一种高功率超级电容锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，更具体地，本发明专利技术涉及一种高功率超级电容锂电池及其制备方法。本发明专利技术高功率超级电容锂电池，包括壳体、正极、负极、介于正负极之间的隔膜以及电解液，所述正极、负极以及隔膜浸泡在所述电解液中，所述正极包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性材料，所述正极活性材料包括质量比分别为2‑4：1‑3：0.1‑0.5：0.25‑0.5的锂离子嵌入化合物、多孔碳材料、导电剂及粘结剂；所述负极包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性材料，所述负极活性材料包括质量比为7‑9：1‑3：0.2‑1：0.5‑1的石墨类材料、多孔碳材料、导电剂及粘结剂。本发明专利技术电池具高功率特性、高比能特性及较长的电池循环寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池
，更具体地，本专利技术涉及一种高功率超级电容锂电池及其制备方法。
技术介绍
当今世界，石油资源日渐紧张，环境污染日趋严重，能源、资源、环境与人类社会的和谐发展日益成为关注的焦点，寻求开发传统石化能源的替代能源、实现无害资源产业发展、谋求人与环境的和谐，实现汽车等主流交通工具能源供给清洁显的尤为迫切。今天电动汽车的广泛应用已经成为了现实，因此，人们对以绿色二次电池为动力的二次能源越来越重视，高能密度、大容量、低成本电池的需求愈来愈强烈。目前锂离子电池已经广泛应用于手机、笔记本电脑等领域，并有着不俗的表现，但由于锂离子电池能量密度高，在过充电、短路、热冲击等状态下，电池容易发生燃烧或爆炸，造成较大的伤害。因此，如何把锂离子电池容量做大、体积做小、质量做轻的同时又能够使电池电化学性能和安全性能得到保障以及较长的电池循环寿命、低成本和环保，一直是制约动力锂离子电池发展的瓶颈，同时一直制约着电动车工业发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高功率特性、高比能特性的超级电容锂电池及其制备方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取了以下技术方案：一种高功率超级电容锂电池，包括壳体、正极、负极、介于正负极之间的隔膜以及电解液，所述正极、负极以及隔膜浸泡在所述电解液中，所述正极包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性材料，所述正极活性材料包括质量比分别为2-4：1-3：0.1-0.5：0.25-0.5的锂离子嵌入化合物、多孔碳材料、导电剂及粘结剂；所述负极包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性材料，所述负极活性材料包括质量比为7-9：1-3：0.2-1：0.5-1的石墨类材料、多孔碳材料、导电剂及粘结剂。在一种实施方式中，所述锂离子嵌入化合物为LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2以及上述化合物的其他金属元素M掺杂的材料中的至少一种。在一种实施方式中，所述掺杂元素M为Li、Mg、Cr、Al、Ni、Co、Mn、Fe、Ti中的
至少一种。在一种实施方式中，所述多孔碳材料为活性炭、纳米炭管、炭气凝胶、中孔炭中的至少一种。在一种实施方式中，所述石墨类材料的比表面积为400-1000m2/g。在一种实施方式中，所述石墨类材料为人造石墨、天然微晶石墨、天然鳞片石墨中的至少一种。在一种实施方式中，所述电解液为锂离子电解质盐与非水有机溶剂配制而成。在一种实施方式中，所述导电剂为乙炔黑、导电石墨、碳纳米管或碳黑。在一种实施方式中，所述正极集流体为铝箔，所述负极集流体为铜箔。本专利技术的另一个目的在于提供制备所述的高功率超级电容锂电池的方法，包括以下步骤：a.将锂离子嵌入化合物、多孔碳材料、导电剂、粘结剂以及溶剂混合配制正极浆料，将石墨类材料、多孔碳材料、导电剂、粘结剂以及溶剂混合配制负极浆料；b.将所述正极浆料涂覆在正极集流体上，然后干燥、轧膜，分切制成正极，将所述负极浆料涂覆在负极集流体上，然后干燥、轧膜，分切制成负极；c.将所述正极、隔膜及负极依次贴合组装后浸泡于电解液中，即得高功率超级电容锂电池。本专利技术的有益效果:本专利技术高功率超级电容锂电池将超级电容器界面双电层和锂离子电池嵌入-脱出的特点结合起来，其兼具电容和电池双功能的储能特点，让电池保持锂离子电池高电压、高能量密度的同时，还具有超级电容器的高功率密度、大的电流放电、良好的循环寿命特点。参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。具体实施方式除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本专利技术所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅
限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1-2”、“1-2和4-5”、“1-3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。此外，本专利技术要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显指单数形式。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种高功率超级电容锂电池，包括壳体、正极、负极、介于正负极之间的隔膜以及电解液，所述正极、负极以及隔膜浸泡在所述电解液中，所述正极包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性材料，所述正极活性材料包括质量比分别为2-4：1-3：0.1-0.5：0.25-0.5的锂离子嵌入化合物、多孔碳材料、导电剂及粘结剂；所述负极包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性材料，所述负极活性材料包括质量比为7-9：1-3：0.2-1：0.5-1的石墨类材料、多孔碳材料、导电剂及粘结剂。作为本专利技术的一种优选实施方式，所述锂离子嵌入化合物为LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2以及上述化合物的其他金属元素M掺杂的材料中的至少一种。作为本专利技术的一种优选实施方式，所述掺杂元素M为Li、Mg、Cr、Al、Ni、Co、Mn、Fe、Ti中的至少一种。作为本专利技术的一种优选实施方式，所述多孔碳材料为活性炭、纳米炭管、炭气凝胶、中孔炭中的至少一种。本专利技术中，正、负极活性材料中的多孔炭材料采用活性炭粉末、活性炭纤维、纳米炭管、炭气凝胶、中孔炭等，其比表面积在1000m2/g以上。考虑到利用多孔炭的高比表面积特点，发挥其界面双电层储能特点，使超级电容电池具有高功率密度和长寿命等特点。作为本专利技术的一种优选实施方式，所述石墨类材料的比表面积为400-1000m2/g。作为本专利技术的一种优选实施方式，所述石墨类材料为人造石墨、天然微晶石墨、天然鳞片石墨中的至少一种。作为本专利技术的一种优选实施方式，所述电解液为锂离子电解质盐与非水有机溶剂配制而成。本专利技术中，电解液为主要以含有锂离子的电解质盐和非水有机溶剂组成的电解液。锂离子电解质盐占电解液的重量含量为10-15％。锂离子的电解质盐有如LiPF6、LiBF4、LiBOB、
LiCF3SO3、LiN(SO2CF4)2、LiC(SO2CF3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率超级电容锂电池，包括壳体、正极、负极、介于正负极之间的隔膜以及电解液，所述正极、负极以及隔膜浸泡在所述电解液中，其特征在于，所述正极包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性材料，所述正极活性材料包括质量比分别为2‑4：1‑3：0.1‑0.5：0.25‑0.5的锂离子嵌入化合物、多孔碳材料、导电剂及粘结剂；所述负极包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性材料，所述负极活性材料包括质量比为7‑9：1‑3：0.2‑1：0.5‑1的石墨类材料、多孔碳材料、导电剂及粘结剂。

【技术特征摘要】
1.一种高功率超级电容锂电池，包括壳体、正极、负极、介于正负极之间的隔膜以及电解液，所述正极、负极以及隔膜浸泡在所述电解液中，其特征在于，所述正极包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性材料，所述正极活性材料包括质量比分别为2-4：1-3：0.1-0.5：0.25-0.5的锂离子嵌入化合物、多孔碳材料、导电剂及粘结剂；所述负极包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性材料，所述负极活性材料包括质量比为7-9：1-3：0.2-1：0.5-1的石墨类材料、多孔碳材料、导电剂及粘结剂。2.根据权利要求1所述的高功率超级电容锂电池，其特征在于，所述锂离子嵌入化合物为LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2以及上述化合物的其他金属元素M掺杂的材料中的至少一种。3.根据权利要求2所述的高功率超级电容锂电池，其特征在于，所述掺杂元素M为Li、Mg、Cr、Al、Ni、Co、Mn、Fe、Ti中的至少一种。4.根据权利要求1所述的高功率超级电容锂电池，其特征在于，所述多孔碳材料为活性炭、纳米炭管、炭气凝胶、中孔炭中的至少一种。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李公，牛传实，郭聚豪，姜长印，王润泽，胡平，王福泉，吴杨，王悦，
申请(专利权)人：吴杨，王坤，王振洲，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23