專利名稱：一種鋰離子電容用負(fù)極極片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種極片及其制備方法，尤其涉及一種鋰離子電容用負(fù)極極片及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代文明的發(fā)展和世界人口的不斷增加，使全世界對能源的需求與日俱增。而隨著煤炭、石油等傳統(tǒng)一次能源供應(yīng)的日益短缺，以及燃料能源引發(fā)的全球變暖和生態(tài)環(huán)境惡化等問題不斷加劇，使能源問題受到越來越多的關(guān)注。探索清潔可再生的新能源已經(jīng)成為當(dāng)今科學(xué)世界的重要任務(wù)之一，成為關(guān)系著人類人類未來生存狀況的重大課題。而其中超級電容和鋰離子電池以各自優(yōu)異的性能，得到人們廣泛的關(guān)注。自問世以來，在諸多領(lǐng)域如電子、通訊、汽車等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。尖晶石型鈦酸鋰(Li4Ti5O12)由于其具有優(yōu)良的安全性能和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(“零應(yīng)變”材料)，可以克服傳統(tǒng)碳材料的一些缺點(diǎn)，成為近年來研究的重點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)的角度看，Li4Ti5O12是理想的嵌入型電極，它在充放電過程中由于鋰離子的嵌入和脫出所造成的晶體結(jié)構(gòu)和體積變化可以忽略，晶體結(jié)構(gòu)能容納大量的鋰。通過限制充放電的深度，可以維持電極結(jié)構(gòu)的完整性，并能獲得較好的循環(huán)壽命。所以尖晶石型鈦酸鋰是極具應(yīng)用前景的儲能材料。由于鈦酸鋰的導(dǎo)電率極低，這在一定程度上限制了該材料大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。因而如何提高鈦酸鋰材料導(dǎo)電性能是許多研究人員一直努力攻克的難題。目前提高鈦酸鋰的導(dǎo)電性能主要由三個途徑:一是制備納米顆粒的鈦酸鋰；二是導(dǎo)電金屬參雜，碳包覆；三添加其它元素來改善太酸鋰的導(dǎo)電性能，如鋯(Zr)、鍶(Sr)、或把鈦酸鋰結(jié)構(gòu)中的氧換成氮等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種鋰離子電容用負(fù)極極片及其制備方法本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):—種鋰離子電容用負(fù)極極片，包括有鋁箔基材，其中:所述的鋁箔基材的正反兩面均分布有涂布帶，所述的涂布帶內(nèi)設(shè)置有鈦酸鋰、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑組成的混合物。上述的一種鋰離子電容用負(fù)極極片，其中:所述的鈦酸鋰質(zhì)量百分比為30% -65%，所述導(dǎo)電劑質(zhì)量百分比為30% -60%，所述粘結(jié)劑電劑質(zhì)量百分比為5% -10%。進(jìn)一步地，上述的一種鋰離子電容用負(fù)極極片，其中:所述的鈦酸鋰為商業(yè)納米級鈦酸鋰，所述的鈦酸鋰具有尖晶石結(jié)構(gòu)，所述尖晶石結(jié)構(gòu)的粒度小于lum。更進(jìn)一步地，上述的一種鋰離子電容用負(fù)極極片，其中:所述的導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑與導(dǎo)電石墨的混合物。再進(jìn)一步地，上述的一種鋰離子電容用負(fù)極極片，其中:所述的粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡膠、羧甲基纖維素中的一種或幾種混合物。
