一种锂离子电池电容器的制造方法
【专利摘要】一种锂离子电池电容器，包括电容器外壳和位于电容器外壳内的有机电解液以及由正极片、隔膜及负极片顺序叠合组装成的电芯，正、负极片分别与正极耳、负极耳连接，并由正、负极耳引出到电容器外壳的正、负极端上，所述正极片包括涂布在正极集流体基体上的由正极活性材料80～95重量份、导电剂2～15重量份、粘结剂3～10重量份、原料总固体质量2.8～3.2倍蒸馏水为溶剂制得的混合浆料；所述负极片包括涂布在负极集流体基体上的由负极活性材料80～95重量份、导电剂2～15重量份、PVDF3～10重量份、原料总固体质量1.8～2.2倍的N-甲基吡咯烷酮为溶剂制得的混合浆料。
【专利说明】一种锂离子电池电容器
【技术领域】
[0001]本发明涉及储能器件【技术领域】，尤其是涉及一种锂离子型电池电容。
【背景技术】
[0002]随着现代社会信息化和智能化的高速发展，以及环境污染和能源匮乏日渐严重，社会对蓄电器件的容量和输出功率要求越来越高，锂离子电池和电容器等成为当前研究热点。锂离子电池具有能量密度高、自放电率低等优点，但倍率性能不理想，功率密度较低，而且锂离子电池的电压范围在3.0V?4.1V之间，高于4.1V时，电池正极材料和电解液不稳定、易氧化，负极表面易析锂形成锂枝晶，带来安全隐患。电容器虽然具有功率密度高、循环寿命长等优点，但能量密度相对较低，而且自放电率较大。
[0003]为了满足高能量密度、高输出特性的需求，超级电容器也是近些年来发展迅速的新型绿色储能器件，它具有快速充放电特性，功率密度是普通电池的几十倍甚至几百倍。另夕卜，循环寿命长，充放电循环次数可达100000次，是普通电池的几百倍甚至几千倍。如专利CN1954397A公开的锂离子电容器，
【公开日】2007年04月25日，采用活性碳粉末作为活性物质，与丙烯类树脂粘合剂和乙炔黑混合成浆料，涂敷铝网上，形成正、负极。然后将负极与锂金属连接，形成原电池，再通过“充电”的方式，使锂离子嵌入负极。待负极嵌锂完成后，将承载锂离子负极与正极组装成混合层电容器。这种在负极嵌锂离子方式，须在无水条件下进行，成本高，而且工艺复杂，操作难度大，实用性不高。
为了解决上述问题，专利CN101079510A公开的一种超级电容电池，提出了一种基于超级电容器界面双电层和锂离子电池嵌入和脱嵌两方面特点于一身的超级电容电池。其中，正极活性电极材料采用锂离子嵌入化合物和多孔炭材料的混合物以及它们的复合材料；所述负极活性电极材料采用多孔炭材料和石墨类材料的混合物以及它们的复合材料。此发明正极采用锂离子嵌入化合物，只是解决了部分锂离子来源问题，并未解决正、负极多孔炭材料(如专利提到的活性炭)的锂离子来源，因此所述超级电容电池的能量密度并不高，而且其中多孔炭材料含量越高，其能量密度越低。另外，活性炭适合作为水基双电层电容器的活性材料。由于活性炭的表面积大，在有机锂离子体系中，其表面形成SEI膜要消耗大量锂离子，因此活性炭用于超级电容电池中，会进一步降低其能量密度。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种具有高能量密度、长循环寿命、能快速充放电的锂离子电池电容。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供的锂离子电池电容器，包括电容器外壳和位于电容器外壳内的有机电解液以及由正极片、隔膜及负极片顺序叠合组装成的电芯，正、负极片分别与正极耳、负极耳连接，并由正、负极耳引出到电容器外壳的正、负极端上，
所述正极片包括涂布在正极集流体基体上的由正极活性材料80?95重量份、导电剂2?15重量份、粘结剂3?10重量份、原料总固体质量2.8?3.2倍蒸馏水制得的混合浆料；所述正极活性材料为既能够可逆的嵌入、脱出电解液中的锂离子，又具有双电层结构的锂盐和多孔碳材料的混合物或复合材料；所述锂盐包括钴酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂，钴锰锂三元材料中的至少一种；所述锂盐占正极活性材料的重量百分比20%?80%，所述多孔碳材料占正极活性材料的重量百分比20%?80% ；
