯。
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性能测试，最终的充放电曲线如图1所示。
通过图1可以看出，本发明的电容型锂离子电池循环性能优异。
本发明的电容型锂离子电池循环性能曲线相似，故不在下述实施例中赘述。
实施例2
一种电容型锂离子电池，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，隔膜的基材为聚丙烯，基材的表面上涂覆有无机氧化物涂料，无机氧化物为SiO2和TiO2(质量比1:1)；正极片包括正集流体及涂覆于正集流体(铝箔)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；正极活性材料由含锂基镍钴锰氧化物与碳材料按质量比9：1组成，其中，含锂基镍钴锰氧化物的化学式为：LiNi0.3Co0.5Mn0.2O2，碳材料为石墨烯和碳纳米管(质量比1：2)，碳材料的比表面积为1800m2/g，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1表面碳包覆的钛酸锂，负极粘结剂为聚四氟乙烯；电解液包括锂盐、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LiClO4和LiBOB(质量比1:1)；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，30％碳酸二乙酯，20％碳酸乙烯酯，0.5％碳酸亚乙烯酯，4.5％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％，防过充添加剂为环已苯；高低温添加剂的添加量为电解液总质量的4.0％，高低温添加剂为邻苯二甲酸酐。
实施例3
一种电容型锂离子电池，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、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TiO2和ZrO2(质量比1:3)；正极片包括正集流体及涂覆于正集流体(铝箔)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：80％正极活性材料，16％导电剂，4％正极粘结剂，正极粘结剂为聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯(质量比1:1)；正极活性材料由含锂基镍钴锰氧化物与碳材料按质量比4:1组成，其中，含锂基镍钴锰氧化物的化学式为：LiNi0.3Co0.3Mn0.4O2，碳材料为碳气凝胶，碳材料的比表面积为1600m2/g，负极材料由以下质量百分比的组分组成：84％负极活性材料，13％石墨类导电剂，3～15％负极粘结剂，负极活性材料为掺锆或表面碳包覆的钛酸锂，负极粘结剂为聚丙烯酸酯；电解液包括锂盐、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1.2mol/L，锂盐为LiBOB和LiCF3SO3(质量比为1:1)；有机溶剂由以下体积百分含量的组分组成：25％碳酸二甲酯，15％碳酸甲乙酯，21.5％碳酸二乙酯，30％碳酸乙烯酯，3.5％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1.5％，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1.0％，高低温添加剂乙酸甲酯。
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含锂基镍钴锰氧化物与碳材料按质量比(6：4)～(9：1)组成，其中，含锂基镍钴锰氧化物的化学式为：LiNixCoyMn1-x-yO2，0.1＜x＜1，0.1＜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。
5.根据权利要求4所述的一种电容型锂离子电池，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。
6.根据权利要求4所述的一种电容型锂离子电池，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，20～40％碳酸乙烯酯，0.5～4％碳酸亚乙烯酯，1～5％碳酸乙烯亚乙酯。
7.根据权利要求4所述的一种电容型锂离子电池，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。
8.根据权利要求4所述的一种电容型锂离子电池，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。
9.根据权利要求1所述的一种电容型锂离子电池，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。
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