一種高功率超級電容鋰電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種高功率超級電容鋰電池及其制備方法。本發(fā)明高功率超級電容鋰電池，包括殼體、正極、負極、介于正負極之間的隔膜以及電解液，所述正極、負極以及隔膜浸泡在所述電解液中，所述正極包括正極集流體和涂覆在正極集流體上的正極活性材料，所述正極活性材料包括質(zhì)量比分別為2?4：1?3：0.1?0.5：0.25?0.5的鋰離子嵌入化合物、多孔碳材料、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑；所述負極包括負極集流體和涂覆在負極集流體上的負極活性材料，所述負極活性材料包括質(zhì)量比為7?9：1?3：0.2?1：0.5?1的石墨類材料、多孔碳材料、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。本發(fā)明電池具高功率特性、高比能特性及較長的電池循環(huán)壽命。
【專利說明】
一種高功率超級電容鋰電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種高功率超級電容鋰電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界，石油資源日漸緊張，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，能源、資源、環(huán)境與人類社會的和諧發(fā)展日益成為關(guān)注的焦點，尋求開發(fā)傳統(tǒng)石化能源的替代能源、實現(xiàn)無害資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展、謀求人與環(huán)境的和諧，實現(xiàn)汽車等主流交通工具能源供給清潔顯的尤為迫切。今天電動汽車的廣泛應(yīng)用已經(jīng)成為了現(xiàn)實，因此，人們對以綠色二次電池為動力的二次能源越來越重視，高能密度、大容量、低成本電池的需求愈來愈強烈。目前鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機、筆記本電腦等領(lǐng)域，并有著不俗的表現(xiàn)，但由于鋰離子電池能量密度高，在過充電、短路、熱沖擊等狀態(tài)下，電池容易發(fā)生燃燒或爆炸，造成較大的傷害。因此，如何把鋰離子電池容量做大、體積做小、質(zhì)量做輕的同時又能夠使電池電化學(xué)性能和安全性能得到保障以及較長的電池循環(huán)壽命、低成本和環(huán)保，一直是制約動力鋰離子電池發(fā)展的瓶頸，同時一直制約著電動車工業(yè)發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高功率特性、高比能特性的超級電容鋰電池及其制備方法。
[0004]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案:
[0005]—種高功率超級電容鋰電池，包括殼體、正極、負極、介于正負極之間的隔膜以及電解液，所述正極、負極以及隔膜浸泡在所述電解液中，所述正極包括正極集流體和涂覆在正極集流體上的正極活性材料，所述正極活性材料包括質(zhì)量比分別為2-4:1-3:0.1-0.5:0.25-0.5的鋰離子嵌入化合物、多孔碳材料、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑;所述負極包括負極集流體和涂覆在負極集流體上的負極活性材料，所述負極活性材料包括質(zhì)量比為7-9:1-3:0.2-1:0.5-1的石墨類材料、多孔碳材料、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。
[0006]在一種實施方式中，所述鋰離子嵌入化合物為LiMn204、LiCo02、LiNi02、LiCOl/3Nii/3Mm/302以及上述化合物的其他金屬元素M摻雜的材料中的至少一種。
[0007]在一種實施方式中，所述摻雜元素M為L1、Mg、Cr、Al、N1、Co、Mn、Fe、Ti中的至少一種。
