一種長壽命的電容電池的製作方法
2023-05-20 13:21:01 3
專利名稱：一種長壽命的電容電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電化學領域電池，特別是一種長壽命的電容電池。
背景技術：
目前，以綠色、低碳為核心的新一輪能源技術變革方興未艾，新能源和可再生能源科技創新水平已成為國家和地區核心競爭力的重要體現。世界各國都把發展新能源和可再生能源作為搶佔未來經濟制高點的重要手段。為調整能源結構、保護環境和應對氣候變化，我國提出了到2020年非化石能源消費量要佔能源消費總量的15%、單位GDP二氧化碳排放量比2005年降低40% -45%的目標。「十二五」時期，世界經濟將迎來加快轉型的時期，中國新能源產業將迎來加速發展和布局調整的重要機遇。同時，為轉變經濟增長方式、增加就業、培育新的能源產業，實現可持續發展，國家正在部署戰略性新興產業，新能源已成為戰略性新興產業的重要內容。 2006年2月23日公布的《國家中長期科學與技術發展規劃綱要(2006 2020年)》第五章前沿技術第15和第16小節中專門提到(一)高效能源材料技術。重點研究太陽能電池相關材料及其關鍵技術、燃料電池關鍵材料技術，高容量儲氫材料技術、高效二次電池材料及關鍵技術、超級電容器關鍵材料及製備技術，發展高效能源轉換與儲能材料體系。(二)先進能源技術未來能源技術發展的主要方向是經濟、高效、清潔利用和新型能源開發。為了認真貫徹落實《可再生能源法》，各級政府積極制定和完善支持新能源和可再生能源發展的政策，大力發展風電，加快發展生物質能、太陽能、水能；深入貫徹落實科學發展觀，切實轉變經濟發展方式，抓住國家大力發展新能源和可再生能源的歷史機遇，但是風能、太陽能具有不可控、不穩定、不連續等特徵，其不穩定性給電網調峰、調頻和調壓等帶來安全隱患。目前，大多數風電機組仍無法滿足接入電網的有功調節、無功補償和低電壓穿越等技術要求，加劇了電網調頻、調峰、調壓和運行安全控制的矛盾。而解決這個矛盾的方法就是積極發展海量儲能技術、智能電網等新技術，而實現這些新技術的基礎與具有能量儲存功能的電池密不可分。眾所周知，超級電容器是近年來發展的一種新型能量儲存裝置。超級電容器是一種清潔儲能器件，充電快、壽命長，全壽命期的使用成本低，維護工作少，對環境不產生汙染。但是超級電容器具有比能量比較小、自放電大等缺點；化學電池是通過電化學反應，產生法拉第電荷轉移來儲存電荷的，具有比能量大、自放電小，但有比功率小、充電速度慢、壽命短等缺陷；本專利長壽命的電容電池即是兼取二者優點，克服二者缺點，將超級電容器和二次化學電池有機結合起來，與傳統的超級電容器和二次電池相比，長壽命的電容電池的比功率是電池的10倍以上，儲存電荷的能力遠比超級電容器高，並具有充放電速度快、對環境無汙染、循環壽命長、使用的溫限範圍寬等特點，是本世紀最具有希望的一種新型綠色能源。大型充電電容電池預計將在智能電網、通訊、照明、汽車、農業及建築機械、產業機械、摩託車及電車等交通設備以及自然能源領域得到普及，據預測市場將會大幅增長。
本發明既是基於超級電容器長壽命與電池高比能量特性加之反覆實驗來製作高電容量的長壽命電容電池的。
發明內容
本發明是通過下列的技術方法來實現的，長壽命的電容電池包括殼體、正極片、負極片、隔膜及電解液，其中正極片是由正極集流體、電容導電塗層、電池正極活性物質層、電極保護層複合而成，負極片是由負極集流體、電容導電塗層、電池負極活性物質層、電極保護層複合構成。其中長壽命的電容電池正極中採用的電池活性物質材料為錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸錳鋰、磷酸釩鋰、矽酸亞鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、高鐵酸鋰、鎳錳酸鋰中的一種或幾種；電容材料為納米石墨、石墨烯、氧化石墨烯、活性炭、碳納米管、炭氣凝膠中的一種或多種構成；粘結劑選用聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、丙烯酸酯、聚四氟乙烯、海藻酸鈉、海藻酸鋰、明膠中的一種或幾種。長壽命的電容電池負極中有硬碳、天然石墨、人造石墨、鈦酸鋰、碳矽複合物、碳錫複合物、碳納米管中的一種或幾種。