CN110085431B - 一种防过放电电池电容的负极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防过放电电池电容的负极及其制备方法，属于电池技术领域，防过放电电池电容的负极包括间歇式涂覆的浆料，并通过将石墨类浆料部分涂覆于集流体上，再将钛酸锂浆料涂覆于余下部分得涂覆电极；将涂覆电极经碾压机碾压、分切、冲切，得电池电容负极电极，采用两种不同负极材料涂覆于集流体上，实现不同电压范围的放电容量，扩展使用电压范围，使得当单体过放电时，在低电压范围内仍有一部分容量，防止进一步过放电。

Description

一种防过放电电池电容的负极及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种防过放电电池电容的负极及其制备方法，属于电池技术领域。
背景技术
“燃油式”公交车辆是雾霾的重要来源之一；接触网“受电式”有轨车辆也是耗电大户，迫切需要向“纯电动”、“储能式”等绿色节能方式转变，而储能器件的选择对于此项技术尤为重要。由于目前锂离子电池在寿命及安全性和双电层电容器在比能量上的局限性，严重制约储能器件在公共交通领域的应用。针对应用现状，迫切需要研制既能满足轨道交通和公共交通领域的储能系统的质量比能量，又满足全寿命周期及快充性能的储能器件。
锂离子电池电极材料在大倍率充放电循环过程中结构畸变和坍塌明显，存在寿命短和安全性差的问题，而双电层电容器的比能量受制于碳材料的研发水平。目前针对该系列应用的解决方案为采用兼具两者优点的电池电容器件，该器件能够满足快充性能又能实现全寿命周期储能。然而电池电容器件充放电曲线介于电池与电容器之间，在应用中的均衡系统控制不同于传统的电池管理系统与超级电容器管理系统。因此一方面提高均衡系统控制水平，另一方面则要研发防过放电池电容单体。
为提升电池的防过放电性能，公开号103840130A公开了一种防止过放电的锂电池碳负极，其通过添加钛酸锂来防止过放电。但是，钛酸锂作为常用负极材料，这种简单的添加对电池负极的防过放电性能帮助不大。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种防过放电电池电容的负极及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种防过放电电池电容的负极，所述负极包括间歇式涂覆的浆料。
区别于传统的电极材料的包覆式涂覆的形式，本发明采用间歇式涂覆的方法，即将组成电池电容的主要成分拆开呈两类，而不是混为一体，按面积或长度进行分区域涂覆。本发明将负极组成进行拆分，却完全不会影响如传统混合材料涂覆电极的放电性能，因为本发明的两类浆料会有至少部分进行接触，已经可以完全满足放电的性能所需，而拆分后带来的优势，更是巨大的，通过放大两类电极浆料中的一类所占的涂覆区域，来扩大该部分浆料的性能发挥，相应的，另一小部分的浆料以辅助促进的形式进行性能放大，可以使得电池电容的负极有所侧重，如本发明的防过放电。
作为优选，所述浆料包括石墨类浆料、钛酸锂浆料中的一种或两种。
作为优选，所述浆料的厚度为35-220μm。
作为优选，所述石墨类浆料的覆盖面积占总浆料覆盖面积的80-95％。
进一步优选，两类浆料中，按质量百分比计，均包括活性物质80-95％。
进一步优选，两类浆料中，按质量百分比计，还包括粘结剂占2-10％，导电剂占1-10％。
进一步优选，所述石墨类浆料中的活性物质包括石墨、人造石墨、MCMB、软炭、硬碳、活性炭、介孔碳、碳气凝胶、碳纤维、碳纳米管、炭黑、石墨烯中的一种或多种。活性物质、粘结剂、导电剂各比例需要根据实际各组分的拌浆配比试验而成，一般情况下活性物质比例越高、粘结剂和导电剂比例越低越有利于能量密度的提高。
进一步优选，所述钛酸锂浆料中的活性物质包括LTO。
进一步优选，所述导电剂包括导电炭黑、科琴炭、石墨烯、碳纳米管、VGCF中的一种或者多种。
进一步优选，所述粘结剂包括CMC、SBR、PTFE、PVDF中的一种或多种。
本发明在合理选用材料配比的同时还提供了另一种技术方案：
一种防过放电电池电容的负极的制备方法，所述的方法包括如下步骤：
按上述电池电容负极原料配置成石墨类浆料、钛酸锂浆料；
将石墨类浆料部分涂覆于集流体上，再将钛酸锂浆料涂覆于余下部分得涂覆电极；
将涂覆电极经碾压机碾压、分切、冲切，得电池电容负极电极。
作为优选，所述涂覆均为双面涂覆。
作为优选，所述部分涂覆具体为：将石墨类浆料涂覆于靠近集流体极耳端一侧，涂覆尺寸，沿集流体长度方向计，为Y，远离集流体极耳端的留白尺寸，沿集流体长度方向计，为X。
进一步优选，所述尺寸Y占总尺寸(X+Y)的80-95％。
作为优选，所述碾压前后，集流体上的不同浆料层厚度均一致。
作为优选，所述涂覆电极浆料层的厚度为50-250μm，碾压后浆料层的厚度为35-220μm。
作为优选，所述集流体包括铝箔、铜箔、腐蚀铝箔、涂炭铝箔、带孔铝箔、带孔铜箔中的一种或多种。
本发明在具体的负极制备中，采用一类浆料在集流体上大面积正反涂覆，而另一类涂覆余下部分，并保持厚度一致，一旦有一类浆料的厚度超过另一类，超过的部分由于没有接触而损失材料的性能。而将石墨类的浆料涂覆的尺寸占大多数，可以实现不同电压范围的放电容量，扩展使用电压范围。
与其他材料相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明采用两种不同负极材料涂覆于集流体上，实现不同电压范围的放电容量，扩展使用电压范围，使得当单体过放电时，在低电压范围内仍有一部分容量，防止进一步过放电。
(2)本发明负极电极通过调节两种电极浆料的固含量和涂覆厚度进行控制保证碾压后电极的均一性和一致性。
(3)本发明负极电极能提高单体过放电能力，在低于单体最低电压1V以内仍能放出电量，降低均衡系统均衡压力。
附图说明
图1为本发明集流体及其表面涂覆材料层的截面图。
图中，1、集流体极耳端；2、石墨类浆料；3、钛酸锂浆料。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
将MCMB、石墨烯、SBR、CMC按照90:4:4:2比例进行混合制成石墨类浆料，将钛酸锂(LTO)、炭黑、PVDF按照90:5:5比例进行混合制成钛酸锂类浆料；
将石墨类浆料涂覆在铜箔上，涂覆宽度为68mm，留白宽度为7mm，双面涂覆的厚度为120μm，将LTO钛酸锂类浆料涂覆在铜箔上留白处，完成双面涂覆得涂覆电极；
将涂覆电极进行碾压至厚度为100μm，分切、冲切得负极电极。
实施例2
将介孔碳、石墨烯、SBR、CMC按照90:4:4:2比例进行混合制成石墨类浆料，将钛酸锂(LTO)、炭黑、PVDF按照90:5:5比例进行混合制成钛酸锂类浆料；
将石墨类浆料涂覆在铜箔上，涂覆宽度为65mm，留白宽度为10mm，双面涂覆的厚度为120μm，将LTO钛酸锂类浆料涂覆在铜箔上留白处，完成双面涂覆得涂覆电极；
将涂覆电极进行碾压至厚度为90μm，分切、冲切得负极电极。
实施例3
将碳纤维、石墨烯、SBR、CMC按照90:4:4:2比例进行混合制成石墨类浆料，将钛酸锂(LTO)、炭黑、PVDF按照90:5:5比例进行混合制成钛酸锂类浆料；
将石墨类浆料涂覆在铜箔上，涂覆宽度为70mm，留白宽度为5mm，双面涂覆的厚度为120μm，将LTO钛酸锂类浆料涂覆在铜箔上留白处，完成双面涂覆得涂覆电极；
将涂覆电极进行碾压至厚度为110μm，分切、冲切得负极电极。
实施例4
与实施例1的区别仅在于，实施例4石墨类浆料的覆盖面积占总浆料覆盖面积的75％。
实施例5
与实施例1的区别仅在于，实施例5石墨类浆料的覆盖面积占总浆料覆盖面积的96％。
实施例6
与实施例1的区别仅在于，实施例6浆料层的厚度为30μm。
实施例7
与实施例1的区别仅在于，实施例7浆料层的厚度为260μm。
实施例8
与实施例1的区别仅在于，实施例8将石墨类浆料涂覆于远离集流体极耳端一侧，靠近集流体极耳端的为留白区域。
实施例9
与实施例1的区别仅在于，实施例9两类浆料中，按质量百分比计，均包括活性物质75％。
实施例10
与实施例1的区别仅在于，实施例10两类浆料中，按质量百分比计，均包括活性物质96％。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，对比例1集流体上的不同浆料层厚度不一致。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，对比例2集流体上仅涂覆石墨类浆料。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，对比例3集流体上仅涂覆钛酸锂浆料。
将实施例1-10及对比例1-3获取的负极电极，与LiMnPO4和活性炭复合的正极电极组装成软包单体，注入由浓度比为DMC:EC:EMC:VC＝50:26:20:4的溶剂中加入1.0mol/L的LiPF6盐的电解液，组装成电池电容并进行测试，测试其内阻、倍率性能、最低过放电压，结果如表1所示：
表1：实施例1-10及对比例1-3中电池电容的性能
Figure BDA0002019929630000071
表1中倍率性能是指20C电量下的容量保持率。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (3)

