CN109346335A - 锂源活性材料、正极极片、锂离子电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂源活性材料、正极极片、锂离子电容器及其制备方法，所述正极极片包括集流体、如上所述的锂源活性材料、电容材料、导电剂、粘结剂组成，其中锂源活性材料为优选Li5FeO4、Li6CoO4、Li6MnO4、Li5FexCo1‑xO4材料中的一种或多种，电容材料为石墨烯、活性炭、多孔碳等纳米材料中的一种或多种，锂源活性材料、电容材料、导电剂、粘结剂相对应的重量百分比为：45％～5％、85％～60％、8％～1.0％、4％～1％。本发明具有安全、嵌锂均匀、工艺设备要求低、可操作性强等优点，适用于批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及锂源活性材料、正极极片、锂离子电容器及其制备方法。
背景技术
随着煤、石油等不可再生燃料不断消耗以及由此带来日益严重的环境问题，发展新能源是实现人类生存可持续发展必由之路。锂离子电池和超级电容器作为一种化学储能装置，是发展新能源技术的关键要点。
一般来讲，高能量密度与高功率密度是难以同时兼备的，例如：锂离子电池在追求具有较高的能量密度性能时，往往其功率密度会降低；超级电容器虽具有高的功率密度，但是其能量密度较低。为了同时兼具较高的能量密度和功率密度，锂离子电容器便应运而生。锂离子电容器不仅具备锂离子电池较高的能量密度和超级电容器较高的功率密度，而且还具有较长的循环寿命，因为其具有以上优点，在城市轨道交通、新能源汽车、军事及低温启动等领域具有较大的应用价值。
锂离子电容器一般由正极、负极、隔膜、电解液、外壳等组成，其中正极采用电容器材料，具有超级电容器性能；负极须采用嵌锂的材料作为活性材料，锂离子能进行脱嵌，具有锂离子电池性能。金属锂活性较大，容易与空气中氧气、二氧化碳、水发生化学反应，所以在生产过程中使用金属锂需要更高要求的设备支持，大大提高生产成本，而且生产操作不方便。专利CN201610072072.6和专利CN201210332874.8均公布了一种锂离子电容器，他们均采用金属锂作为金属锂箔片作为辅助电极(第三电极)，通过电化学方法对负极进行嵌锂，形成嵌锂负极材料，尽管可以实现嵌锂负极材料，但由于金属锂的活性，使得实际操作困难，而且辅助电极在负极的嵌锂并不均匀，特别对于型号较大的锂离子电容器更不好实现批量生产。
因此，开发一种新锂离子电容器，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本发明得以完成的动力所在和基础。
发明内容
为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。
具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供锂源活性材料、正极极片、锂离子电容器及其制备方法，以方便批量化生产。
第一方面，本发明提供了锂源活性材料，其中锂源活性材料为Li5FeO4、Li6CoO4、Li6MnO4、Li5FexCo1-xO4材料中的一种或多种。
第二方面，本发明提供了正极极片，所述正极极片包括集流体、如上所述的锂源活性材料、电容材料、导电剂、粘结剂组成，其中锂源活性材料为优选Li5FeO4、Li6CoO4、Li6MnO4、Li5FexCo1-xO4材料中的一种或多种，电容材料为石墨烯、活性炭、多孔碳等纳米材料中的一种或多种，锂源活性材料、电容材料、导电剂、粘结剂相对应的重量百分比为：45％～5％、85％～60％、8％～1.0％、4％～1％。
本发明中，作为一种优选的技术方案，所述正极集流体为无孔或有孔铝箔，厚度为8μm～20μm。
第三方面，本发明提供了锂离子电容器，由正极极片、负极极片、隔膜、电解液及外壳组成，并且依次以隔膜、正极极片、隔膜、负极极片的方式叠片或者卷绕组装，焊接、入壳、注液、活化等工序制成，
其中，正极极片采用如上所述的正极极片，
所述负极极片由集流体、负极活性材料、导电剂、粘结剂组成，其中负极活性材料为石墨(人造石墨、天然石墨)、中间相碳微球、硬碳、软碳、硅碳/硅氧等负极材料中的一种或多种，负极活性材料、导电剂、粘结剂的含量百分比范围分别为：95％-85％、10％-1％、6％-1％；
注液时，采用的所述电解液为有机电解液，其中有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲酯、碳酸乙酯等中的一种或多种，电解质为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂等中的一种或多种。