隔膜選用PP、PE或二者複合的多層薄膜，長壽命的電容電池的電解液使用鋰鹽LiPF6、LiBF4、LiC104、LiBF3Cl、LiBOB、LiDOFB, LiC (S02CF3) 3、LiCF3S03 (LiTf) LiN (S02CF3) 2 (簡稱 L iTFSI)、LiPF3 (C2F5) 3 (簡稱LiFAP)溶於有機溶劑電解液、離子液體1_甲基_3_ 丁基咪唑二(三氟甲基磺醯)亞胺鹽、I-甲基-3-乙基咪唑二(三氟甲基磺醯)亞胺鹽、I-乙基3-甲基咪唑四氟硼酸鹽或I-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中的一種或多種。本發明的電池可以製作成方型、圓柱型、紐扣型及薄膜型等多種形式。通過以下實施例僅對本發明的幾個實施方法進行描述，並不是對本發明的構思和範圍進行限定，因本領域中的普通工程技術人員在不脫離本發明設計構思的前提下對本發明的技術方案做出各種變形和改進均應落入本發明的保護範圍。
圖I為本發明極片的結構示意圖。附圖中1、集流體；2、導電層3、活性物質層4、保護層
具體實施例方式實施例I.正極導電層製作量取560克NMP放於攪拌器中，準確量取粘結劑PVDF 35克緩慢加入到溶劑NMP中進行打膠，攪拌時間為I小時，直至液體中無顆粒，膠體透明為止，然後準確量取8%碳納米管分散液100克、活性炭300克，加入到上述膠體中，待粉體與膠體混合後超聲攪拌時間為I小時；將製作好的漿料均勻塗覆成厚度為4微米的薄膜在16微米厚的鋁箔上烘乾、備用。負極導電層製作量取570克去離子水放於攪拌器中，準確量取粘結劑丁苯橡膠SBR25克、羧甲基纖維素鈉CMC5克並緩慢加入到去離子水中攪拌I小時，之後準確量取8%碳納米管分散液、活性炭各200克，加入到上述膠體中，待粉體與膠體混合後超聲攪拌行攪拌，直至液體中無顆粒，均勻為止，攪拌器攪拌時間為I小時；將製作好的漿料均勻塗覆成厚度為2微米的薄膜在10微米厚的銅箔上烘乾、備用。正極保護層漿料製作量取500克NMP放於攪拌器中，準確量取粘結劑PVDF 20克緩慢加入到溶劑NMP中進行打膠，直至液體中無顆粒，膠體透明為止，攪拌器攪拌時間為I小時；之後準確量取納米三氧化二鋁200克，加入到上述膠體中，待粉體與膠體混合後攪拌時間為I小時；使其充分分散均勻後備用。負極保護層漿料製作量取500克去離子水放 於攪拌器中，準確量取粘結劑丁苯橡膠SBR20克，羧甲基纖維素鈉CMC4克緩慢加入到去離子水溶劑中進行攪拌，直至液體中無顆粒、均勻為止，攪拌時間為I小時；準確量取納米三氧化二鋁200克，加入到上述膠體中，超聲攪拌，攪拌時間為I小時，待粉體與膠體混合後；使其充分分散均勻後備用。正極極片製作量取2000克NMP放於攪拌器中，準確量取粘結劑PVDF 100克緩慢加入到溶劑NMP中進行打膠，直至液體中無顆粒，膠體透明為止，攪拌器攪拌時間為Ih ;使其充分分散均勻後準確量取磷酸錳鋰2000克緩慢加入到上述漿料中進行攪拌，待粉體與漿料混合後調節攪拌器，高速攪拌2小時。製作的漿料流動性良好，所得漿料表面細膩、光澤。將製作好的漿料均勻塗覆100微米厚在帶有塗層的鋁箔上，製成正極極片烘乾、對輥壓實後再塗覆4微米保護層，烘乾後備用。負極極片製作將負極活性物質炭黑丁苯橡膠SBR 羧甲基纖維素鈉CMC按90 4 6 I. 5準確量取後緩慢加入到容器中混合後進行高速均勻攪拌2小時。製作的漿料流動性良好，所得漿料表面細膩、光澤。將製作好的漿料均勻塗覆60微米厚在帶有導電層的銅箔上製成負極極片烘乾、對輥壓實後再塗覆5微米保護層，烘乾後備用。將製作好的正、負極片按照18650規格裁切好，烘乾後組裝成18650電池，在2. 5-4V電壓範圍內工作，I倍率放電，經過2200次循環，容量保持率為91 %。實施例2.正極導電層製作量取560克NMP放於攪拌器中，準確量取粘結劑PVDF 35克緩慢加入到溶劑NMP中進行打膠，攪拌時間為I小時，直至液體中無顆粒，膠體透明為止，然後準確量取5%石墨烯分散液100克、活性炭300克，加入到上述膠體中，待粉體與膠體混合後超聲攪拌時間為I小時；將製作好的漿料均勻塗覆成厚度為3微米的薄膜在16微米厚的鋁箔上烘乾、備用。