一種鋰離子電容用負(fù)極極片的制備方法，其包括以下步驟:步驟①，將質(zhì)量比5% -10%的粘結(jié)劑溶解在去離子水溶液或N-甲基吡咯烷酮中，步驟②，將質(zhì)量比為30% -60%的導(dǎo)電劑加入攪拌好的粘結(jié)劑溶液中，步驟③，真空高速攪拌均勻后加入質(zhì)量比為30% -65%的鈦酸鋰，步驟④，再次真空高速攪拌均勻后，成為負(fù)極漿料，步驟⑤，負(fù)極漿料過150目篩子篩選，構(gòu)成涂布混合物，步驟⑥，將涂布混合物均勻涂布在鋁箔的正反面上，步驟⑦，經(jīng)干燥、輥壓后剪切成負(fù)極極片。
本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在:極片制備過程簡單，容易規(guī)模化操作。同時，該鈦酸鋰負(fù)極極片表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，很容易與鋰離子電容器活性炭正極片進(jìn)行能量匹配。因此該負(fù)極極片在鋰離子電容器中具有廣泛的應(yīng)用前景。


本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說明進(jìn)行圖示和解釋。這些實(shí)施例僅是應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。這些附圖當(dāng)中，
圖1是鋰離子電容用負(fù)極極片的構(gòu)造示意圖。
圖中各附圖標(biāo)記的含義如下:
I鋁箔基材2混合物具體實(shí)施方式
如圖1所示的一種鋰離子電容用負(fù)極極片，包括有鋁箔基材1，其特別之處在于:本發(fā)明鋁箔基材I的正反兩 面均分布有涂布帶。同時，涂布帶內(nèi)設(shè)置有鈦酸鋰、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑組成的混合物2。
就本發(fā)明一較佳的實(shí)施方式來看，采用的鈦酸鋰質(zhì)量百分比為30% -65%，導(dǎo)電劑質(zhì)量百分比為30% -60%，且粘結(jié)劑電劑質(zhì)量百分比為5% -10%。同時，為了便于推廣應(yīng)用，鈦酸鋰為商業(yè)納米級鈦酸鋰，鈦酸鋰具有尖晶石結(jié)構(gòu)，且尖晶石結(jié)構(gòu)的粒度小于lum。
進(jìn)一步來看,采用的導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑(Super P-Li)與導(dǎo)電石墨(KS6)的混合物2。具體來說，導(dǎo)電劑其質(zhì)量為混合物2總質(zhì)量的30% 60%。其中導(dǎo)電碳黑質(zhì)量比為8% 15%，兼顧極片導(dǎo)電性和制備極片控制方面，優(yōu)選為10%，如導(dǎo)電碳黑含量過低無法有效地提高極片的導(dǎo)電性，導(dǎo)電碳黑含量過高在攪拌漿料時漿料容易發(fā)泡，無法精確、有效地制備出均勻、穩(wěn)定的極片，制片過程無法很好地控制。同時，導(dǎo)電石墨質(zhì)量比為20% 50%，優(yōu)選為30 % 45 %，這是因?yàn)槿魧?dǎo)電石墨含量過低，就沒有足夠數(shù)量的導(dǎo)電石墨顆粒與活性材料顆粒接觸，從而影響極片的導(dǎo)電性能。而且，導(dǎo)電石墨含量過低，勢必導(dǎo)致極片中鈦酸鋰含量高，為能與正極活性炭有效地進(jìn)行能量匹配，太酸鋰負(fù)極極片必須制備低面密度極片。由此，對設(shè)備的精密度、操作人員和操作技能要求都比較高，導(dǎo)致制片過程不易控制。若導(dǎo)電石墨含量過高，容易造成負(fù)極極片表面有大顆粒凸點(diǎn)，影響極片表面形貌，反而影響負(fù)極極片電化學(xué)性能和安全性能。
并且，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡膠、羧甲基纖維素中的一種或幾種混合物。