[0008]在一種實施方式中，所述多孔碳材料為活性炭、納米炭管、炭氣凝膠、中孔炭中的至少一種。
[0009]在一種實施方式中，所述石墨類材料的比表面積為400-1000m2/g。
[0010]在一種實施方式中，所述石墨類材料為人造石墨、天然微晶石墨、天然鱗片石墨中的至少一種。
[0011]在一種實施方式中，所述電解液為鋰離子電解質(zhì)鹽與非水有機溶劑配制而成。
[0012]在一種實施方式中，所述導(dǎo)電劑為乙炔黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管或碳黑。
[0013]在一種實施方式中，所述正極集流體為鋁箔，所述負極集流體為銅箔。
[0014]本發(fā)明的另一個目的在于提供制備所述的高功率超級電容鋰電池的方法，包括以下步驟:
[0015]a.將鋰離子嵌入化合物、多孔碳材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑以及溶劑混合配制正極漿料，將石墨類材料、多孔碳材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑以及溶劑混合配制負極漿料；
[0016]b.將所述正極漿料涂覆在正極集流體上，然后干燥、乳膜，分切制成正極，將所述負極漿料涂覆在負極集流體上，然后干燥、乳膜，分切制成負極；
[0017]c.將所述正極、隔膜及負極依次貼合組裝后浸泡于電解液中，即得高功率超級電容鋰電池。
[0018]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明高功率超級電容鋰電池將超級電容器界面雙電層和鋰離子電池嵌入-脫出的特點結(jié)合起來，其兼具電容和電池雙功能的儲能特點，讓電池保持鋰離子電池高電壓、高能量密度的同時，還具有超級電容器的高功率密度、大的電流放電、良好的循環(huán)壽命特點。
[0019]參考以下詳細說明更易于理解本申請的上述以及其他特征、方面和優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0020]除非另有限定，本文使用的所有技術(shù)以及科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的相同的含義。當(dāng)存在矛盾時，以本說明書中的定義為準(zhǔn)。
[0021]如本文所用術(shù)語“由…制備”與“包含”同義。本文中所用的術(shù)語“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它變形，意在覆蓋非排它性的包括。例如，包含所列要素的組合物、步驟、方法、制品或裝置不必僅限于那些要素，而是可以包括未明確列出的其它要素或此種組合物、步驟、方法、制品或裝置所固有的要素。
[0022]連接詞“由…組成”排除任何未指出的要素、步驟或組分。如果用于權(quán)利要求中，此短語將使權(quán)利要求為封閉式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但與其相關(guān)的常規(guī)雜質(zhì)除外。當(dāng)短語“由…組成”出現(xiàn)在權(quán)利要求主體的子句中而不是緊接在主題之后時，其僅限定在該子句中描述的要素;其它要素并不被排除在作為整體的所述權(quán)利要求之外。
[0023]當(dāng)量、濃度、或者其它值或參數(shù)以范圍、優(yōu)選范圍、或一系列上限優(yōu)選值和下限優(yōu)選值限定的范圍表示時，這應(yīng)當(dāng)被理解為具體公開了由任何范圍上限或優(yōu)選值與任何范圍下限或優(yōu)選值的任一配對所形成的所有范圍，而不論該范圍是否單獨公開了。例如，當(dāng)公開了范圍“I至5”時，所描述的范圍應(yīng)被解釋為包括范圍“I至4”、“I至3”、“1-2”、“1-2和4-5”、“1-3和5”等。當(dāng)數(shù)值范圍在本文中被描述時，除非另外說明，否則該范圍意圖包括其端值和在該范圍內(nèi)的所有整數(shù)和分?jǐn)?shù)。
[0024]此外，本發(fā)明要素或組分前的不定冠詞“一種”和“一個”對要素或組分的數(shù)量要求(即出現(xiàn)次數(shù))無限制性。因此“一個”或“一種”應(yīng)被解讀為包括一個或至少一個，并且單數(shù)形式的要素或組分也包括復(fù)數(shù)形式，除非所述數(shù)量明顯指單數(shù)形式。