1.一种防过放电电池电容的负极，其特征在于，所述负极包括间歇式涂覆的浆料，所述浆料包括石墨类浆料和钛酸锂浆料；
所述防过放电电池电容的负极的制备方法包括如下步骤：
按上述电池电容负极原料配置成石墨类浆料、钛酸锂浆料；
将石墨类浆料部分涂覆于集流体上，再将钛酸锂浆料涂覆于余下部分得涂覆电极；所述部分涂覆具体为：将石墨类浆料涂覆于靠近集流体极耳端一侧，涂覆尺寸，沿集流体长度方向计，为Y，远离集流体极耳端的留白尺寸，沿集流体长度方向计，为X；所述尺寸Y占总尺寸(X+Y)的80-95％；
将涂覆电极经碾压机碾压、分切、冲切，得电池电容负极电极；所述碾压前后，集流体上的不同浆料层厚度均一致；所述涂覆电极浆料层的厚度为50-250μm，碾压后浆料层的厚度为35-220μm。
2.根据权利要求1所述的防过放电电池电容的负极，其特征在于，所述石墨类浆料的覆盖面积占总浆料覆盖面积的80-95％。
3.根据权利要求1所述的防过放电电池电容的负极，其特征在于，石墨类浆料和钛酸锂浆料中，按质量百分比计，均包括活性物质80-95％。
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