本发明中，作为一种优选的技术方案，所述负极集流体为无孔或有孔铜箔，厚度为6μm～16μm。
本发明中，作为一种优选的技术方案，所述正极极片、负极极片采用的导电剂为导电碳黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯及其混合导电浆料等其中的一种或多种。
本发明中，作为一种优选的技术方案，所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素纳、聚丁苯乳胶、聚丙烯酸酯等其中的一种或多种。
本发明中，作为一种优选的技术方案，所述隔膜为单层聚乙烯、单层聚丙烯、三层聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯隔膜中的一种。
第四方面，本发明提供了锂离子电容器的制备方法，包括如下步骤：
(1)正极极片制作：
将各物质按质量百分数比均匀混合，形成稳定浆料；将配制好的正极浆料均匀涂布在铝箔正反两面，铝箔两边留出空箔作为极片极耳位，用于极耳焊接，通过辊压、模切后制成正极片，将所制成的正极片放置真空条件下保存，待用；
(2)负极极片制作：
将各物质按质量百分数比均匀混合，形成稳定浆料；将配制好的负极浆料均匀涂布在铜箔正反两面，铜箔两边留出空箔作为极片极耳位，用于极耳焊接，通过辊压、模切后制成负极片，将所制成的负极片放置真空条件下保存，待用；
(3)锂离子电容器组装：
采用叠片的方式组装，依次以隔膜、正极极片、隔膜、负极极片的顺序叠片制作成裸电芯，短路测试后，经极耳焊接、铝塑膜封装、烘烤工序(80℃烘烤24h)；注液；对正极极片与负极极片进行恒流充电(恒流充电电流0.1C，充电截止电压为4.15V)，进行电化学预嵌锂，二封成型后，制得锂离子电容器。
由于采用以上技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明采用具有高比容量、低可逆性的活性材料作为锂源，同时又采用具备超级电容器性能的材料作为电容材料，负极采用可嵌脱锂的层状结构材料。正负极极片均通过配料、涂布、辊压、分切制备，并依次以隔膜、正极极片、隔膜、负极极片的方式叠片或者卷绕组装，焊接、入壳、注液、活化等工序制成锂离子电容器。其中，活性材料中的Li5FeO4、Li6CoO4、Li6MnO4、Li5FexCo1-xO4等材料具有较高的比容量(500mAh/g以上)，但是可逆性差，可以用作一次性嵌锂或者补锂材料。通过恒流充电的方式，将正极活性材料中的锂嵌入到负极材料中，并在负极与电解液之间形成SEI膜，提升锂离子电容器的稳定性，由于所使用的材料可逆性较低，在放电过程中从负极脱出的锂难以嵌入正极，同时正极使用电容材料是锂离子电容器具备电容器性能。
综上所述，本发明正极利用Li5FeO4、Li6CoO4、Li6MnO4、Li5FexCo1-xO4等材料具有较高的比容量(500mAh/g以上)、可逆性差的特点，可以用作一次性嵌锂或者补锂的锂源活性材料，与采用辅助电极金属锂作为嵌锂锂源相比，该方法具有安全、嵌锂均匀、工艺设备要求低、可操作性强等优点，适用于批量生产。同时正极又采用具备超级电容器性能的材料作为电容材料，使正极具有电容器性能，满足器件功率密度的需求。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
实施例1：
(1)正极极片制作：
将各物质按质量百分数比：Li5FeO4：石墨烯：活性炭：导电碳黑(SP)：聚偏氟乙烯(PVDF)＝12％：10％：72％：3.5％：2.5％均匀混合，形成稳定浆料；将配制好的正极浆料均匀涂布在铝箔正反两面，铝箔两边留出空箔作为极片极耳位，用于极耳焊接，通过辊压、模切后制成正极片，将所制成的正极片放置真空条件下保存，待用。
(2)负极极片制作：
将各物质按质量百分数比：中间相炭微球(MCMB)：导电碳黑(SP)：羧甲基纤维素钠(CMC)：丁苯乳胶(SBR)＝90％：6％：2％：2％均匀混合，形成稳定浆料；将配制好的负极浆料均匀涂布在铜箔正反两面，铜箔两边留出空箔作为极片极耳位，用于极耳焊接，通过辊压、模切后制成负极片，将所制成的负极片放置真空条件下保存，待用。
(3)锂离子电容器组装：