所述负极片包括涂布在负极集流体基体上的由负极活性材料80?95重量份、导电剂2?15重量份、聚偏氟乙烯(PVDF) 3?10重量份、原料总固体质量1.8?2.2倍的N-甲基吡咯烷酮制得的混合浆料；所述负极活性材料为既能够可逆的嵌入、脱出电解液中的锂离子，又具有双电层结构的钛酸锂和多孔碳材料的混合物或复合材料；所述钛酸锂占负极活性材料的重量百分比60%?80%，所述多孔碳材料占负极活性材料的重量百分比20%?40% ；
所述多孔碳材料包括活性炭粉、活性炭纤维、碳纳米管、碳气凝胶中的至少一种。
[0006]作为优选技术方案:本发明提供的锂离子电池电容器，所述导电剂为导电石墨、导电炭黑、导电石墨烯中的一种或二种以上。
[0007]作为优选技术方案:本发明提供的锂离子电池电容器，所述粘结剂为LA132、LA133、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素和丁苯橡胶重量比为1: f 1:3的复配粘结齐U、聚乙烯醇、丙烯酸树脂中的一种或二种以上。
[0008]作为优选技术方案:本发明提供的锂离子电池电容器，所述隔膜为聚丙烯多孔薄膜、聚乙烯多孔薄膜、玻璃纤维多孔薄膜中的一种。
[0009]作为优选技术方案:本发明提供的锂离子电池电容器，所述电容器外壳包括正极壳盖和负极壳盖，正极壳盖与负极壳盖用绝缘密封圈密封连接构成密封腔体，所述密封腔体内装有电芯和有机电解液；所述电芯由正极片及其极耳、负极片及其极耳依次嵌入至反复折叠的隔膜夹层中制成，所述的正极片由正极活性材料80?95重量份、导电剂2?15重量份、粘结剂3?10重量份、原料总固体质量2.8?3.2倍蒸馏水制得的混合浆料涂覆于正极集流体基体上制成，所述负极片由负极活性材料80?95重量份、导电剂2?15重量份、聚偏氟乙烯(PVDF)3?10重量份、原料总固体质量1.8?2.2倍的N-甲基吡咯烷酮制得的混合浆料涂覆于负极集流体基体上制成，所述极耳为电极片边缘未涂覆混合浆料的集流体基体；正极片、负极片的极耳分别叠加在一起，焊接后分别构成电芯正极极耳和电芯负极极耳，电芯正极极耳连接于所述正极壳盖，电芯负极极耳连接于所述负极壳盖。
[0010]在不冲突的情况下，上述优选方案可单独或组合实施。
[0011]本发明带来的有益效果:本发明提供的技术方案，将双电层超级电容器和锂离子电池的工作原理相结合，锂离子电池电容器中既有电容的双电层物理储能原理，又有锂离子电池的嵌入嵌出化学储能原理，并使两者的技术特性达到一个平衡，具有能量密度高、寿命长、功率大、安全性好的特点，从而提高了电池的综合性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为实施例电极片与隔膜纸的相对位置示意图；
图2为实施例电极片与隔膜纸叠置后的结构示意图； 图3为实施例电芯的结构示意图；
图4为实施例电池电容器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]实施例1:
正极涂覆浆料及正极片制备:原料配比按重量份，包括:17份磷酸铁锂、68份活性炭粉、10份导电炭黑super p、5份LA132。往LA132中加入原料总固体质量2.8倍的蒸馏水，搅拌溶解。再将导电炭黑super p，磷酸铁锂，活性碳粉依次加入上述混合液中(其中磷酸铁锂、活性碳粉可各自分批加入)，继续搅拌，按现有技术制成浆料。将制好的浆料利用涂布机按现有技术均匀的涂覆在铝箔上，双面涂覆，铝箔厚度为20 μ m，烘烤温度120°C。
[0014]负极涂覆浆料及负极片制备:原料配比按重量份，包括:68份钛酸锂、17份活性炭粉、10份导电炭黑super p、5份PVDF。先往PVDF加入原料总固体质量2.0倍的N-甲基吡咯烷酮，搅拌溶解。再将导电炭黑super p，钛酸锂，活性碳粉依次加入PVDF溶液中继续搅拌，按现有技术制成浆料。将制好的浆料利用涂布机按现有技术均匀的涂覆在铜箔上，双面涂覆，铜箔厚度为15 μ m，烘烤温度120°C。