[0025]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種高功率超級電容鋰電池，包括殼體、正極、負極、介于正負極之間的隔膜以及電解液，所述正極、負極以及隔膜浸泡在所述電解液中，所述正極包括正極集流體和涂覆在正極集流體上的正極活性材料，所述正極活性材料包括質(zhì)量比分別為2-4:1-3:0.1-0.5:0.25-0.5的鋰離子嵌入化合物、多孔碳材料、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑;所述負極包括負極集流體和涂覆在負極集流體上的負極活性材料，所述負極活性材料包括質(zhì)量比為7-9:1-3:0.2-1:0.5-1的石墨類材料、多孔碳材料、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。
[0026]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，所述鋰離子嵌入化合物為LiMn204、LiCo02、LiNi02、LiCoi/3Nii/3Mm/302以及上述化合物的其他金屬元素M摻雜的材料中的至少一種。
[0027]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，所述摻雜元素M為L1、Mg、Cr、Al、N1、Co、Mn、Fe、Ti中的至少一種。
[0028]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，所述多孔碳材料為活性炭、納米炭管、炭氣凝膠、中孔炭中的至少一種。本發(fā)明中，正、負極活性材料中的多孔炭材料采用活性炭粉末、活性炭纖維、納米炭管、炭氣凝膠、中孔炭等，其比表面積在100mVg以上?？紤]到利用多孔炭的高比表面積特點，發(fā)揮其界面雙電層儲能特點，使超級電容電池具有高功率密度和長壽命等特點。
[0029]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，所述石墨類材料的比表面積為400-1000m2/g。
[0030]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，所述石墨類材料為人造石墨、天然微晶石墨、天然鱗片石墨中的至少一種。
[0031]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，所述電解液為鋰離子電解質(zhì)鹽與非水有機溶劑配制而成。本發(fā)明中，電解液為主要以含有鋰離子的電解質(zhì)鹽和非水有機溶劑組成的電解液。鋰離子電解質(zhì)鹽占電解液的重量含量為10-15%。鋰離子的電解質(zhì)鹽有如LiPF6、LiBF4、LiB0B、LiCF3S03、LiN(S02CF4)2、LiC(S02CF3)3、LiAsF6、Et4NBF4、Et4NPF6、MeEt3NBF4、Me3EtNBF4、Et4NCF3S03、Et4NCF3S03、Et4N( CF3SO2) 2N 等，非水有機溶劑有碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、γ-丁內(nèi)酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸甲丙酯、乙酸乙酯、乙腈等。如將LiPF6溶于碳酸酯溶劑，形成高電導(dǎo)率、高穩(wěn)定化和寬電位窗口的電解液體系。
[0032]本發(fā)明中，介于正、負極之間的膈膜可以采用鋰離子電池用的ΡΕ、ΡΡ隔膜，超級電容器用的纖維素隔膜。
[0033]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，所述導(dǎo)電劑為乙炔黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管或碳
M