采用叠片的方式组装，依次以隔膜、正极极片、隔膜、负极极片的顺序叠片制作成裸电芯，短路测试后，经极耳焊接、铝塑膜封装、烘烤工序；注液，电解液溶质为六氟磷酸锂，溶剂为碳酸乙烯酯：碳酸甲乙酯；碳酸二乙酯＝1:1:1；对正极极片与负极极片进行恒流充电，进行电化学预嵌锂，二封成型后，制得锂离子电容器。该锂离子电容器的电压区间为4.3～0V。
实施例2：
以叠片软包锂离子电容器为例，与实例1相比，不同之处在于正极极片各物质的质量配比不同，各物质质量百分数比为Li5FeO4：石墨烯：活性炭：导电碳黑(SP)：聚偏氟乙烯(PVDF)＝12％：7％：75％：3.5％：2.5％，其他均相同。
实施例3：
以叠片软包锂离子电容器为例，与实例1相比，不同之处在于正极极片各物质的质量配比不同，各物质质量百分数比为Li5FeO4：石墨烯：活性炭：导电碳黑(SP)：聚偏氟乙烯(PVDF)＝12％：4％：78％：3.5％：2.5％，其他均相同。
实施例4：
以叠片软包锂离子电容器为例，与实例1相比，不同之处在于正极极片各物质的质量配比不同，各物质质量百分数比为Li5FeO4：石墨烯：活性炭：导电碳黑(SP)：聚偏氟乙烯(PVDF)＝12％：2％：80％：3.5％：2.5％，其他均相同。
实施例5：
以叠片软包锂离子电容器为例，与实例1相比，不同之处在于正极极片各物质的质量配比不同，各物质质量百分数比为Li5FeO4：活性炭：导电碳黑(SP)：聚偏氟乙烯(PVDF)＝12％：82％：3.5％：2.5％，其他均相同。
实施例6：
以叠片软包锂离子电容器为例，与实例1相比，不同之处在于正极极片中锂源活性材料更改为Li6CoO4，其他均相同。
实施例7：
以叠片软包锂离子电容器为例，与实例1相比，不同之处在于正极极片中锂源活性材料更改为Li6MnO4，其他均相同。
实施例8：
以叠片软包锂离子电容器为例，与实例1相比，不同之处在于正极极片中锂源活性材料更改为Li5Fe0.7Co0.3O4，其他均相同。
实施例9：以叠片软包锂离子电容器为例，与实例1相比，不同之处在于负极极片各物质的质量配比不同，各物质质量百分数比为中间相炭微球(MCMB)：导电碳黑(SP)：羧甲基纤维素钠(CMC)：丁苯乳胶(SBR)＝92％：5％：1.5％：1.5％，其他均相同。
实施例10：以叠片软包锂离子电容器为例，与实例1相比，不同之处在于负极极片各物质的质量配比不同，各物质质量百分数比为中间相炭微球(MCMB)：导电碳黑(SP)：羧甲基纤维素钠(CMC)：丁苯乳胶(SBR)＝94％：4％：1％：1％，其他均相同。
实施例11：以叠片软包锂离子电容器为例，与实例1相比，不同之处在于负极极片各物质的质量配比不同，各物质质量百分数比为中间相炭微球(MCMB)：导电碳黑(SP)：羧甲基纤维素钠(CMC)：丁苯乳胶(SBR)＝88％：8％：1.5％：2.5％，其他均相同。
实施例12：以叠片软包锂离子电容器为例，与实例1相比，不同之处在于负极极片活性物质更改为石墨，其他均相同。
实施例13：以叠片软包锂离子电容器为例，与实例1相比，不同之处在于负极极片活性物质更改为硅碳材料，其他均相同。
下面对上述实例中锂离子电容器的电性能进行对比，汇总如表1所示：
| 实例 | 能量密度(Wh/Kg) | 功率密度(W/kg) |
| 实施例1 | 86.3 | 6800 |
| 实施例2 | 86.8 | 6630 |
| 实施例3 | 85.6 | 6360 |
| 实施例4 | 87.1 | 6170 |
| 实施例5 | 85.9 | 5950 |
| 实施例6 | 85.4 | 6700 |
| 实施例7 | 83.2 | 6680 |
| 实施例8 | 86.1 | 6780 |
| 实施例9 | 87.0 | 6850 |
| 实施例10 | 87.4 | 6880 |
| 实施例11 | 85.7 | 6740 |
| 实施例12 | 83.6 | 5870 |
| 实施例13 | 94.3 | 6980 |
现有的传统技术中，采用金属锂源技术，生产制作过程较复杂，工艺设备环境要求高；而以上实施例可以看出，本发明利用Li5FeO4、Li6CoO4、Li6MnO4、Li5FexCo1-xO4等材料具有较高的比容量(500mAh/g以上)、可逆性差的特点，用作一次性嵌锂或者补锂的锂源活性材料，安全、嵌锂均匀、工艺设备要求低、可操作性强等优点，适用于批量生产。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。
Claims (9)
1.锂源活性材料，其特征在于：其中锂源活性材料为Li5FeO4、Li6CoO4、Li6MnO4、Li5FexCo1-xO4材料中的一种或多种。