[0015]制备电池电容器:如图4所不电池电容器,包括正极壳盖5和负极壳盖4,正极壳盖5与负极壳盖4用绝缘密封圈6密封连接构成密封腔体，正极壳盖5和负极壳盖4构成的密封腔体内装有电芯和电解液，电芯正极极耳7与正极壳盖5连接，电芯负极极耳8与负极壳盖4连接，如图1至图3所示，电芯由多片正极片及其极耳I (图中3片)、多片负极片及其极耳2 (图中2片)依次嵌入至反复折叠的隔膜3夹层中制成，正极片由正极浆料涂覆于正极集流体基体上制成，负极片由负极浆料涂覆于负极集流体基体上制成，极耳1、极耳2为电极片边缘未涂覆浆料的集流体基体；正极片的极耳1、负极片的极耳2分别叠加在一起，叠加在一起的正极极耳I和负极极耳2分别向隔膜3的两侧折叠，焊接后构成电芯正极极耳7和电芯负极极耳8。
[0016]正极集流体基体选用铝箔，负极集流体基体选用铜箔，隔膜3采用聚丙烯多孔薄膜。将正极片及其极耳1、隔膜纸3、负极片及其极耳2依次重叠，叠加在一起的正极极耳I和负极极耳2分别向隔膜3的两侧折叠，焊接后制成电芯。将电芯放入由正极壳盖5和负极壳盖4构成的密封腔体内，注入lmol/L的LiPF6电解液(EC/DEC=1:1 )，然后封口密封，即完成电池电容器的制造。
[0017]实施例2:
正极涂覆浆料及正极片制备:原料配比按重量份，包括:64份钴酸锂、16份活性炭纤维、10份导电石墨、10份LA133。往LA133中加入原料总固体质量3倍的蒸馏水，搅拌溶解。再将导电石墨，钴酸锂，活性炭纤维依次加入LA133溶液中继续搅拌，按现有技术制成浆料。将制好的浆料利用涂布机按现有技术均匀的涂覆在铝箔上，双面涂覆，铝箔厚度为20 μ m，烘烤温度120°C。
[0018]负极涂覆浆料及负极片制备:原料配比按重量份，包括:57份钛酸锂、38份活性炭纤维、2份导电石墨和3份PVDF。先往PVDF加入原料总固体质量1.8倍的N-甲基吡咯烷酮，搅拌溶解。再将导电石墨，钛酸锂，活性炭纤维依次加入PVDF溶液中继续搅拌，按现有技术制成浆料。将制好的浆料利用涂布机按现有技术均匀的涂覆在铜箔上，双面涂覆，铜箔厚度为15 μ m，烘烤温度120°C。
[0019]制备电池电容器:如图4所不电池电容器,包括正极壳盖5和负极壳盖4,正极壳盖5与负极壳盖4用绝缘密封圈6密封连接构成密封腔体，正极壳盖5和负极壳盖4构成的密封腔体内装有电芯和电解液，电芯正极极耳7与正极壳盖5连接，电芯负极极耳8与负极壳盖4连接，如图1至图3所示，电芯由多片正极片及其极耳I (图中3片)、多片负极片及其极耳2 (图中2片)依次嵌入至反复折叠的隔膜3夹层中制成，正极片由正极浆料涂覆于正极集流体基体上制成，负极片由负极浆料涂覆于负极集流体基体上制成，极耳1、极耳2为电极片边缘未涂覆浆料的集流体基体；正极片的极耳1、负极片的极耳2分别叠加在一起，叠加在一起的正极极耳I和负极极耳2分别向隔膜3的两侧折叠，焊接后构成电芯正极极耳7和电芯负极极耳8。
[0020]正极集流体基体选用铝箔，负极集流体基体选用铜箔，隔膜3采用聚乙烯多孔薄膜。将正极片及其极耳1、隔膜纸3、负极片及其极耳2依次重叠，叠加在一起的正极极耳I和负极极耳2分别向隔膜3的两侧折叠，焊接后制成电芯。将电芯放入由正极壳盖5和负极壳盖4构成的密封腔体内，注入lmol/L的LiPF6电解液(EC/DEC=1:1 )，然后封口密封，即完成电池电容器的制造。
[0021]实施例3:
正极涂覆浆料及正极片制备:原料配比按重量份，包括:45份钴锰锂三元材料、45份碳纳米管、7份导电石墨烯、3份聚乙烯醇。往聚乙烯醇中加入原料总固体质量3.2倍的蒸馏水，搅拌溶解。再将导电石墨烯、钴锰锂三元材料、碳纳米管依次加入聚乙烯醇溶液中继续搅拌，按现有技术制成浆料。将制好的浆料利用涂布机按现有技术均匀的涂覆在铝箔上，双面涂覆，铝箔厚度为20 μ m,烘烤温度120°C。
