技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的一種全碳?xì)饽z鋰電池及其制備方法，屬于鋰電池電解質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是近幾年出現(xiàn)的金屬鋰蓄電池的替代產(chǎn)品。在鋰離子電池充電式，正極中的鋰原子電離成鋰離子和電子，并且鋰離子向負(fù)極運動與電子合成鋰原子；放電時，鋰離子從負(fù)極表面電離成鋰離子和電子，并在正極處合成鋰原子。鋰離子電池具有重量輕、儲能大、功率大、循環(huán)壽命長、無污染、溫度適應(yīng)范圍寬等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種電動車的蓄電池以及各種便攜電子設(shè)備的電池。
如今能源緊缺、環(huán)境污染已經(jīng)成為全球關(guān)注的問題，氣凝膠產(chǎn)品，作為一種優(yōu)異的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，迎來了良好的發(fā)展機遇。氣凝膠具有密度低、孔隙率高、比表面積大等優(yōu)點，在石油化工、電力輸送、民用建筑保溫、太陽能熱水器、航空航天等多領(lǐng)域都有應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種全碳?xì)饽z鋰電池及其制備方法，該鋰電池采用具有高的孔隙率、比表面積和低密度的全碳?xì)饽z作為鋰電池電解質(zhì)的基質(zhì)，加入有機電解液制得全碳?xì)饽z鋰電池。
本發(fā)明的一種全碳?xì)饽z鋰電池包括全碳?xì)饽z電解質(zhì)、正極材料、負(fù)極材料、正極集流體、負(fù)極集流體和外包裝。
所述的全碳?xì)饽z電解質(zhì)包括納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料、電解液；其中，按質(zhì)量比，納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料：電解液=70~80：20~30；其中，納米硬硅鈣石與全碳?xì)饽z的質(zhì)量比為1:1~1:1.5；其中，電解液為鋰鹽和增塑劑；鋰鹽的濃度為1~1.5mol/L；
所述的正極材料為導(dǎo)電高分子或有機硫磺系化合物中的一種；
所述的導(dǎo)電高分子包括聚吡咯、聚噻吩或聚苯胺中的一種；所述的有機硫磺系化合物為聚二硫基二唑、聚二硫代二苯胺或三聚硫氰酸中的一種；
所述的負(fù)極材料為活性石墨、焦炭、活性炭、活性炭納米管、碳纖維或石墨烯中的一種；
所述的負(fù)極集流體為銅網(wǎng)；所述的正極集流體為鋁網(wǎng)；
所述的外包裝為鋁塑軟包裝。
其中，所述的納米硬硅鈣石為直徑為80~120nm，其中納米硬硅鈣石內(nèi)有直徑為20~70μm的中空二次粒子。
所述的鋰鹽為LiPF6，LiAsF6、Li(CF3SO2)2N、LiClO4、LiBF4、LiC4BO8、Li(C2F5SO2)2N、Li[(C2F5)3PF3]、LiCF3SO3、LiCH3SO3或LiN(SO2CF3)2中的一種。
所述的增塑劑為碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯或磷酸二丁酯中的一種或幾種混合物。
本發(fā)明的一種全碳?xì)饽z鋰電池的制備方法，包括如下步驟：
(1) 納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料的制備：
①按納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料配比備料；
②將納米硬硅鈣石放入真空干燥箱中進行脫氣處理；
③在真空狀態(tài)下，將用乙醇溶液配制的全碳?xì)饽z加入真空干燥箱中，真空狀態(tài)下靜止陳化1~2h，制得全碳?xì)饽z與硬硅鈣石復(fù)合物；
④將全碳?xì)饽z與硬硅鈣石復(fù)合物放入高壓釜中進行超臨界干燥1~2h，制得納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料；
(2)將納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料、正極材料、負(fù)極材料、正極集流體、負(fù)極集流體、外包裝進行組裝，并注入電解液，制得全碳?xì)饽z鋰電池；其中，電解液為鋰鹽和增塑劑。
其中，所述(1) ②中的脫氣處理為真空度為80~100pa，50~200℃脫氣1~3h。
所述(1) ③中，全碳?xì)饽z的乙醇溶液濃度為1×10-3~5×10-3mol/L。
所述(1) ④中，超臨界干燥采用的干燥介質(zhì)為乙醇。
本發(fā)明的全碳?xì)饽z鋰電池，鋰鹽和增塑劑一起固化在基質(zhì)中，形成了凝膠態(tài)電解質(zhì)。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明加入納米的硬硅鈣石二次粒子，可以提高全碳?xì)饽z的機械強度。該發(fā)明的制備方法，不要求嚴(yán)格的干燥環(huán)境，易于規(guī)模化生產(chǎn)。