2.正极极片，所述正极极片包括集流体、如上所述的锂源活性材料、电容材料、导电剂、粘结剂组成，其特征在于：其中锂源活性材料如权利要求1所述，电容材料为石墨烯、活性炭、多孔碳等纳米材料中的一种或多种，锂源活性材料、电容材料、导电剂、粘结剂相对应的重量百分比为：45％～5％、85％～60％、8％～1.0％、4％～1％。
3.如权利要求2所述的正极极片，其特征在于：所述正极集流体为无孔或有孔铝箔，厚度为8μm～20μm。
4.锂离子电容器，由正极极片、负极极片、隔膜、电解液及外壳组成，并且依次以隔膜、正极极片、隔膜、负极极片的方式叠片或者卷绕组装，焊接、入壳、注液、活化等工序制成，
其特征在于：正极极片采用如权利要求3所述的正极极片，
所述负极极片由集流体、负极活性材料、导电剂、粘结剂组成，其中负极活性材料为石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、硅碳/硅氧等负极材料中的一种或多种，负极活性材料、导电剂、粘结剂的含量百分比范围分别为：95％-85％、10％-1％、6％-1％；
注液时，采用的所述电解液为有机电解液，其中有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲酯、碳酸乙酯等中的一种或多种，电解质为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂等中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的锂离子电容器，其特征在于：所述负极集流体为无孔或有孔铜箔，厚度为6μm～16μm。
6.如权利要求4所述的锂离子电容器，其特征在于：所述正极极片、负极极片采用的导电剂为导电碳黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯及其混合导电浆料等其中的一种或多种。
7.如权利要求4所述的锂离子电容器，其特征在于：所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素纳、聚丁苯乳胶、聚丙烯酸酯等其中的一种或多种。
8.如权利要求4所述的锂离子电容器，其特征在于：所述隔膜为单层聚乙烯、单层聚丙烯、三层聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯隔膜中的一种。
9.制备如权利要求8所述锂离子电容器的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)正极极片制作：
将各物质按质量百分数比均匀混合，形成稳定浆料；将配制好的正极浆料均匀涂布在铝箔正反两面，铝箔两边留出空箔作为极片极耳位，用于极耳焊接，通过辊压、模切后制成正极片，将所制成的正极片放置真空条件下保存，待用；
(2)负极极片制作：
将各物质按质量百分数比均匀混合，形成稳定浆料；将配制好的负极浆料均匀涂布在铜箔正反两面，铜箔两边留出空箔作为极片极耳位，用于极耳焊接，通过辊压、模切后制成负极片，将所制成的负极片放置真空条件下保存，待用；
(3)锂离子电容器组装：
采用叠片的方式组装，依次以隔膜、正极极片、隔膜、负极极片的顺序叠片制作成裸电芯，短路测试后，经极耳焊接、铝塑膜封装、烘烤工序；注液；对正极极片与负极极片进行恒流充电，进行电化学预嵌锂，二封成型后，制得锂离子电容器。
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| CN (1) | CN109346335A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110970609A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-07 | 苏州睿梵工业设计有限公司 | 一种电动工具用锂离子电池的正极的制备方法 |
| CN114613614A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-06-10 | 浙江浙能技术研究院有限公司 | 一种全固态锂离子电容器及其制备方法 |
| CN115295314A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-11-04 | 双洎能源(洛阳)有限公司 | 一种方形电化学电容器及其制备方法 |