[0022]负极涂覆浆料及负极片制备:原料配比按重量份，包括:56份钛酸锂，24份碳气凝胶、15份导电石墨烯和10份PVDF。先往PVDF加入原料总固体质量2.2倍的N-甲基吡咯烷酮，搅拌溶解。再将导电石墨烯，钛酸锂，碳气凝胶依次加入PVDF溶液中继续搅拌，按现有技术制成浆料。将制好的浆料利用涂布机按现有技术均匀的涂覆在铜箔上，双面涂覆，铜箔厚度为15 μ m，烘烤温度120°C。
[0023]制备电池电容器:如图4所不电池电容器,包括正极壳盖5和负极壳盖4,正极壳盖5与负极壳盖4用绝缘密封圈6密封连接构成密封腔体，正极壳盖5和负极壳盖4构成的密封腔体内装有电芯和电解液，电芯正极极耳7与正极壳盖5连接，电芯负极极耳8与负极壳盖4连接，如图1至图3所示，电芯由多片正极片及其极耳I (图中3片)、多片负极片及其极耳2 (图中2片)依次嵌入至反复折叠的隔膜3夹层中制成，正极片由正极浆料涂覆于正极集流体基体上制成，负极片由负极浆料涂覆于负极集流体基体上制成，极耳1、极耳2为电极片边缘未涂覆浆料的集流体基体；正极片的极耳1、负极片的极耳2分别叠加在一起，叠加在一起的正极极耳I和负极极耳2分别向隔膜3的两侧折叠，焊接后构成电芯正极极耳7和电芯负极极耳8。
[0024]正极集流体基体选用铝箔，负极集流体基体选用铜箔，隔膜3采用聚玻璃纤维纸。将正极片及其极耳1、隔膜纸3、负极片及其极耳2依次重叠，叠加在一起的正极极耳I和负极极耳2分别向隔膜3的两侧折叠，焊接后制成电芯。将电芯放入由正极壳盖5和负极壳盖4构成的密封腔体内，注入lmol/L的LiPF6电解液(EC/DEC=1:1 )，然后封口密封，即完成电池电容器的制造。
[0025]实施例4:
正极涂覆浆料及正极片制备:原料配比按重量份，包括:49份磷酸铁锂、41份活性炭粉、6份导电炭黑super p和4份LA132。往LA132中加入原料总固体质量3.0倍的蒸馏水，搅拌溶解。再将导电炭黑super p,磷酸铁锂,活性碳粉依次加入LA132液体中继续搅拌,按现有技术制成浆料。将制好的浆料利用涂布机按现有技术均匀的涂覆在铝箔上，双面涂覆，铝箔厚度为20 μ m,烘烤温度120°C。
[0026]负极涂覆浆料及负极片制备:原料配比按重量份，包括:65份钛酸锂，25份活性炭粉、6份导电炭黑super p、4份PVDF。先往PVDF加入原料总固体质量2.0倍的N-甲基吡咯烷酮，搅拌溶解。再将导电炭黑super p，钛酸锂，活性碳粉依次加入PVDF液体中继续搅拌，按现有技术制成浆料。将制好的浆料利用涂布机按现有技术均匀的涂覆在铜箔上，双面涂覆，铜箔厚度为15 μ m，烘烤温度120°C。
[0027]制备电池电容器:如图4所不电池电容器,包括正极壳盖5和负极壳盖4,正极壳盖5与负极壳盖4用绝缘密封圈6密封连接构成密封腔体，正极壳盖5和负极壳盖4构成的密封腔体内装有电芯和电解液，电芯正极极耳7与正极壳盖5连接，电芯负极极耳8与负极壳盖4连接，如图1至图3所示，电芯由多片正极片及其极耳I (图中3片)、多片负极片及其极耳2 (图中2片)依次嵌入至反复折叠的隔膜3夹层中制成，正极片由正极浆料涂覆于正极集流体基体上制成，负极片由负极浆料涂覆于负极集流体基体上制成，极耳1、极耳2为电极片边缘未涂覆浆料的集流体基体；正极片的极耳1、负极片的极耳2分别叠加在一起，叠加在一起的正极极耳I和负极极耳2分别向隔膜3的两侧折叠，焊接后构成电芯正极极耳7和电芯负极极耳8。
[0028]正极集流体基体选用铝箔，负极集流体基体选用铜箔，隔膜3采用聚丙烯多孔薄膜。将正极片及其极耳1、隔膜纸3、负极片及其极耳2依次重叠，叠加在一起的正极极耳I和负极极耳2分别向隔膜3的两侧折叠，焊接后制成电芯。将电芯放入由正极壳盖5和负极壳盖4构成的密封腔体内，注入lmol/L的LiPF6电解液(EC/DEC=1:1 )，然后封口密封，即完成电池电容器的制造。
[0029]对比实施例1:
在实施例4的基础上，正极涂覆浆料配比中未加活性炭粉，其余与实施例4相同。
[0030]对比实施例2:
在实施例4的基础上，负极涂覆浆料配比中未加活性炭粉，其余与实施例4相同。
[0031]对比实施例3:
