CN109786804B - 一种纳米电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动电池的技术领域，具体为一种纳米电池。该纳米电池，包括正极、负极、聚合物隔离膜、电解质、壳体，将正极活性物质进行改进，采用锰酸锂，并增加了导电石墨和纳米碳的用量，将负极的组分也进行改进，采用天然石墨，并增加了导电石墨的用量，对于聚合物隔离膜也进行改进，采用将纳米电池中三者的组分用量进行合理调整，提高了电池的性能，使电池容量提高20%左右，充放电性能提高30%。

Description

一种纳米电池
技术领域
本发明涉及电动电池的技术领域，具体为一种纳米电池。
背景技术
纳米电池即用纳米材料（如纳米MnO2,LiMn2O4,Ni(OH)2等）制作的电池，纳米材料具有特殊的微观结构和物理化学性能(如量子尺寸效应，表面效应和隧道量子效应等。目前国内技术成熟的纳米电池是纳米活性碳纤维电池。
纳米电池由正负电极、电解质、聚合物隔离膜组成，纳米电池的负极材料是纳米化的天然石墨，纳米电池的正极是纳米化材料，采用由PP和PE复合的多层微孔膜作为隔离膜，并在电解质中加入导电的纳米碳纤维。电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，由纳米石墨组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。
该纳米电池主要用于电动汽车，电动摩托车，电动助力车上。该种电池可充电循环1000次，连续使用达10年左右一次充电只需20分钟左右。
但是目前的纳米电池存在的问题是，电压低、比能量低、放电效率低等，然而目前有采用锰酸锂与镍钴锰酸锂混合作为电池的正极材料，存在的问题是，两者混合后存在放电效率不稳定的情况、电压也容易出现波动，因此，需要寻找一种性能稳定，电压高，放电效率好的纳米电池。
发明内容
本发明的目的是为了寻找一种性能稳定，电压高，放电效率好的纳米电池。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种纳米电池，包括正极、负极、聚合物隔离膜、电解质、壳体，其特征在于，
正极由正极活性物质、粘结剂、导电剂以及铝箔组成，其中，正极活性物质为锰酸锂，粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为导电石墨和纳米碳；正极各个组分的重量百分比为，锰酸锂75-90%、导电石墨3-8%、纳米碳5-10%、聚偏氟乙烯3-5%，余量为铝箔；
负极由负极材料、粘结剂、导电剂、增稠剂以及铜箔组成，其中，负极材料为天然石墨，粘结剂为丁苯橡胶，导电剂为导电石墨，增稠剂为羧甲基纤维素钠；负极各个组分的重量百分比为，天然石墨90-92%、丁苯橡胶1-2%、导电石墨3-5%、羧甲基纤维素钠1-2%，余量为铜箔；
聚合物隔离膜为纤维素膜、涂层处理的聚酯膜、聚酰亚胺膜或聚酰胺膜；
电解质加入导电的纳米碳纤维。
本发明的特点还有：
进一步优选，正极各个组分的重量百分比为，锰酸锂80-85%、导电石墨4-6%、纳米碳6-8%、聚偏氟乙烯3-5%，余量为铝箔。
进一步优选，负极各个组分的重量百分比为，天然石墨90%、丁苯橡胶2%、导电石墨5%、羧甲基纤维素钠1%，余量为铜箔。
进一步优选，聚合物隔离膜为纤维素膜或聚酰胺膜。
进一步优选，聚合物隔离膜为纤维素膜。
本发明的纳米电池的制备方法具体如下：
（1）正极制备：按照上述重量比例关系称取好原料，将锰酸锂、导电石墨、纳米碳混合均匀，得到混合液A备用；将聚偏氟乙烯加入N-甲基甲基吡咯烷酮中，在有循环水冷却的条件下真空搅拌2小时，然后加入混合液A继续搅拌5小时，然后过150目筛，得到浆料B，将浆料B在铝箔上进行正极涂布；
（2）负极制备：按照上述重量比例关系称取好原料，将羧甲基纤维素钠加入去离子水中搅拌3小时，之后加入导电石墨继续搅拌6小时，使得导电石墨分散均匀，再加入天然石墨、丁苯橡胶继续搅拌6小时，搅拌均匀后过150目筛，得到浆料C，将浆料C在铜箔上进行负极涂布；