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[0034]本發(fā)明中所述正極的集流體材料選自電池級鋁箔、電容器的腐蝕箔、不銹鋼箔或者網(wǎng)帶，負極的集流體材料選自是電池級銅箔;作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，所述正極集流體為鋁箔，所述負極集流體為銅箔。
[0035]本發(fā)明中所述粘結(jié)劑為PVDF/NMP，粘結(jié)劑制作的漿料涂覆的極片具有較好的壓實密度，可提高單體電池單位體積容量。
[0036]本發(fā)明的高功率超級電容鋰電池是基于電容和電池雙功能進行儲能。對電容電池進行充電時，鋰離子從正極脫出，通過電解液，鋰離子吸附到多孔炭材料的表面以及嵌入到石墨內(nèi)部，實現(xiàn)雙功能儲能。放電過程中，鋰離子從負極上脫嵌，通過電解液，鋰離子嵌入正極。充放電過程中，涉及到鋰離子在兩電極間的轉(zhuǎn)移。不僅在界面發(fā)生儲能，而且也在材料體系進行儲能，因此，可以發(fā)揮高能量密度和功率密度之間的兼顧。同時采用有機電解液，從而可以保持電池的高工作電壓，克服了以往混合型水系鋰離子電池電壓較低的不足。
[0037]本發(fā)明的高功率超級電容鋰電池是鋰離子電池和超級電容器通過“內(nèi)結(jié)合”有機地結(jié)合在同一單體中，因此，適用于鋰離子電池和超級電容器的制備技術(shù)均適用于超級電容電池的制備，包括電極的制備工藝(如混料、涂布、制片)、電極的形狀(卷繞式、疊層式和螺旋式等)以及注液和封口等工藝。
[0038]本發(fā)明高功率超級電容鋰電池的外觀可以做成圓筒型、方型和鈕扣型等。其外殼可以采用鋁塑復(fù)合膜、鋼殼等。
[0039]本發(fā)明的另一個目的在于提供制備所述的高功率超級電容鋰電池的方法，包括以下步驟:
[0040]a.將鋰離子嵌入化合物、多孔碳材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑以及溶劑混合配制正極漿料，將石墨類材料、多孔碳材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑以及溶劑混合配制負極漿料；
[0041 ] b.將所述正極漿料涂覆在正極集流體上，然后干燥、乳膜，分切制成正極，將所述負極漿料涂覆在負極集流體上，然后干燥、乳膜，分切制成負極；
[0042]c.將所述正極、隔膜及負極依次貼合組裝后浸泡于電解液中，即得高功率超級電容鋰電池。
[0043]實施方式:
[0044]實施方式I，一種高功率超級電容鋰電池，包括殼體、正極、負極、介于正負極之間的隔膜以及電解液，所述正極、負極以及隔膜浸泡在所述電解液中，所述正極包括正極集流體和涂覆在正極集流體上的正極活性材料，所述正極活性材料包括質(zhì)量比分別為2-4:1-3:0.1-0.5:0.25-0.5的鋰離子嵌入化合物、多孔碳材料、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑;所述負極包括負極集流體和涂覆在負極集流體上的負極活性材料，所述負極活性材料包括質(zhì)量比為7-9:1-3:
0.2-1:0.5-1的石墨類材料、多孔碳材料、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。
[0045]實施方式2，與實施方式I相同，不同的地方是，所述鋰離子嵌入化合物為LiMn204、LiCo02、LiNi02、LiCo1/3Ni1/3Mm/302以及上述化合物的其他金屬元素M摻雜的材料中的至少一種。
[0046]實施方式3，與實施方式2相同，不同的地方是，所述摻雜元素M為L1、Mg、Cr、Al、N1、Co、Mn、Fe、Ti中的至少一種。
[0047]實施方式4，與實施方式I相同，不同的地方是，所述多孔碳材料為活性炭、納米炭管、炭氣凝膠、中孔炭中的至少一種。
[0048]實施方式5，與實施方式I相同，不同的地方是，所述石墨類材料的比表面積為400-1000m2/go
[0049]實施方式6，與實施方式5相同，不同的地方是，所述石墨類材料為人造石墨、天然微晶石墨、天然鱗片石墨中的至少一種。
[0050]實施方式7，與實施方式I相同，不同的地方是，所述電解液為鋰離子電解質(zhì)鹽與非水有機溶劑配制而成。