在实施例4的基础上，正极和负极涂覆浆料配比中均未加活性炭粉，其余与实施例4相同。
[0032]对比实施例4:
在实施例2的基础上，正极涂覆浆料配比中未加活性炭纤维，其余与实施例2相同。
[0033]对比实施例5:
在实施例3的基础上，正极涂覆浆料配比中未加碳纳米管，其余与实施例3相同。
[0034]对各实施例得到的产品进行检测，得到的数据如下表:
【权利要求】
1.一种锂离子电池电容器，包括电容器外壳和位于电容器外壳内的有机电解液以及由正极片、隔膜及负极片顺序叠合组装成的电芯，正、负极片分别与正极耳、负极耳连接，并由正、负极耳引出到电容器外壳的正、负极端上，其特征在于: 所述正极片包括涂布在正极集流体基体上的由正极活性材料80?95重量份、导电剂2?15重量份、粘结剂3?10重量份、原料总固体质量2.8?3.2倍蒸馏水为溶剂制得的混合浆料；所述正极活性材料为既能够可逆的嵌入、脱出电解液中的锂离子，又具有双电层结构的锂盐和多孔碳材料的混合物或复合材料；所述锂盐包括钴酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂，钴锰锂三元材料中的至少一种；所述锂盐占正极活性材料的重量百分比20%?80%，所述多孔碳材料占正极活性材料的重量百分比20%?80% ； 所述负极片包括涂布在负极集流体基体上的由负极活性材料80?95重量份、导电剂2?15重量份、聚偏氟乙烯3?10重量份、原料总固体质量1.8?2.2倍的N-甲基吡咯烷酮为溶剂制得的混合浆料；所述负极活性材料为既能够可逆的嵌入、脱出电解液中的锂离子，又具有双电层结构的钛酸锂和多孔碳材料的混合物或复合材料；所述钛酸锂占负极活性材料的重量百分比60%?80%，所述多孔碳材料占负极活性材料的重量百分比20%?40% ； 所述多孔碳材料包括活性炭粉、活性炭纤维、碳纳米管、碳气凝胶中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电容器，其特征在于:所述导电剂为导电石墨、导电炭黑、导电石墨烯中的一种或二种以上。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电容器，其特征在于:所述粘结剂为LA132、LA133、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、重量比为1:广1:3的羧甲基纤维素和丁苯橡胶、聚乙烯醇、丙烯酸树脂中的一种或二种以上。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池电容器，其特征在于:所述隔膜为聚丙烯多孔薄膜、聚乙烯多孔薄膜、玻璃纤维多孔薄膜中的一种。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池电容器，其特征在于:所述电容器外壳包括正极壳盖和负极壳盖，正极壳盖与负极壳盖用绝缘密封圈密封连接构成密封腔体，所述密封腔体内装有电芯和有机电解液；所述电芯由正极片及其极耳、负极片及其极耳依次嵌入至反复折叠的隔膜夹层中制成，所述的正极片由正极活性材料80?95重量份、导电剂2?15重量份、粘结剂I?10重量份、原料总固体质量2.8?3.2倍蒸馏水制得的混合浆料涂覆于正极集流体基体上制成，所述负极片由负极活性材料80?95重量份、导电剂2?15重量份、聚偏氟乙烯3?10重量份、原料总固体质量1.8?2.2倍的N-甲基吡咯烷酮制得的混合浆料涂覆于负极集流体基体上制成，所述极耳为电极片边缘未涂覆混合浆料的集流体基体；正极片、负极片的极耳分别叠加在一起，焊接后分别构成电芯正极极耳和电芯负极极耳，电芯正极极耳连接于所述正极壳盖，电芯负极极耳连接于所述负极壳盖。
【文档编号】H01G11/30GK104078246SQ201410311205
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】谢镕安, 况皓, 林忠富, 吴丽君, 宋云峰, 李永龙 申请人:长沙国容新能源有限公司