（3）电池成型：辊压上述涂布均匀的极片，辊压好后切割为需要的尺寸，然后进行真空烘烤2小时，然后组装为电芯结构；再依次进行极耳焊接、装壳、化成操作，得到纳米电池。
本发明得到的纳米电池的正极压实密度为3.8-4.9g/cm3，负极压实密度为1.5-2.0 g/cm3。
本发明的有益效果为：
本发明的纳米电池，将正极活性物质进行改进，采用锰酸锂，并增加了导电石墨和纳米碳的用量， 将负极的组分也进行改进，采用天然石墨，并增加了导电石墨的用量，对于聚合物隔离膜也进行改进，采用将纳米电池中三者的组分用量进行合理调整，提高了电池的性能，使电池容量提高20%左右，充放电性能提高30%。
具体实施方式
下面对本发明的实施作进一步的描述。
实施例1
一种纳米电池，包括正极、负极、聚合物隔离膜、电解质、壳体，其特征在于，
正极由正极活性物质、粘结剂、导电剂以及铝箔组成，其中，正极活性物质为锰酸锂，粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为导电石墨和纳米碳；正极各个组分的重量百分比为，锰酸锂75%、导电石墨8%、纳米碳5%、聚偏氟乙烯3%，余量为铝箔；
负极由负极材料、粘结剂、导电剂、增稠剂以及铜箔组成，其中，负极材料为天然石墨，粘结剂为丁苯橡胶，导电剂为导电石墨，增稠剂为羧甲基纤维素钠；负极各个组分的重量百分比为，天然石墨91%、丁苯橡胶2%、导电石墨4%、羧甲基纤维素钠1%，余量为铜箔；
聚合物隔离膜为聚酰亚胺膜；
电解质加入导电的纳米碳纤维。
本发明的纳米电池的制备方法具体如下：
（1）正极制备：按照上述重量比例关系称取好原料，将锰酸锂、导电石墨、纳米碳混合均匀，得到混合液A备用；将聚偏氟乙烯加入N-甲基甲基吡咯烷酮中，在有循环水冷却的条件下真空搅拌2小时，然后加入混合液A继续搅拌5小时，然后过150目筛，得到浆料B，将浆料B在铝箔上进行正极涂布；
（2）负极制备：按照上述重量比例关系称取好原料，将羧甲基纤维素钠加入去离子水中搅拌3小时，之后加入导电石墨继续搅拌6小时，使得导电石墨分散均匀，再加入天然石墨、丁苯橡胶继续搅拌6小时，搅拌均匀后过150目筛，得到浆料C，将浆料C在铜箔上进行负极涂布；
（3）电池成型：辊压上述涂布均匀的极片，辊压好后切割为需要的尺寸，然后进行真空烘烤2小时，然后组装为电芯结构；再依次进行极耳焊接、装壳、化成操作，得到纳米电池。
实施例2
一种纳米电池，包括正极、负极、聚合物隔离膜、电解质、壳体，其特征在于，
正极由正极活性物质、粘结剂、导电剂以及铝箔组成，其中，正极活性物质为锰酸锂，粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为导电石墨和纳米碳；正极各个组分的重量百分比为，锰酸锂90%、导电石墨3%、纳米碳10%、聚偏氟乙烯5%，余量为铝箔；
负极由负极材料、粘结剂、导电剂、增稠剂以及铜箔组成，其中，负极材料为天然石墨，粘结剂为丁苯橡胶，导电剂为导电石墨，增稠剂为羧甲基纤维素钠；负极各个组分的重量百分比为，天然石墨92%、丁苯橡胶2%、导电石墨3%、羧甲基纤维素钠2%，余量为铜箔；
聚合物隔离膜为涂层处理的聚酯膜；
电解质加入导电的纳米碳纤维。
本发明的纳米电池的制备方法具体如下：
（1）正极制备：按照上述重量比例关系称取好原料，将锰酸锂、导电石墨、纳米碳混合均匀，得到混合液A备用；将聚偏氟乙烯加入N-甲基甲基吡咯烷酮中，在有循环水冷却的条件下真空搅拌2小时，然后加入混合液A继续搅拌5小时，然后过150目筛，得到浆料B，将浆料B在铝箔上进行正极涂布；
（2）负极制备：按照上述重量比例关系称取好原料，将羧甲基纤维素钠加入去离子水中搅拌3小时，之后加入导电石墨继续搅拌6小时，使得导电石墨分散均匀，再加入天然石墨、丁苯橡胶继续搅拌6小时，搅拌均匀后过150目筛，得到浆料C，将浆料C在铜箔上进行负极涂布；
（3）电池成型：辊压上述涂布均匀的极片，辊压好后切割为需要的尺寸，然后进行真空烘烤2小时，然后组装为电芯结构；再依次进行极耳焊接、装壳、化成操作，得到纳米电池。