再進(jìn)一步來看，本發(fā)明提供一種鋰離子電容用負(fù)極極片的制備方法，其特征在于包括以下步驟:首先，將質(zhì)量比5%-10%的粘結(jié)劑溶解在去離子水溶液或N-甲基吡咯烷酮中。之后，將質(zhì)量比為30%-60%的導(dǎo)電劑加入攪拌好的粘結(jié)劑溶液中。隨后，真空高速攪拌均勻后加入質(zhì)量比為30% -65%的鈦酸鋰。為了提高各個材質(zhì)的融合程度，可以再次真空高速攪拌均勻后，成為負(fù)極漿料。之后，負(fù)極漿料過150目篩子篩選，構(gòu)成涂布混合物。完成上述步驟后，將涂布混合物均勻涂布在鋁箔的正反面上，經(jīng)干燥、輥壓后剪切成負(fù)極極片。K實(shí)施例一 3將質(zhì)量比1.6%的CMC溶解在去離子水中，真空高速攪拌均勻后，靜止約6小時，再將質(zhì)量比35%的導(dǎo)電石墨加入攪拌好的粘結(jié)劑溶液中，真空高速攪拌均勻后再在漿料中加入質(zhì)量比為10%的導(dǎo)電碳黑，真空高速攪拌均勻后過150目的篩子，再在過好篩的漿料中加入50%的鈦酸鋰，在真空攪拌機(jī)中真空高速攪拌均勻，然后將質(zhì)量比為3.4%的SBR加入，攪拌均勻后成負(fù)極漿料，漿料再過150目篩子后將漿料均勻涂布鋁箔的正反面上，經(jīng)120°C真空循環(huán)干燥36小時干燥后輥壓后剪切成負(fù)極極片。以活性炭極片為正極，鈦酸鋰極片為負(fù)極。采用NKK公司型號為TF4035的纖維隔膜為鋰離子超級電容的隔膜。電解液采用以1.2M LiClO4，溶劑為二甲基碳酸酯(DMC)、甲基乙基碳酸酯(EMC)。正、負(fù)極活性材料質(zhì)量比為3.5: 1，將正、負(fù)極極片用隔膜隔開以疊片方式組合成電芯，然后電芯正、負(fù)極焊接極耳、貼膠，電芯經(jīng)過熱冷壓整形。再裝入鋁塑膜外殼中，頂封、側(cè)封口、放入真空干燥箱中85°C干燥48小時，然后在手套箱中注電解液并封口?；珊笤俣畏饪冢眠呎渭纯?。K實(shí)施例二 3將質(zhì)量6%的PVDF溶解在NMP中，真空高速攪拌均勻后，靜止約6小時，再將質(zhì)量比35%的導(dǎo)電石墨加入攪拌好的粘結(jié)劑溶液中，真空高速攪拌均勻后再在漿料中加入質(zhì)量比為10%的導(dǎo)電碳黑，真空高速攪拌均勻后過150目的篩子。之后，再在過好篩的漿料中加入49%的鈦酸鋰，在真空攪拌機(jī)中真空高速攪拌均勻，漿料再過150目篩子后將漿料均勻涂布在鋁箔的正反面上，制得的負(fù)極極片經(jīng)經(jīng)120°C真空循環(huán)干燥36小時干燥后，輥壓后剪切成負(fù)極極片。以活性炭極片為正極，鈦酸鋰極片為負(fù)極。采用NKK公司型號為TF4035的纖維隔膜為鋰離子超級電容的隔膜。電解液采用以1.25M LiPF6，溶劑為乙烯碳酸酯(EC)、二甲基碳酸酯(DMC)?？刂普?、負(fù)電極片面密度，將正、負(fù)極活性材料質(zhì)量比為3.0: 1，將正、負(fù)極極片用隔膜隔開以疊片方式組合成電芯，然后電芯正、負(fù)極焊接極耳、貼膠，電芯經(jīng)過熱冷壓整形。再裝入鋁塑膜外殼中，頂封、側(cè)封口、放入真空干燥箱中85°C干燥48小時，然后在手套箱中注電解液并封口 ；化成后再二次封口 ；裁邊整形即可。K實(shí)施例三3將質(zhì)量6%的PVDF溶解在NMP中，真空高速攪拌均勻后，靜止約6小時，再將質(zhì)量比35%的導(dǎo)電石墨加入攪拌好的粘結(jié)劑溶液中，真空高速攪拌均勻后再在漿料中加入質(zhì)量比為10%的導(dǎo)電碳黑，真空高速攪拌均勻后過150目的篩子，再在過好篩的漿料中加入49%的鈦酸鋰，在真空攪拌機(jī)中真空高速攪拌均勻，漿料再過150目篩子后將漿料均勻涂布在鋁箔的正反面上，制得的負(fù)極極片經(jīng)經(jīng)120°C真空循環(huán)干燥36小時干燥后，輥壓后剪切成負(fù)極極片。以活性炭極片為正極，鈦酸鋰極片為負(fù)極。