具體實施方式
實施例1
一種全碳?xì)饽z鋰電池包括全碳?xì)饽z電解質(zhì)、聚吡咯、炭黑、鋁網(wǎng)、銅網(wǎng)和鋁塑軟包裝。其中，全碳?xì)饽z電解質(zhì)包括直徑為100nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料、電解液；按質(zhì)量比，直徑為100nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料：電解液=80：20；直徑為100nm納米硬硅鈣石與全碳?xì)饽z的質(zhì)量比為1:1；電解液：鋰鹽為LiPF6，其濃度為1mol/L，增塑劑為碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯 (DMC)、碳酸二乙酯(DEC)，其中，按體積比，溶劑：EC：DMC: DEC = 1:1:1。
一種全碳?xì)饽z鋰電池的制備方法，包括如下步驟：
(1) 直徑為100nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料的制備：
①按直徑為100nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料配比備料；
②將直徑為100nm納米硬硅鈣石放入真空干燥箱中，在真空度為80pa， 200℃脫氣1h；
③在真空狀態(tài)下，將用乙醇溶液配制的全碳?xì)饽z加入真空干燥箱中，真空狀態(tài)下靜止陳化2h，制得全碳?xì)饽z與硬硅鈣石復(fù)合物，其中，全碳?xì)饽z的乙醇溶液濃度為2×10-3mol/L；
④將全碳?xì)饽z與硬硅鈣石復(fù)合物放入高壓釜中進行超臨界干燥1h，干燥介質(zhì)為乙醇制得納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料；
(2)將納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料、聚吡咯、炭黑、鋁網(wǎng)、銅網(wǎng)和鋁塑軟包裝進行組裝，并注入電解液，制得全碳?xì)饽z鋰電池。
實施例2
一種全碳?xì)饽z鋰電池包括全碳?xì)饽z電解質(zhì)、聚噻吩、石墨烯、鋁網(wǎng)、銅網(wǎng)和鋁塑軟包裝。
其中，全碳?xì)饽z電解質(zhì)包括直徑為80nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料、電解液；按質(zhì)量比，直徑為80nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料：電解液=70：30；直徑為80nm納米硬硅鈣石與全碳?xì)饽z的質(zhì)量比為1:1；電解液：鋰鹽為LiPF6，其濃度為1mol/L，增塑劑為碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯 (DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)，其中，按體積比，溶劑：EC：DMC: EMC = 1:1:1。
一種全碳?xì)饽z鋰電池的制備方法，包括如下步驟：
(1) 直徑為80nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料的制備：
①按直徑為80nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料配比備料；
②將直徑為80nm納米硬硅鈣石放入真空干燥箱中，在真空度為100pa，50℃脫氣3h；
③在真空狀態(tài)下，將用乙醇溶液配制的全碳?xì)饽z加入真空干燥箱中，真空狀態(tài)下靜止陳化2h，制得全碳?xì)饽z與硬硅鈣石復(fù)合物，其中，全碳?xì)饽z的乙醇溶液濃度為1×10-3mol/L；
④將全碳?xì)饽z與硬硅鈣石復(fù)合物放入高壓釜中進行超臨界干燥2h，干燥介質(zhì)為乙醇制得納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料；
(2)將納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料、聚噻吩、石墨烯、鋁網(wǎng)、銅網(wǎng)和鋁塑軟包裝進行組裝，并注入電解液，制得全碳?xì)饽z鋰電池。
實施例3
一種全碳?xì)饽z鋰電池包括全碳?xì)饽z電解質(zhì)、聚吡咯、活性炭納米管、鋁網(wǎng)、銅網(wǎng)和鋁塑軟包裝。
其中，全碳?xì)饽z電解質(zhì)包括直徑為120nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料、電解液；按質(zhì)量比，直徑為120nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料：電解液=70：30；直徑為120nm納米硬硅鈣石與全碳?xì)饽z的質(zhì)量比為1:1.5；電解液：鋰鹽為LiAsF6，其濃度為1.5mol/L，增塑劑為碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯 (DMC)，其中，按體積比，溶劑：EC：DMC = 1:1。