負極導電層製作量取570克去離子水放於攪拌器中，準確量取粘結劑海藻酸鈉25克、羧甲基纖維素鈉CMC5克並緩慢加入到去離子水中攪拌I小時，之後準確量取5%石墨烯分散液、活性炭各200克，加入到上述膠體中，待粉體與膠體混合後超聲攪拌行攪拌，直至液體中無顆粒，均勻為止，攪拌器攪拌時間為I小時；將製作好的漿料均勻塗覆成厚度為2微米的薄膜在10微米厚的銅箔上烘乾、備用。正極保護層漿料製作量取500克NMP放於攪拌器中，準確量取粘結劑PVDF 20克緩慢加入到溶劑NMP中進行打膠，直至液體中無顆粒，膠體透明為止，攪拌器攪拌時間為I小時；之後準確量取納米三氧化二鋁200克，加入到上述膠體中，待粉體與膠體混合後攪拌時間為I小時；使其充分分散均勻後備用。負極保護層漿料製作量取500克去離子水放於攪拌器中，準確量取粘結劑海藻酸鈉乳液25克，羧甲基纖維素鈉CMC4克緩慢加入到去離子水溶劑中進行攪拌，直至液體中無顆粒、均勻為止，攪拌時間為I小時；準確量取納米三氧化二鋁200克，加入到上述膠體中，超聲攪拌，攪拌時間為I小時，待粉體與膠體混合後；使其充分分散均勻後備用。正極極片製作量取2000克NMP放於攪拌器中，準確量取粘結劑PVDF 100克緩慢加入到溶劑NMP中進行打膠，直至液體中無顆粒，膠體透明為止，攪拌器攪拌時間為Ih ;使其充分分散均勻後準確量取磷酸鐵鋰2000克緩慢加入到上述漿料中進行攪拌，待粉體與漿料混合後調節攪拌器，高速攪拌2小時。製作的漿料流動性良好，所得漿料表面細膩、光澤。將製作好的漿料均勻塗覆100微米厚在帶有塗層的鋁箔上，製成正極極片烘乾、對輥壓實後再塗覆5微米保護層，烘乾後備用。負極極片製作將負極活性物質炭黑海藻酸鈉乳液羧甲基纖維素鈉CMC按90 4 6 I. 5的比例準確量取後緩慢加入到容器中混合後進行高速均勻攪拌2小時。製作的漿料流動性良好，所得漿料表面細膩、光澤。將製作好的漿料均勻塗覆75微米厚在帶有導電層的銅箔上製成負極極片烘乾、對輥壓實後再塗覆3微米保護層，烘乾後備用。
將製作好的正、負極片按照18650規格裁切好，烘乾後組裝成18650電池，在2. 2-3. 7V電壓範圍內工作，I倍率放電，經過3000次循環，容量保持率為91%實施例3.正極導電層製作量取560克NMP放於攪拌器中，準確量取粘結劑PVDF 35克緩慢加入到溶劑NMP中進行打膠，攪拌時間為I小時，直至液體中無顆粒，膠體透明為止，然後準確量取10%納米石墨分散液100克、活性炭300克，加入到上述膠體中，待粉體與膠體混合後超聲攪拌時間為I小時；將製作好的漿料均勻塗覆成厚度為4微米的薄膜在16微米厚的鋁箔上烘乾、備用。負極導電層製作量取570克去離子水放於攪拌器中，準確量取粘結劑明膠25克、羧甲基纖維素鈉CMC5克並緩慢加入到去離子水中攪拌I小時，之後準確量取8%碳納米管分散液、活性炭各200克，加入到上述膠體中，待粉體與膠體混合後超聲攪拌行攪拌，直至液體中無顆粒，均勻為止，攪拌器攪拌時間為I小時；將製作好的漿料均勻塗覆成厚度為2微米的薄膜在10微米厚的銅箔上烘乾、備用。正極保護層漿料製作量取500克NMP放於攪拌器中，準確量取粘結劑PVDF 20克緩慢加入到溶劑NMP中進行打膠，直至液體中無顆粒，膠體透明為止，攪拌器攪拌時間為I小時；之後準確量取納米三氧化二鋁200克，加入到上述膠體中，待粉體與膠體混合後攪拌時間為I小時；使其充分分散均勻後備用。負極保護層漿料製作量取500克去離子水放於攪拌器中，準確量取粘結劑明膠20克，羧甲基纖維素鈉CMC4克緩慢加入到去離子水溶劑中進行攪拌，直至液體中無顆粒、均勻為止，攪拌時間為I小時；準確量取納米三氧化二鋁200克，加入到上述膠體中，超聲攪拌，攪拌時間為I小時，待粉體與膠體混合後；使其充分分散均勻後備用。正極極片製作量取1500克NMP放於攪拌器中，準確量取粘結劑PVDF 95克緩慢加入到溶劑NMP中進行打膠，直至液體中無顆粒，膠體透明為止，攪拌器攪拌時間為Ih ;使其充分分散均勻後準確量取錳酸鋰2000克緩慢加入到上述漿料中進行攪拌，待粉體與漿料混合後調節攪拌器，高速攪拌2小時。製作的漿料流動性良好，所得漿料表面細膩、光澤。將製作好的漿料均勻塗覆100微米厚在帶有塗層的鋁箔上，製成正極極片烘乾、對輥壓實後再塗覆4微米保護層，烘乾後備用。負極極片製作將負極活性物質炭黑明膠羧甲基纖維素鈉按90 4 6 I. 5準確量取後緩慢加入到容器中混合後進行高速均勻攪拌2小時。製作的漿料流動性良好，所得漿料表面細膩、光澤。將製作好的漿料均勻塗覆80微米厚在帶有導電層的銅箔上製成負極極片烘乾、對輥壓實後再塗覆3微米保護層，烘乾後備用。將製作好的正、負極片按照18650規格裁切好，烘乾後組裝成18650電池，在
