CN107369812A - 一种负极片和电容型锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种负极片和电容型锂离子电池；负极片包括铜箔，铜箔的一面涂覆石墨或者硬碳，另一面涂覆活性炭或者碳纤维；制备步骤为：先在铜箔的一侧表面涂覆石墨或者硬碳，将活性炭或者碳纤维，与羧甲基纤维素钠和水按(40‑60)：(3‑6)：(80‑120)的重量比例混合，并搅拌均匀，制得涂覆液，在铜箔的另一侧表面涂覆步骤(2)制得的涂覆液，涂覆密度为400～700g/m2，将两面均涂覆完成的铜箔烘干，压实处理，得到负极片。本发明制备方法简单方便，提高了锂离子电池能量密度，大电流放电及低温放电性能好。

Description

一种负极片和电容型锂离子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种负极片和电容型锂离子电池。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、环保、无记忆效应等特点，已广泛应用于各个行业，但由于锂离子电池本身的特性，低温放电性能、大电流放电性能较差。
超级电容器是物理电源，在充放电过程中，不存在化学反应，只有物理电子迁移，所以具有大电流放电、低温性能好的特点，但超级电容器的缺点是能量密度低。
申请号为201310523507.0的发明专利，公开了一种混合型电解电容器及其制作方法，其负极连接超级电容器负极片，超级电容器负极片由负极集流体和覆盖于负极集流体表面包含负极活性材料的负极活性层构成，超级电容器负极活性材料为导电聚合物、锂化合物、石墨烯、活性炭、纳米碳、碳凝胶、碳纤维、软碳、硬碳、石墨中的至少一种或掺杂锂的导电聚合物、锂化合物、石墨烯、活性炭、纳米碳、碳凝胶、碳纤维、软碳、硬碳、石墨中的至少一种。从上述申请文件的方案中，可以看出，本方案是针对电容器而不是锂离子电池的负极材料的，其电源能量密度仅有0.06Wh/kg。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制作简单方便，能量密度高的负极片和电容型锂离子电池。
为了解决上述技术问题，本发明提供的负极片，包括铜箔，铜箔的一面涂覆石墨或者硬碳，另一面涂覆活性炭或者碳纤维；
所述负极片的制备方法，包括如下步骤：
(1)先在铜箔的一侧表面涂覆石墨或者硬碳，涂覆密度为100～400g/m2；
(2)将活性炭或者碳纤维，与羧甲基纤维素钠和水按(40-60)：(3-6)：(80-120)的重量比例混合，并搅拌均匀，制得涂覆液；
(3)在铜箔的另一侧表面涂覆步骤(2)制得的涂覆液，涂覆密度为400～700g/m2；
(4)将两面均涂覆完成的铜箔烘干，压实处理，得到负极片。
优选的，所述石墨为嵌锂的石墨。
优选的，涂覆在铜箔上的石墨或者硬碳，与活性炭或者碳纤维的涂覆密度的总和为800g/m2。
本发明还提供一种电容型锂离子电池，其负极材料为负极片。
本发明的有益效果是：
1.将超级电容器负极片与锂离子电池结合，得到新型锂离子电池，其能量密度高、大电流放电及低温放电性能好。
2.采用具有嵌锂功能的石墨，嵌锂石墨具有层状结构，适合单质锂嵌入，从而产生容量。
3.在负极集流体铜箔两面分别涂覆石墨或硬碳，与活性炭或碳纤维材料，采用化学储能与物理储能结合，其能量密度达97Wh/kg。
4.通过把石墨或者硬碳、活性炭或者碳纤维，分别涂覆在铜箔的两面形成负极片，从而使电容型锂离子电池同时具有超级电容器功率密度高和锂离子电池能量密度高的特点，功率的提升，可以形成温度效应，有效改善锂离子电池高温性能较差的特点，同时，由于锂离子电池也具有较好的倍率性能，从而具有更好的引用前景。
具体实施方式
实施例1
先在铜箔的一侧表面涂覆具有嵌锂功能的石墨，涂覆密度为400g/m2；将活性炭与羧甲基纤维素钠(CMC)和水按40：3：80的重量比例混合，并搅拌均匀，制得涂覆液；在铜箔的另一面涂覆前述涂覆液，涂覆密度为400g/m2；将两面均涂覆完成的铜箔烘干、压实处理，得到电容型负极片。
正极采用钴酸锂(LiCoO2)，将钴酸锂与聚偏氟乙烯(PVDF)、氮甲基吡咯烷酮(NMP)等混合搅拌均匀，涂敷在铝箔上，烘干，滚压，切片，得到正极片。
隔膜为一般隔膜，比如cegard23，电解液采用1mol/l的六氟磷酸锂(LiPF6)有机液，将正极片、负极片分别用隔膜进行卷绕，入壳，注入电解液，制作方形900mAh电池，规格为5mm*34mm*50mm，完成封口后，45℃烘烤3天。0.02C充电到4.1V截止，0.2C放电到3.0V。得到锂离子电池。
