一種超級(jí)電容電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電池【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種超級(jí)電容電池及其制備方法；本發(fā)明包括外殼、正極、負(fù)極、電解液及介于正負(fù)極之間的隔膜；所述正極材料包括含釩含鋰化合物、活性炭、導(dǎo)電添加劑與粘結(jié)劑；所述負(fù)極材料包括含鋰化合物、活性炭、導(dǎo)電添加劑與粘結(jié)劑；本發(fā)明比現(xiàn)有的鋰離子電池具有更高的功率密度及更長(zhǎng)的循環(huán)壽命，同時(shí)又比現(xiàn)有的電容器有更高的能量密度。
【專利說(shuō)明】一種超級(jí)電容電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種超級(jí)電容電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于綠色能源和生態(tài)環(huán)境越來(lái)越關(guān)注，電化學(xué)超級(jí)電容器與鋰離子電池作為儲(chǔ)能器件因其無(wú)可替代的優(yōu)越性，越來(lái)越受到廣泛重視。
[0003]電化學(xué)超級(jí)電容器是近年來(lái)發(fā)展的一種新型能量?jī)?chǔ)存裝置，根據(jù)儲(chǔ)能原理有雙電層電容器和法拉第準(zhǔn)電容器兩種類型，化學(xué)電池是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生法拉第電荷轉(zhuǎn)移來(lái)儲(chǔ)存電荷的，其能量密度高，但是功率密度低，循環(huán)壽命短(約1000次)；超級(jí)電容器的電荷儲(chǔ)存發(fā)生在電極、電解質(zhì)的形成的雙電層上以及在電極表面進(jìn)行欠電位沉積、電化學(xué)吸附、脫附和氧化還原產(chǎn)生的電荷的遷移，其特點(diǎn)是功率密度高，循環(huán)壽命長(zhǎng)(約100000次)，但是能量密度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于，提供一種超級(jí)電容電池，該電池將鋰離子電池與超級(jí)電容器的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，同時(shí)具有鋰離子電池的高能量密度與超級(jí)電容器的高功率密度及長(zhǎng)循環(huán)壽命。
[0005]本發(fā)明的目的之二是提供所述超級(jí)電容電池的制備方法。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種超級(jí)電容電池，包括外殼、正極、負(fù)極、電解液及介于正負(fù)極之間的隔膜；所述正極材料包括含釩含鋰化合物、活性炭、導(dǎo)電添加劑與粘結(jié)劑；所述負(fù)極材料包括含鋰化合物、活性炭、導(dǎo)電添加劑與粘結(jié)劑。
[0008]較佳地，所述正極材料包括按質(zhì)量百分比計(jì)算的含鋰化合物10%?90%、活性炭
0.5%?90%、導(dǎo)電添加劑0.5%~ 15%和粘結(jié)劑0.5% -15%。
[0009]較佳地，所述含釩含鋰化合物為磷酸釩鋰(Li3V2(PO4)3)、氟磷酸釩鋰(LiVPO4F)、釩酸鋰(Li1+zV308)、摻雜元素X的磷酸釩鋰、摻雜元素X的氟磷酸釩鋰或的摻雜元素X的釩酸鋰。
[0010]較佳地，所述的摻雜元素X 為:Na、K、Mg、Ga、Ba、B、Al、In、S、Se、S1、F、Cl、T1、Mn、
Fe、Co、Ni中的至少一種。
[0011]較佳地，所述正極材料包括按質(zhì)量百分比計(jì)算的含鋰化合物10%?90%、活性炭
0.5%?90%、導(dǎo)電添加劑0.5%~ 15%和粘結(jié)劑0.5%~ 15% 0
[0012]較佳地，所述含鋰化合物為鈦酸鋅鋰(Li2ZnTi3O8)或含有摻雜元素Y的鈦酸鋅鋰(Li2ZnTi3O8)0
[0013]較佳地，所述的摻雜元素Y 為:Na、K、Mg、Ga、Ba、B、Al、In、S、Se、S1、F、Cl、T1、Mn、
Fe、Co、Ni中的至少一種。
[0014]較佳地，所述的導(dǎo)電添加劑為SP、超導(dǎo)炭黑、科琴黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管、石墨烯中的至少一種。