实施例3
一种纳米电池，包括正极、负极、聚合物隔离膜、电解质、壳体，其特征在于，
正极由正极活性物质、粘结剂、导电剂以及铝箔组成，其中，正极活性物质为锰酸锂，粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为导电石墨和纳米碳；正极各个组分的重量百分比为，锰酸锂85%、导电石墨5%、纳米碳6%、聚偏氟乙烯4%，余量为铝箔；
负极由负极材料、粘结剂、导电剂、增稠剂以及铜箔组成，其中，负极材料为天然石墨，粘结剂为丁苯橡胶，导电剂为导电石墨，增稠剂为羧甲基纤维素钠；负极各个组分的重量百分比为，天然石墨90%、丁苯橡胶1%、导电石墨5%、羧甲基纤维素钠1%，余量为铜箔；
聚合物隔离膜为纤维素膜；
电解质加入导电的纳米碳纤维。
本发明的纳米电池的制备方法具体如下：
（1）正极制备：按照上述重量比例关系称取好原料，将锰酸锂、导电石墨、纳米碳混合均匀，得到混合液A备用；将聚偏氟乙烯加入N-甲基甲基吡咯烷酮中，在有循环水冷却的条件下真空搅拌2小时，然后加入混合液A继续搅拌5小时，然后过150目筛，得到浆料B，将浆料B在铝箔上进行正极涂布；
（2）负极制备：按照上述重量比例关系称取好原料，将羧甲基纤维素钠加入去离子水中搅拌3小时，之后加入导电石墨继续搅拌6小时，使得导电石墨分散均匀，再加入天然石墨、丁苯橡胶继续搅拌6小时，搅拌均匀后过150目筛，得到浆料C，将浆料C在铜箔上进行负极涂布；
（3）电池成型：辊压上述涂布均匀的极片，辊压好后切割为需要的尺寸，然后进行真空烘烤2小时，然后组装为电芯结构；再依次进行极耳焊接、装壳、化成操作，得到纳米电池。
上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，所属技术领域的技术人员在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此，本发明保护范围应以各权利要求限定。

Claims (3)

1.一种纳米电池，包括正极、负极、聚合物隔离膜、电解质、壳体，其特征在于，
正极由正极活性物质、粘结剂、导电剂以及铝箔组成，其中，正极活性物质为锰酸锂，粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为导电石墨和纳米碳；正极各个组分的重量百分比为，锰酸锂80-85％、导电石墨4-6％、纳米碳6-8％、聚偏氟乙烯3-5％，余量为铝箔；
负极由负极材料、粘结剂、导电剂、增稠剂以及铜箔组成，其中，负极材料为天然石墨，粘结剂为丁苯橡胶，导电剂为导电石墨，增稠剂为羧甲基纤维素钠；负极各个组分的重量百分比为，天然石墨90％、丁苯橡胶2％、导电石墨5％、羧甲基纤维素钠1％，余量为铜箔；
聚合物隔离膜为纤维素膜；
电解质加入导电的纳米碳纤维。
2.根据权利要求1所述的纳米电池，其特征在于，该纳米电池的正极压实密度为3.8-4.9g/cm3，负极压实密度为1.5-2.0g/cm3。
3.根据权利要求1所述的纳米电池的制备方法，其特征在于，该纳米电池的制备方法具体如下：
(1)正极制备：按照上述重量比例关系称取好原料，将锰酸锂、导电石墨、纳米碳混合均匀，得到混合液A备用；将聚偏氟乙烯加入N-甲基甲基吡咯烷酮中，在有循环水冷却的条件下真空搅拌2小时，然后加入混合液A继续搅拌5小时，然后过150目筛，得到浆料B，将浆料B在铝箔上进行正极涂布；
(2)负极制备：按照上述重量比例关系称取好原料，将羧甲基纤维素钠加入去离子水中搅拌3小时，之后加入导电石墨继续搅拌6小时，使得导电石墨分散均匀，再加入天然石墨、丁苯橡胶继续搅拌6小时，搅拌均匀后过150目筛，得到浆料C，将浆料C在铜箔上进行负极涂布；
(3)电池成型：辊压上述涂布均匀的极片，辊压好后切割为需要的尺寸，然后进行真空烘烤2小时，然后组装为电芯结构；再依次进行极耳焊接、装壳、化成操作，得到纳米电池。
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