之后，采用NKK公司型號為TF4035的纖維隔膜為鋰離子超級電容的隔膜。電解液采用以1.25M LiPF6，溶劑為乙烯碳酸酯(EC)、二甲基碳酸酯(DMC)?？刂普?、負(fù)電極片面密度，將正、負(fù)極活性材料質(zhì)量比為2.8: 1，將正、負(fù)極極片用隔膜隔開以疊片方式組合成電芯，然后電芯正、負(fù)極焊接極耳、貼膠，電芯經(jīng)過熱冷壓整形。接著，再裝入鋁塑膜外殼中，頂封、側(cè)封口、放入真空干燥箱中85°C干燥48小時，然后在手套箱中注電解液并封口。之后，化成后再二次封口裁邊整形即可。通過上述的文字表述可以看出，采用本發(fā)明后，極片制備過程簡單，容易規(guī)?；僮鳌Ｍ瑫r，該鈦酸鋰負(fù)極極片表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，很容易與鋰離子電容器活性炭正極片進(jìn)行能量匹配。因此該負(fù)極極片在鋰離子電容器中具有廣泛的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電容用負(fù)極極片，包括有鋁箔基材，其特征在于:所述的鋁箔基材的正反兩面均分布有涂布帶，所述的涂布帶內(nèi)設(shè)置有鈦酸鋰、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑組成的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電容用負(fù)極極片，其特征在于:所述的鈦酸鋰質(zhì)量百分比為30 % -65 %，所述導(dǎo)電劑質(zhì)量百分比為30 % -60 %，所述粘結(jié)劑電劑質(zhì)量百分比為 5% -10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電容用負(fù)極極片，其特征在于:所述的鈦酸鋰為商業(yè)納米級鈦酸鋰，所述的鈦酸鋰具有尖晶石結(jié)構(gòu)，所述尖晶石結(jié)構(gòu)的粒度小于lum。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電容用負(fù)極極片，其特征在于:所述的導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑與導(dǎo)電石墨的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電容用負(fù)極極片，其特征在于:所述的粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡膠、羧甲基纖維素中的一種或幾種混合物。
6.一種鋰離子電容用負(fù)極極片的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟①，將質(zhì)量比5% -10%的粘結(jié)劑溶解在去離子水溶液或N-甲基吡咯烷酮中， 步驟②，將質(zhì)量比為30% -60%的導(dǎo)電劑加入攪拌好的粘結(jié)劑溶液中， 步驟③，真空高速攪拌均勻后加入質(zhì)量比為30% -65%的鈦酸鋰， 步驟④，再次真空高速攪拌均勻后，成為負(fù)極漿料， 步驟⑤，負(fù)極漿料過150目篩子篩選，構(gòu)成涂布混合物， 步驟⑥，將涂布混合物均勻涂布在鋁箔的正反面上， 步驟⑦，經(jīng)干燥、輥壓后剪切成負(fù)極極片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電容用負(fù)極極片及其制備方法，包括有鋁箔基材，其特點(diǎn)是所述的鋁箔基材的正反兩面均分布有涂布帶，在涂布帶內(nèi)設(shè)置有鈦酸鋰、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑組成的混合物。其制備時，首先混合負(fù)極漿料，之后進(jìn)行篩選構(gòu)成涂布混合物。接著，將涂布混合物均勻涂布在鋁箔的正反面上經(jīng)干燥、輥壓后剪切成負(fù)極極片。本發(fā)明制備過程簡單，容易規(guī)模化操作。同時，該鈦酸鋰負(fù)極極片表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，很容易與鋰離子電容器活性炭正極片進(jìn)行能量匹配。因此該負(fù)極極片在鋰離子電容器中具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號H01G11/50GK103177882SQ20131009148
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者高立軍, 丁幫助 申請人:蘇州大學(xué)