[0051]實施方式8，與實施方式I相同，不同的地方是，所述導(dǎo)電劑為乙炔黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管或碳黑。
[0052]實施方式9，與實施方式I相同，不同的地方是，所述正極集流體為鋁箔，所述負極集流體為銅箔。
[0053]實施方式10，制備所述的高功率超級電容鋰電池的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0054]a.將鋰離子嵌入化合物、多孔碳材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑以及溶劑混合配制正極漿料，將石墨類材料、多孔碳材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑以及溶劑混合配制負極漿料；
[0055]b.將所述正極漿料涂覆在正極集流體上，然后干燥、乳膜，分切制成正極，將所述負極漿料涂覆在負極集流體上，然后干燥、乳膜，分切制成負極；
[0056]c.將所述正極、隔膜及負極依次貼合組裝后浸泡于電解液中，即得高功率超級電容鋰電池。
[0057]下面通過實施例對本發(fā)明進行具體描述。有必要在此指出的是，以下實施例只用于對本發(fā)明作進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容做出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0058]另外，如果沒有其他說明，所用原料都是市售的。
[0059]實施例1
[0060]鋰離子嵌入化合物為尖晶石LiMn2O4,比表面積為1500m2/g的活性炭，導(dǎo)電劑為乙炔黑，粘結(jié)劑為PVDF，按質(zhì)量比2:1:0.5:0.5稱取LiMn2O^活性炭、乙炔黑和PVDF進行高速球磨40min，然后加入溶劑NMP，調(diào)成正極漿料，將正極漿料均勻涂覆在25μπι的鋁箔集流體上，在120 °C進行烘干8h，取出后壓制成片，制成正電極。比表面積為100mVg的人造石墨，比表面積為1500m2/g的活性炭，導(dǎo)電劑為乙炔黑，粘結(jié)劑為PVDF，按質(zhì)量比7:1:0.5:0.5稱取人造石墨、活性炭、乙炔黑和PVDF進行高速球磨80min，然后加入溶劑NMP，調(diào)成負極漿料，將負極漿料均勻涂覆在15wii的銅箔集流體上，在120 °C進行烘干8h，取出后壓制成片，制成負電極。然后將正負電極按照規(guī)格進行裁切，配對組裝成204468電池，所采用的隔膜為商用的鋰離子電池隔膜，電解液為Imo I /L的LiPF6/ (EC+DMC+EMC)溶液(電解液購買于三菱化學(xué)，為電池級)。在2.2-4.0V電壓范圍內(nèi)工作，放電電流IC容量為4Ah。1C充放電容量維持在3.7Ah，經(jīng)過2000次循環(huán)后，容量保持率>91 %。
[0061 ] 實施例2
[0062]鋰離子嵌入化合物為摻Cr的尖晶石LiMn2O4,比表面積為1500m2/g的活性炭，導(dǎo)電劑為乙炔黑，粘結(jié)劑為PVDF，按質(zhì)量比2:1:0.5:0.5稱取摻Cr的尖晶石LiMn2O^活性炭、乙炔黑和PVDF進行高速球磨40min，然后加入溶劑NMP，調(diào)成正極漿料，將正極漿料均勻涂覆在25μπι的鋁箔集流體上，在120°C進行烘干Sh，取出后壓制成片，制成正電極。比表面積為
IOOOmVg的人造石墨，比表面積為1500m2/g的活性炭，導(dǎo)電劑為乙炔黑，粘結(jié)劑為PVDF，按質(zhì)量比7:1:0.5:0.5稱取人造石墨、活性炭、乙炔黑和PVDF進行高速球磨80min，然后加入溶劑WP，調(diào)成負極漿料，將負極漿料均勻涂覆在15wii的銅箔集流體上，在120 °C進行烘干8h，取出后壓制成片，制成負電極。然后將正負電極按照規(guī)格進行裁切，配對組裝成204468電池，所采用的隔膜為商用的鋰離子電池隔膜，電解液為lmol/L的LiPF6/(EC+DMC+EMC)溶液(電解液購買于三菱化學(xué)，為電池級)。在2.2-4.0 V電壓范圍內(nèi)工作，放電電流電流IC容量為4.4Ah。1C充放電容量維持在4.0Ah，經(jīng)過2000次循環(huán)后，容量保持率>93 %。