[0015]較佳地，所述的粘結(jié)劑為水性粘結(jié)劑(W811、W812、LA132等)或油性粘結(jié)劑(PVDF，PTFE等)中的至少一種。其中，W811、W812水性粘結(jié)膠為聚烯烴類化合物，是一種高分子量的粘接劑，產(chǎn)品為白色乳膠狀，是一種無(wú)毒無(wú)害的環(huán)保新型材料；LA132是一種以水為分散介質(zhì)的環(huán)保型電極材料粘合劑，使用時(shí)無(wú)須添加增稠劑和有機(jī)溶劑，可有效避免鋰離子電池生產(chǎn)中溶劑型粘合劑污染環(huán)境和安全性差等問(wèn)題。它們完全可以取代NMP和PVDF，由于用水取代了 NMP，減少了在涂布過(guò)程中NMP揮發(fā)對(duì)空氣造成的污染；同時(shí)由于以水為溶劑極大地降低了使用NMP造成的成本壓力，減少了電池在制程中對(duì)溫濕度的要求?？稍谡？諝猸h(huán)境中進(jìn)行配料、涂布、扎膜、分切、卷繞操作。粘結(jié)膠制作的漿料涂布的極片具有較好的壓實(shí)密度，可提高單體電池單位體積容量。
[0016]制備所述超級(jí)電容電池的方法，包括如下制備步驟:
[0017]A.正極的制作:先將所述量的含釩含鋰化合物、活性炭、導(dǎo)電添加劑與粘結(jié)劑混合調(diào)成漿料，然后涂布在打孔鋁箔集流體上，依次經(jīng)烘干、輥壓、裁片、真空干燥制成正極極片;
[0018]B.負(fù)極的制作:先將所述量的含鋰化合物、活性炭、導(dǎo)電添加劑與粘結(jié)劑混合調(diào)成漿料，然后涂布在打孔銅箔集流體上，依次經(jīng)烘干、輥壓、裁片、真空干燥制成負(fù)極極片；
[0019]C.將模切好的正極極片、隔膜、負(fù)極極片進(jìn)行疊片組裝后放入沖好的鋁塑膜中干燥；然后注液、封口、化成即制得所述超級(jí)電容電池。
[0020]本發(fā)明包括外殼、正極、負(fù)極、電解液及介于正負(fù)極之間的隔膜，其中，正極材料采用含釩含鋰的鋰離子電池材料與活性炭等電容材料相互復(fù)合。含釩的鋰離子電池材料具有相對(duì)其他鋰離子電池材料更高的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，即整體體現(xiàn)出倍率性能優(yōu)越的特性，更能兼顧本體系的高功率密度與高能量密度。
[0021]正極材料中的含釩含鋰的鋰離子電池材料作用是保持鋰離子電容電池的高能量密度；磷酸釩鋰為例，其高溫條件下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所以循環(huán)性能異常優(yōu)越；低溫條件下的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)相對(duì)較大，所以低溫性能相對(duì)優(yōu)良。
[0022]其中，負(fù)極材料采用含鋰的鋰離子電池材料與活性炭等電容材料相互復(fù)合，鈦酸鋅鋰表面基本無(wú)SEI膜形成，不僅具有高安全性，且采用含鋅原料，降低其生產(chǎn)成本，且具有安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。而且還能保持鋰離子電容電池的高能量密度。材料中的活性炭能保持鋰離子電容電池的高功率密度；導(dǎo)電添加劑能保持鋰離子電容電池電極的高導(dǎo)電性；粘結(jié)劑能保持鋰離子電容電池電極的可加工性。材料與集流體相互結(jié)合使用更有利于產(chǎn)品性能的提高與發(fā)揮。負(fù)極采用鈦酸鋅鋰可以在保持產(chǎn)品高安全性的同時(shí)降低材料的成本。且鈦酸鋅鋰作為電池材料時(shí)，即表現(xiàn)出較高的功率密度和較好的循環(huán)壽命。
[0023]其采用打孔鋁箔、銅箔作為集流體有利于提高產(chǎn)品的功率密度及能量密度。對(duì)功率密度進(jìn)行檢測(cè)，本發(fā)明鋰離子電容電池:4000W/Kg，普通鋰離子電池:1200W/Kg ;對(duì)能量密度進(jìn)行檢測(cè)，本發(fā)明鋰離子電容電池:90Wh/Kg，普通電容器:10Wh/Kg。
[0024]總之，本發(fā)明提出的超級(jí)電容電池比現(xiàn)有的鋰離子電池具有更高的功率密度及更長(zhǎng)的循環(huán)壽命，同時(shí)又比現(xiàn)有的電容器有更高的能量密度。
[0025]具體的實(shí)施方式