一種全碳?xì)饽z鋰電池的制備方法，包括如下步驟：
(1) 直徑為120nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料的制備：
①按直徑為120nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料配比備料；
②將直徑為120nm納米硬硅鈣石放入真空干燥箱中，在真空度為90pa，100℃脫氣2h；
③在真空狀態(tài)下，將用乙醇溶液配制的全碳?xì)饽z加入真空干燥箱中，真空狀態(tài)下靜止陳化1.5h，制得全碳?xì)饽z與硬硅鈣石復(fù)合物，其中，全碳?xì)饽z的乙醇溶液濃度為5×10-3mol/L；
④將全碳?xì)饽z與硬硅鈣石復(fù)合物放入高壓釜中進行超臨界干燥1h，干燥介質(zhì)為乙醇制得納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料；
(2)將納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料、聚吡咯、活性炭納米管、鋁網(wǎng)、銅網(wǎng)和鋁塑軟包裝進行組裝，并注入電解液，制得全碳?xì)饽z鋰電池。
實施例4
一種全碳?xì)饽z鋰電池包括全碳?xì)饽z電解質(zhì)、聚苯胺、碳纖維、鋁網(wǎng)、銅網(wǎng)和鋁塑軟包裝。
其中，全碳?xì)饽z電解質(zhì)包括直徑為100nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料、電解液；按質(zhì)量比，直徑為100nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料：電解液=75：25；直徑為100nm納米硬硅鈣石與全碳?xì)饽z的質(zhì)量比為1:1.5；電解液：鋰鹽為LiBF4，其濃度為1mol/L，增塑劑為碳酸丙烯酯。
一種全碳?xì)饽z鋰電池的制備方法，包括如下步驟：
(1) 直徑為100nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料的制備：
①按直徑為100nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料配比備料；
②將直徑為100nm納米硬硅鈣石放入真空干燥箱中，在真空度為80pa，50℃脫氣1h；
③在真空狀態(tài)下，將用乙醇溶液配制的全碳?xì)饽z加入真空干燥箱中，真空狀態(tài)下靜止陳化2h，制得全碳?xì)饽z與硬硅鈣石復(fù)合物，其中，全碳?xì)饽z的乙醇溶液濃度為3×10-3mol/L；
④將全碳?xì)饽z與硬硅鈣石復(fù)合物放入高壓釜中進行超臨界干燥2h，干燥介質(zhì)為乙醇制得納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料；
(2)將納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料、聚苯胺、碳纖維、鋁網(wǎng)、銅網(wǎng)和鋁塑軟包裝進行組裝，并注入電解液，制得全碳?xì)饽z鋰電池。
實施例5
一種全碳?xì)饽z鋰電池包括全碳?xì)饽z電解質(zhì)、聚吡咯、活性炭、鋁網(wǎng)、銅網(wǎng)和鋁塑軟包裝。
其中，全碳?xì)饽z電解質(zhì)包括直徑為80nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料、電解液；按質(zhì)量比，直徑為80nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料：電解液=70：30；直徑為80nm納米硬硅鈣石與全碳?xì)饽z的質(zhì)量比為1:1.5；電解液：鋰鹽為LiCF3SO3，其濃度為1mol/L，增塑劑為磷酸二丁酯。
一種全碳?xì)饽z鋰電池的制備方法，包括如下步驟：
(1) 直徑為80nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料的制備：
①按直徑為80nm納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料配比備料；
②將直徑為80nm納米硬硅鈣石放入真空干燥箱中，在真空度為80pa，50℃脫氣3h；
③在真空狀態(tài)下，將用乙醇溶液配制的全碳?xì)饽z加入真空干燥箱中，真空狀態(tài)下靜止陳化1h，制得全碳?xì)饽z與硬硅鈣石復(fù)合物，其中，全碳?xì)饽z的乙醇溶液濃度為4×10-3mol/L；
④將全碳?xì)饽z與硬硅鈣石復(fù)合物放入高壓釜中進行超臨界干燥1.5h，干燥介質(zhì)為乙醇制得納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料；
(2)將納米硬硅鈣石-全碳?xì)饽z復(fù)合材料、聚吡咯、活性炭、鋁網(wǎng)、銅網(wǎng)和鋁塑軟包裝進行組裝，并注入電解液，制得全碳?xì)饽z鋰電池。