[0063]實施例3
[0064]鋰離子嵌入化合物為LiCo1/3Ni1/3Mm/302，比表面積為1500m2/g的活性炭，導(dǎo)電劑為乙炔黑，粘結(jié)劑為PVDF，按質(zhì)量比2:1:0.5:0.5稱取LiMn2O^活性炭、乙炔黑和PVDF進行高速球磨40min，然后加入溶劑NMP，調(diào)成正極漿料，將正極漿料均勻涂覆在25μπι的鋁箔集流體上，在120 °C進行烘干Sh，取出后壓制成片，制成正電極。比表面積為100mVg的人造石墨，比表面積為1500m2/g的活性炭，導(dǎo)電劑為乙炔黑，粘結(jié)劑為PVDF，按質(zhì)量比7:1:0.5:0.5稱取人造石墨、活性炭、乙炔黑和PVDF進行高速球磨80min，然后加入溶劑NMP，調(diào)成負極漿料，將負極漿料均勻涂覆在15wii的銅箔集流體上，在120 °C進行烘干8h，取出后壓制成片，制成負電極。然后將正負電極按照規(guī)格進行裁切，配對組裝成204468電池，所采用的隔膜為商用的鋰離子電池隔膜，電解液為lmol/L的(LiPF6+Et4NBF4)/(EC+EMC+DEC)溶液(電解液購買于三菱化學(xué)，為電池級)。在2.2-4.0V電壓范圍內(nèi)工作，放電電流電流IC容量為4.2ΑΚ10(:充放電容量維持在3.9Ah，經(jīng)過2000次循環(huán)后，容量保持率>94 %。
[0065]實施例4
[0066]鋰離子嵌入化合物為尖晶石LiMn2O4,比表面積為1500m2/g的活性炭，導(dǎo)電劑為乙炔黑，粘結(jié)劑為PVDF，按質(zhì)量比3:1:0.5:0.5稱取LiMn2O^活性炭、乙炔黑和PVDF進行高速球磨40min，然后加入溶劑NMP，調(diào)成正極漿料，將正極漿料均勻涂覆在25μπι的鋁箔集流體上，在120 °C進行烘干8h，取出后壓制成片，制成正電極。比表面積為100mVg的人造石墨，比表面積為1500m2/g的活性炭，導(dǎo)電劑為乙炔黑，粘結(jié)劑為PVDF，按質(zhì)量比7:1:0.5:0.5稱取人造石墨、活性炭、乙炔黑和PVDF進行高速球磨80min，然后加入溶劑NMP，調(diào)成負極漿料，將負極漿料均勻涂覆在15wii的銅箔集流體上，在120 °C進行烘干8h，取出后壓制成片，制成負電極。然后將正負電極按照規(guī)格進行裁切，配對組裝成204468電池，所采用的隔膜為商用的鋰離子電池隔膜，電解液為Imo I /L的LiPF6/ (EC+DMC+EMC)溶液(電解液購買于三菱化學(xué)，為電池級)。在2.2-4.0V電壓范圍內(nèi)工作，放電電流電流IC容量為4.2Ah。1C充放電容量維持在3.8Ah，經(jīng)過2000次循環(huán)后，容量保持率>92 %。
[0067]實施例5
[0068]鋰離子嵌入化合物為尖晶石LiMn2O4,比表面積為1500m2/g的活性炭，導(dǎo)電劑為乙炔黑，粘結(jié)劑為PVDF，按質(zhì)量比4:3:0.5:0.3稱取LiMn2O^活性炭、乙炔黑和PVDF進行高速球磨40min，然后加入溶劑NMP，調(diào)成正極漿料，將正極漿料均勻涂覆在25μπι的鋁箔集流體上，在120 °C進行烘干8h，取出后壓制成片，制成正電極。比表面積為100mVg的人造石墨，比表面積為1500m2/g的活性炭，導(dǎo)電劑為乙炔黑，粘結(jié)劑為PVDF，按質(zhì)量比7:1:0.5:0.5稱取人造石墨、活性炭、乙炔黑和PVDF進行高速球磨80min，然后加入溶劑NMP，調(diào)成負極漿料，將負極漿料均勻涂覆在15wii的銅箔集流體上，在120 °C進行烘干8h，取出后壓制成片，制成負電極。然后將正負電極按照規(guī)格進行裁切，配對組裝成204468電池，所采用的隔膜為商用的鋰離子電池隔膜，電解液為Imo I /L的LiPF6/ (EC+DMC+EMC)溶液(電解液購買于三菱化學(xué)，為電池級)。在2.2-4.0V電壓范圍內(nèi)工作，放電電流電流IC容量為4.0Ah131C充放電容量維持在
3.7Ah，經(jīng)過2000次循環(huán)后，容量保持率>91 %。
[0069]實施例6