[0026]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以助于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明。
[0027]實(shí)施例1
[0028]一種磷酸釩鋰(Li3V2 (PO4) 3)型超級(jí)電容電池:
[0029]正極片的制作:將磷酸釩鋰、活性炭、SP和PVDF按照質(zhì)量60:30:6:4的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔鋁箔集流體上(面密度16mg/cm2)。經(jīng)烘干(120°C )烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后模切制成極片。
[0030]負(fù)極片的制作:將鈦酸鋅鋰、活性炭、SP和PVDF按照質(zhì)量60:30:6:4的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔銅箔集流體上。經(jīng)烘干(120°C)烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后豐吳切制成極片。
[0031]將模切好的正極極片、隔膜、負(fù)極極片進(jìn)行疊片組裝后放入沖好的鋁塑膜中干燥。然后注液、封口、化成即制得磷酸釩鋰型超級(jí)電容電池。
[0032]實(shí)施例2
[0033]一種磷酸釩鋰(Li3V2 (PO4) 3)型超級(jí)電容電池:
[0034]正極片的制作:將磷酸釩鋰、活性炭、超導(dǎo)炭黑和PTFE按照質(zhì)量10:89:0.5:0.5的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔鋁箔集流體上(面密度16mg/cm2)。經(jīng)烘干(120°C)烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后模切制成極片。
[0035]負(fù)極片的制作:將鈦酸鋅鋰、活性炭、碳納米管和PVDF按照質(zhì)量10:89:0.5:0.5的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔銅箔集流體上。經(jīng)烘干(120°C)烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后模切制成極片。
[0036]將模切好的正極極片、隔膜、負(fù)極極片進(jìn)行疊片組裝后放入沖好的鋁塑膜中干燥。然后注液、封口、化成即制得磷酸釩鋰型超級(jí)電容電池。
[0037]實(shí)施例3
[0038]一種磷酸釩鋰(Li3V2 (PO4) 3)型超級(jí)電容電池:
[0039]正極片的制作:將摻雜元素B的磷酸釩鋰、活性炭、導(dǎo)電石墨和W811按照質(zhì)量69.5:0.5:15:15的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔鋁箔集流體上(面密度16mg/cm2)。經(jīng)烘干(120°C )烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后模切制成極片。
[0040]負(fù)極片的制作:將摻雜元素K的鈦酸鋅鋰、活性炭、石墨烯和PVDF按照質(zhì)量69.5:0.5:15:15的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔銅箔集流體上。經(jīng)烘干(120 °C )烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后模切制成極片。
[0041]將模切好的正極極片、隔膜、負(fù)極極片進(jìn)行疊片組裝后放入沖好的鋁塑膜中干燥。然后注液、封口、化成即制得磷酸釩鋰型超級(jí)電容電池。
[0042]實(shí)施例4
[0043]一種磷酸釩鋰(Li3V2 (PO4) 3)型超級(jí)電容電池:
[0044]正極片的制作:將摻雜元素Al的磷酸釩鋰、活性炭、導(dǎo)電石墨和W811按照質(zhì)量30:50:10:10的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔鋁箔集流體上湎密度16mg/cm2)。經(jīng)烘干(120°C )烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后模切制成極片。