| CN117673474A (zh) * | 2024-02-02 | 2024-03-08 | 深圳海辰储能科技有限公司 | 电解液、锂离子电池及用电设备 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105551815A (zh) * | 2016-02-02 | 2016-05-04 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种锂离子电容器及其制备方法 |
| CN106847520A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-06-13 | 宁波中车新能源科技有限公司 | 一种锂离子电容器正极及其应用 |
| CN107658138A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-02-02 | 中南大学 | Li6CoO4预锂化剂及锂离子电容器的制备方法及锂离子电容器 |
| CN107731541A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-02-23 | 东莞凯德新能源有限公司 | 一种圆柱形高功率锂离子电容器及其制备方法 |
-
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- 2018-09-28 CN CN201811136841.XA patent/CN109346335A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105551815A (zh) * | 2016-02-02 | 2016-05-04 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种锂离子电容器及其制备方法 |
| CN106847520A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-06-13 | 宁波中车新能源科技有限公司 | 一种锂离子电容器正极及其应用 |
| CN107658138A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-02-02 | 中南大学 | Li6CoO4预锂化剂及锂离子电容器的制备方法及锂离子电容器 |
| CN107731541A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-02-23 | 东莞凯德新能源有限公司 | 一种圆柱形高功率锂离子电容器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 贾海涛: "改性锂离子电池正极材料Li5FeO4的制备及改性研究", 《万方数据》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110970609A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-07 | 苏州睿梵工业设计有限公司 | 一种电动工具用锂离子电池的正极的制备方法 |
| CN110970609B (zh) * | 2019-12-24 | 2021-04-20 | 苏州睿梵工业设计有限公司 | 一种电动工具用锂离子电池的正极的制备方法 |
| CN114613614A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-06-10 | 浙江浙能技术研究院有限公司 | 一种全固态锂离子电容器及其制备方法 |
| CN115295314A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-11-04 | 双洎能源(洛阳)有限公司 | 一种方形电化学电容器及其制备方法 |
| CN117673474A (zh) * | 2024-02-02 | 2024-03-08 | 深圳海辰储能科技有限公司 | 电解液、锂离子电池及用电设备 |
| CN117673474B (zh) * | 2024-02-02 | 2024-04-26 | 深圳海辰储能科技有限公司 | 电解液、锂离子电池及用电设备 |
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