[0070]采用按質(zhì)量比3:1:0.5:0.5稱取LiMn2O^活性炭、乙炔黑和PVDF作為正極漿料的原料，按質(zhì)量比9:2:0.5:0.5稱取人造石墨、活性炭、乙炔黑和PVDF作為負極漿料的原料，其余同實施例1。配對組裝成204468電池。在2.2-4.0V電壓范圍內(nèi)工作，放電電流電流IC容量為
4.4Ah。1C充放電容量維持在4.0Ah，經(jīng)過2000次循環(huán)后，容量保持率>92 %。
[0071 ] 實施例7
[0072]采用比表面積為600m2/g的人造石墨，其余同實施例1。配對組裝成204468電池。在
2.2-4.0V電壓范圍內(nèi)工作，放電電流電流IC容量為4Ah。1C充放電容量維持在3.7Ah，經(jīng)過2000次循環(huán)后，容量保持率>90 %。
[0073]實施例8
[0074]采用比表面積為600m2/g的人造石墨，比表面積為1700m2/g的活性炭，其余同實施例I。配對組裝成204468電池。在2.2-4.0V電壓范圍內(nèi)工作，放電電流電流IC容量為4Ah。1C充放電容量維持在3.9Ah，經(jīng)過2000次循環(huán)后，容量保持率>92 %。
[0075]實施例9
[0076]采用比表面積為ISOOmVg的活性炭，其余同實施例6。配對組裝成204468電池。在
2.2-4.0V電壓范圍內(nèi)工作，放電電流電流IC容量為4.2Ah。1C充放電容量維持在3.9 Ah，經(jīng)過2000次循環(huán)后，容量保持率>93 %。
[0077]實施例10
[0078]采用比表面積為800m2/g的人造石墨，比表面積為1800m2/g的活性炭，采用按質(zhì)量比4:1:0.5:0.5稱取LiMn2O^活性炭、乙炔黑和PVDF作為正極漿料的原料，按質(zhì)量比9: 3:
0.5:0.5稱取人造石墨、活性炭、乙炔黑和PVDF作為負極漿料的原料，其余同實施例1。在
2.2-4.0V電壓范圍內(nèi)工作，放電電流IC容量為4Ah。1C充放電容量維持在3.9Ah，經(jīng)過2000次循環(huán)后，谷量保持率〉93%。
[0079]實施例11
[0080]采用按質(zhì)量比3:1:0.5:0.5稱取LiMn2O^活性炭、碳黑和PVDF作為正極漿料的原料，按質(zhì)量比8:1:0.5:0.5稱取人造石墨、活性炭、碳黑和PVDF作為負極漿料的原料，其余同實施例1。配對組裝成204468電池。在2.2-4.0V電壓范圍內(nèi)工作，放電電流電流IC容量為
4.0Ah。1C充放電容量維持在3.8Ah，經(jīng)過2000次循環(huán)后，容量保持率>90 %。
[0081 ] 實施例12
[0082]采用比表面積為400m2/g的人造石墨，其余同實施例1。配對組裝成204468電池。在
2.2-4.0V電壓范圍內(nèi)工作，放電電流電流IC容量為4.0Ah131C充放電容量維持在3.7Ah，經(jīng)過2000次循環(huán)后，容量保持率>90 %。
[0083]實施例13
[0084]采用比表面積為SOOmVg的人造石墨，其余同實施例1。配對組裝成204468電池。在
2.2-4.0V電壓范圍內(nèi)工作，放電電流電流IC容量為4.0Ah131C充放電容量維持在3.9Ah，經(jīng)過2000次循環(huán)后，容量保持率>92 %。
[0085]對比例I
[0086]采用比表面積為10mVg的人造石墨，其余同實施例1。配對組裝成204468電池。在
2.2-4.0V電壓范圍內(nèi)工作，放電電流電流IC容量為3.8Ah。1C充放電容量維持在3.5Ah，經(jīng)過2000次循環(huán)后，容量保持率為80 %。
[0087]對比例2
[0088]采用按質(zhì)量比7:1:0.5:0.5稱取LiMn2O^活性炭、乙炔黑和PVDF作為正極漿料的原料，按質(zhì)量比1:3:0.5:0.5稱取人造石墨、活性炭、乙炔黑和PVDF作為負極漿料的原料，其余同實施例1。配對組裝成204468電池。在2.2-4.0V電壓范圍內(nèi)工作，放電電流電流IC容量為
3.6Ah。1C充放電容量維持在3.2Ah，經(jīng)過2000次循環(huán)后，容量保持率為78 %。
[0089]前述的實例僅是說明性的，用于解釋本發(fā)明的特征的一些特征。所附的權(quán)利要求旨在要求可以設(shè)想的盡可能廣的范圍，且本文所呈現(xiàn)的實施例僅是根據(jù)所有可能的實施例的組合的選擇的實施方式的說明。因此，