2.5-4V電壓範圍內工作，I倍率放電，經過1500次 循環，容量保持率為92%。
權利要求
1.一種長壽命的電容電池它包括殼體、正極片、負極片、隔膜及電解液，其中正極片是由正極集流體、電容導電塗層、電池正極活性物質層、電極保護層複合而成，負極片是由負極集流體、電容導電塗層、電池負極活性物質層、電極保護層複合構成。
2.根據權利要求I所述的一種長壽命的電容電池，其特徵是正極的電池活性物質層材料是錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸錳鋰、磷酸釩鋰、矽酸亞鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、高鐵酸鋰、鎳錳酸鋰中的一種或幾種。
3.根據權利要求I所述的一種長壽命的電容電池，其特徵是電容導電塗層材料是由納米石墨、石墨烯、氧化石墨烯、活性炭、碳納米管、炭氣凝膠中的一種或多種構成。
4.根據權利要求I所述的一種長壽命的電容電池，其特徵是電容導電塗層厚度為O.I微米至60微米。
5.根據權利要求I所述的一種長壽命的電容電池，其特徵是電極片上有保護塗層，塗層為納米三氧化二鋁。
6.根據權利要求I所述的一種長壽命的電容電池，其特徵是電極片上的納米三氧化二鋁保護塗層厚度為O. I微米至9微米。
7.根據權利要求I所述的一種長壽命的電容電池，其特徵粘結劑選用聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、丙烯酸酯、聚四氟乙烯、海藻酸鈉、海藻酸鋰、明膠中的一種或幾種。
8.根據權利要求I所述的一種長壽命的電容電池，其特徵是負極活性物質層材料採用硬碳、天然石墨、人造石墨、鈦酸鋰、碳矽複合物、碳錫複合物、碳納米管中的一種或幾種。
9.根據權利要求I所述的一種長壽命的電容電池，其特徵是電解液使用鋰鹽LiPF6、LiBF4、LiC104、LiBF3Cl、LiB0B、LiD0FB、LiC(S02CF3)3、LiCF3S03(LiTf)、LiN(S02CF3)2(簡稱LiTFSI)、LiPF3 (C2F5) 3 (簡稱LiFAP)溶於有機溶劑的電解液、離子液體1_甲基_3_ 丁基咪唑二(三氟甲基磺醯)亞胺鹽、I-甲基-3-乙基咪唑二(三氟甲基磺醯)亞胺鹽、I-乙基3-甲基咪唑四氟硼酸鹽或I- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中的一種或多種。
10.根據權利要求I所述的一種長壽命的電容電池，其特徵是非水有機溶劑電解液的有機溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、酞酸二丁酯、碳酸丁烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丁烯酯中的一種或多種。
全文摘要
本發明涉及新型化學儲能技術的一種長壽命的電容電池，長壽命的電容電池包括殼體、正極片、負極片、隔膜及電解液，其中正極片是由正極集流體、電容導電塗層、電池正極活性物質層、電極保護層複合而成，負極片是由負極集流體、電容導電塗層、電池負極活性物質層、電極保護層複合構成。隔膜選用PP、PE或二者複合的多層薄膜，長壽命的電容電池的電解液是鋰鹽溶於有機溶液或添加離子液體組成。其特點是能量密度大與鋰電池相近，而大電流充、放電特性、循環使用壽命與超級電容器相近，是一種兼具超級電容器與鋰電池優點的儲能體，可以滿足作為高性能儲能、動力電池的使用要求。本發明的電池可以製作成方型、圓柱型、紐扣型及薄膜型等多種形式。
文檔編號H01M10/0525GK102768901SQ201210289350
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月6日 優先權日2012年8月6日
發明者張寶生 申請人:張寶生