将制得的锂离子电池进行如下测试：
1、测试电池0.5C容量；
2、将电池0.2C充满电，50C放电到2.0V，记录放电容量；
3、将电池常温0.2C充满电，-20℃下搁置4小时后，2C放电到2.0V，记录放电容量。
测试结果见表1。
实施例2
先在铜箔的一侧表面涂覆具有嵌锂功能的石墨，涂覆密度为300g/m2；将碳纤维与羧甲基纤维素钠(CMC)和水按50：5：100的重量比例混合，并搅拌均匀，制得涂覆液；在铜箔的另一面涂覆前述涂覆液，涂覆密度为500g/m2；将两面均涂覆完成的铜箔烘干、压实处理，得到电容型负极片。
正极的制作方法，锂离子电池的制备和测试方法，同实施例1。
测试结果见表1。
实施例3
先在铜箔的一侧表面涂覆石墨，涂覆密度为200g/m2；将活性炭与羧甲基纤维素钠(CMC)和水按60：5：120的重量比例混合，并搅拌均匀，制得涂覆液；在铜箔的另一面涂覆前述涂覆液，涂覆密度为600g/m2；将两面均涂覆完成的铜箔烘干，压实处理，得到电容型负极片。
正极的制作方法，锂离子电池的制备和测试方法，同实施例1。
测试结果见表1。
实施例4
先在铜箔的一侧表面涂覆石墨，涂覆密度为100g/m2；将碳纤维与羧甲基纤维素钠(CMC)和水按50：6：120的重量比例混合，并搅拌均匀，制得涂覆液；在铜箔的另一面涂覆前述涂覆液，涂覆密度为700g/m2；将两面均涂覆完成的铜箔烘干、压实处理，得到电容型负极片。
正极的制作方法，锂离子电池的制备和测试方法，同实施例1。
测试结果见表1。
对比例1
将活性炭与羧甲基纤维素钠(CMC)和水按50:5:100的重量比例混合，并搅拌均匀，制得涂覆液；在铜箔的两面均涂覆涂覆液，涂覆密度为800g/m2，作为锂离子电池的负极。
正极的制作方法，锂离子电池的制备和测试方法，同实施例1。
测试结果见表1。
对比例2
在铜箔的两面均涂覆具有嵌锂功能的石墨，涂覆密度为800g/m2，作为锂离子电池的负极。
正极的制作方法，锂离子电池的制备和测试方法，同实施例1。
测试结果见表1。
对比例3
在铜箔的两面均涂覆普通的石墨，涂覆密度为800g/m2，作为锂离子电池的负极。
正极的制作方法，锂离子电池的制备和测试方法，同实施例1。
测试结果见表1。
表1
从以上数据可以看出：
1.通过比较实施例1～4，可知，超级电容器材料比例越高，大电流及低温放电性能越好，容量相对会有所降低，这是因为活性炭克容量低，但因为其是物理储存电荷，故适合大电流放电；
2.通过实施例与对比例1相比，可知，将超级电容器与锂离子电池结合起来，性能优于纯超级电容器的性能，这是因为既兼顾了能量密度，又兼顾了大电流放电；
3.通过实施例与对比例2相比，可知，将超级电容器与锂离子电池结合起来，涂覆嵌锂石墨与活性炭的搭配比涂覆纯嵌锂石墨得到的电池的能量密度低，但是大电流放电性能好，这是因为嵌锂石墨具有层状结构，适合单质锂嵌入，从而产生容量，而活性炭克容量低，适合大电流放电，因此将超级电容器与锂离子电池结合起来，既兼顾了能量密度，又兼顾了大电流放电，得到的锂离子电池的性能更均衡。
4.通过比较对比例2和对比例3，可知，采用具有嵌锂功能的石墨比采用普通石墨得到的电池的性能好，这是因为嵌锂石墨具有层状结构，适合单质锂嵌入，从而产生容量。

Claims (4)

1.一种负极片，其特征在于，包括铜箔，铜箔的一面涂覆石墨或者硬碳，另一面涂覆活性炭或者碳纤维；
所述负极片的制备方法，包括如下步骤：
(1)先在铜箔的一侧表面涂覆石墨或者硬碳，涂覆密度为100～400g/m2；
(2)将活性炭或者碳纤维，与羧甲基纤维素钠和水按(40-60)：(3-6)：(80-120)的重量比例混合，并搅拌均匀，制得涂覆液；
(3)在铜箔的另一侧表面涂覆步骤(2)制得的涂覆液，涂覆密度为400～700g/m2；
(4)将两面均涂覆完成的铜箔烘干，压实处理，得到负极片。
2.如权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述石墨为嵌锂的石墨。
3.如权利要求1或2所述的负极片，其特征在于，涂覆在铜箔上的石墨或者硬碳，与活性炭或者碳纤维的涂覆密度的总和为800g/m2。
4.一种电容型锂离子电池，其特征在于，其负极材料为如权利要求1-3任意一项所述的负极片。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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