【申請人】的用意是所附的權(quán)利要求不被說明本發(fā)明的特征的示例的選擇限制。而且在科技上的進步將形成由于語言表達的不準(zhǔn)確的原因而未被目前考慮的可能的等同物或子替換，且這些變化也應(yīng)在可能的情況下被解釋為被所附的權(quán)利要求覆蓋。
【主權(quán)項】
1.一種高功率超級電容鋰電池，包括殼體、正極、負極、介于正負極之間的隔膜以及電解液，所述正極、負極以及隔膜浸泡在所述電解液中，其特征在于，所述正極包括正極集流體和涂覆在正極集流體上的正極活性材料，所述正極活性材料包括質(zhì)量比分別為2-4:1-3:0.1-0.5:0.25-0.5的鋰離子嵌入化合物、多孔碳材料、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑;所述負極包括負極集流體和涂覆在負極集流體上的負極活性材料，所述負極活性材料包括質(zhì)量比為7-9:1-3:0.2-1:0.5-1的石墨類材料、多孔碳材料、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率超級電容鋰電池，其特征在于，所述鋰離子嵌入化合物為LiMn204、LiCo02、LiNi02、LiCo1/3Ni1/3Mm/302以及上述化合物的其他金屬元素M摻雜的材料中的至少一種。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高功率超級電容鋰電池，其特征在于，所述摻雜元素M為L1、18、0、厶1、附、(:0、]\111小6、11中的至少一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率超級電容鋰電池，其特征在于，所述多孔碳材料為活性炭、納米炭管、炭氣凝膠、中孔炭中的至少一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率超級電容鋰電池，其特征在于，所述石墨類材料的比表面積為400-1 OOOmVg。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高功率超級電容鋰電池，其特征在于，所述石墨類材料為人造石墨、天然微晶石墨、天然鱗片石墨中的至少一種。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率超級電容鋰電池，其特征在于，所述電解液為鋰離子電解質(zhì)鹽與非水有機溶劑配制而成。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率超級電容鋰電池，其特征在于，所述導(dǎo)電劑為乙炔黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管或碳黑。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率超級電容鋰電池，其特征在于，所述正極集流體為鋁箔，所述負極集流體為銅箔。10.根據(jù)權(quán)利要求1制備所述的高功率超級電容鋰電池的方法，其特征在于，包括以下步驟: a.將鋰離子嵌入化合物、多孔碳材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑以及溶劑混合配制正極漿料，將石墨類材料、多孔碳材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑以及溶劑混合配制負極漿料； b.將所述正極漿料涂覆在正極集流體上，然后干燥、乳膜，分切制成正極，將所述負極漿料涂覆在負極集流體上，然后干燥、乳膜，分切制成負極； c.將所述正極、隔膜及負極依次貼合組裝后浸泡于電解液中，即得高功率超級電容鋰電池。
【文檔編號】H01M10/058GK105990603SQ201610518737
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年7月4日
【發(fā)明人】李公, 牛傳實, 郭聚豪, 姜長印, 王潤澤, 胡平, 王福泉, 吳楊, 王悅
【申請人】吳楊, 王坤, 王振洲