[0045]負(fù)極片的制作:將鈦酸鋅鋰、活性炭、SP和PVDF按照質(zhì)量30:50:10:10的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔銅箔集流體上。經(jīng)烘干(120°C)烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后模切制成極片。[0046]將模切好的正極極片、隔膜、負(fù)極極片進(jìn)行疊片組裝后放入沖好的鋁塑膜中干燥。然后注液、封口、化成即制得磷酸釩鋰型超級(jí)電容電池。
[0047]實(shí)施例5
[0048]一種氟磷酸釩鋰(LiVPO4F)型超級(jí)電容電池:
[0049]正極片的制作:將氟磷酸釩鋰、活性炭、SP和PVDF按照質(zhì)量60:30:6:4的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔鋁箔集流體上(面密度16mg/cm2)。經(jīng)烘干(120°C )烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后模切制成極片。
[0050]負(fù)極片的制作:將鈦酸鋅鋰、活性炭、SP和PVDF按照質(zhì)量60:30:6:4的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔銅箔集流體上。經(jīng)烘干(120°C)烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后豐吳切制成極片。
[0051]將模切好的正極極片、隔膜、負(fù)極極片進(jìn)行疊片組裝后放入沖好的鋁塑膜中干燥。然后注液、封口、化成即制得所述氟磷酸釩鋰型超級(jí)電容電池。
[0052]實(shí)施例6
[0053]一種氟磷酸釩鋰(LiVPO4F)型超級(jí)電容電池:
[0054]正極片的制作:將氟磷酸釩鋰、活性炭、科琴黑和PTFE按照質(zhì)量20:78:1:1的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔鋁箔集流體上(面密度16mg/cm2)。經(jīng)烘干(120°C )烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后模切制成極片。
[0055]負(fù)極片的制作:將鈦酸鋅鋰、活性炭、科琴黑和PTFE按照質(zhì)量20:78:1:1的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔銅箔集流體上。經(jīng)烘干(120°C)烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后模切制成極片。
[0056]將模切好的正極極片、隔膜、負(fù)極極片進(jìn)行疊片組裝后放入沖好的鋁塑膜中干燥。然后注液、封口、化成即制得所述氟磷酸釩鋰型超級(jí)電容電池。
[0057]實(shí)施例7
[0058]一種氟磷酸釩鋰(LiVPO4F)型超級(jí)電容電池:
[0059]正極片的制作:將摻雜元素Co的氟磷酸釩鋰、活性炭、超導(dǎo)炭黑和PVDF按照質(zhì)量80:10:2:8的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔鋁箔集流體上(面密度16mg/cm2)。經(jīng)烘干(120°C )烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后模切制成極片。
[0060]負(fù)極片的制作:將將摻雜元素Co的鈦酸鋅鋰、活性炭、石墨烯和PTFE按照質(zhì)量80:10:2:8的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔銅箔集流體上。經(jīng)烘干(120°C)烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后模切制成極片。
[0061]將模切好的正極極片、隔膜、負(fù)極極片進(jìn)行疊片組裝后放入沖好的鋁塑膜中干燥。然后注液、封口、化成即制得所述氟磷酸釩鋰型超級(jí)電容電池。
[0062]實(shí)施例8
[0063]一種釩酸鋰型超級(jí)電容電池:
[0064]正極片的制作:將釩酸鋰、活性炭、碳納米管和PVDF按照質(zhì)量50:25:12:13的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔鋁箔集流體上(面密度16mg/cm2)。經(jīng)烘干(120°C )烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后模切制成極片。
[0065]負(fù)極片的制作:將將摻雜元素Ni的鈦酸鋅鋰、活性炭、石墨烯和PTFE按照質(zhì)量50:25:12:13的比例混合，調(diào)成漿料，然后涂布在打孔銅箔集流體上。經(jīng)烘干(120°C)烘干、輥壓、裁片、24h真空干燥后模切制成極片。
[0066]將模切好的正極極片、隔膜、負(fù)極極片進(jìn)行疊片組裝后放入沖好的鋁塑膜中干燥。然后注液、封口、化成即制得所述釩酸鋰型超級(jí)電容電池。
[0067]上述實(shí)施例，只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限制本發(fā)明實(shí)施范圍，故凡以本發(fā)明權(quán)利要求所述的特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超級(jí)電容電池，包括外殼、正極、負(fù)極、電解液及介于正負(fù)極之間的隔膜；其特征在于，所述正極材料包括含釩含鋰化合物、活性炭、導(dǎo)電添加劑與粘結(jié)劑；所述負(fù)極材料包括含鋰化合物、活性炭、導(dǎo)電添加劑與粘結(jié)劑。
2.如權(quán)利要求1所述超級(jí)電容電池，其特征在于，所述正極材料包括按質(zhì)量百分比計(jì)算的含鋰化合物10%?90 %、活性炭0.5%?90%、導(dǎo)電添加劑0.5%?15%和粘結(jié)劑0.5%?15%。
3.如權(quán)利要求2所述超級(jí)電容電池，其特征在于，所述含釩含鋰化合物為磷酸釩鋰、氟磷酸釩鋰、釩酸鋰、摻雜元素X的磷酸釩鋰、摻雜元素X的氟磷酸釩鋰或摻雜元素X的釩酸鋰。
4.如權(quán)利要求3所述超級(jí)電容電池，其特征在于，所述的摻雜元素X為:Na、K、Mg、Ga、Ba、B、Al、In、S、Se、S1、F、Cl、T1、Mn、Fe、Co、Ni 中的至少一種。
5.如權(quán)利要求1所述超級(jí)電容電池，其特征在于，所述負(fù)極材料包括按質(zhì)量百分比計(jì)算的含鋰化合物10%?90%、活性炭0.5%?90%、導(dǎo)電添加劑0.5%?15%和粘結(jié)劑0.5%?15%。
6.如權(quán)利要求5所述超級(jí)電容電池，其特征在于，所述含鋰化合物為鈦酸鋅鋰或含有摻雜元素Y的鈦酸鋅鋰。
7.如權(quán)利要求6所述超級(jí)電容電池，其特征在于，所述的摻雜元素Y為:Na、K、Mg、Ga、Ba、B、Al、In、S、Se、S1、F、Cl、T1、Mn、Fe、Co、Ni 中的至少一種。
8.如權(quán)利要求1所述超級(jí)電容電池，其特征在于，所述的導(dǎo)電添加劑為SP、超導(dǎo)炭黑、科琴黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管、石墨烯中的至少一種。
9.如權(quán)利要求1所述超級(jí)電容電池，其特征在于，所述的粘結(jié)劑為水性粘結(jié)劑或油性粘結(jié)劑。
10.制備如權(quán)利要求1?9中任意一項(xiàng)所述超級(jí)電容電池的方法，其特征在于，包括如下制備步驟: A.正極的制作:先將所述量的含釩含鋰化合物、活性炭、導(dǎo)電添加劑與粘結(jié)劑混合調(diào)成漿料，然后涂布在打孔鋁箔集流體上，依次經(jīng)烘干、輥壓、裁片、真空干燥制成正極極片； B.負(fù)極的制作:先將所述量的含鋰化合物、活性炭、導(dǎo)電添加劑與粘結(jié)劑混合調(diào)成漿料，然后涂布在打孔銅箔集流體上，依次經(jīng)烘干、輥壓、裁片、真空干燥制成負(fù)極極片； C.將模切好的正極極片、隔膜、負(fù)極極片進(jìn)行疊片組裝后放入沖好的鋁塑膜中干燥；然后注液、封口、化成即制得所述超級(jí)電容電池。
【文檔編號(hào)】H01G11/38GK103745833SQ201310729360
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】毛文峰, 張新河, 唐致遠(yuǎn), 李中延, 鄭新宇, 湯春微, 丁玉茹 申請(qǐng)人:東莞市邁科新能源有限公司, 東莞市邁科科技有限公司