一种电池电容制造技术

本发明专利技术涉及一种电池电容，属于新能源储能器件领域。该电池电容包括外壳，以及外壳内的电解液和电芯，电芯由正极片、隔膜和负极片叠合组装而成，正极片包括集流体和形成于集流体表面的正极材料，正极材料主要由锂离子电池正极材料和超级电容器电极材料的复合而成，其中，锂离子电池正极材料中的正极活性物质和超级电容器电极材料的质量比为100:10～100:50。本发明专利技术选用LNMO和LTO为锂离子电池正、负极的电极材料，碳材料为超级电容器材料，通过复合两种不同的材料制备电池电容，从而实现高电压、高能量密度、高功率密度和长循环寿命的电池电容的制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电池电容，属于新能源储能器件领域。本专利技术中下列表达式的意义为：LNMO：LiNi0.5Mn1.5O4LTO：Li4Ti5O12
技术介绍
锂离子电池在手机、笔记本电脑、mp3等电子产品被广泛应用，但在电动汽车、家用电气、航天航空设施等需要较大瞬间电流的大型电子产品领域，传统锂离子电池由于功率密度过低而竞争力有限。锂离子电池反应在电极内部进行，因此锂离子电池能量密度大，但电池中活性物质结构发生变化，导致循环寿命较短。与传统蓄电池相比，双电层超级电容器是利用在电极表面储存电荷、形成所谓的双层电容来储能的电化学装置，其功率密度高，循环寿命长，但是能量密度低、自放电严重、工作电压较低等，大大限制了其可应用性。因此亟需寻求同时具有高比容量、高比功率和长循环寿命等性能的新能源装置。电池电容是近年来出现的一种新型储能器件，其采用锂离子电池电极材料与超级电容器电极材料的复合物作为电极材料，兼具锂离子电池高能量密度和电容器高功率密度、长循环寿命等优点，引起了广泛的关注，能满足当前电动设备的需要。另外，尖晶石钛酸锂(Li4Ti5O12，LTO)作为一种新兴锂离子电池负极材料，理论比容量为177mAh/g，在锂离子脱嵌过程中几乎为零应变材料，表现出极好的循环性能和倍率性能。但因平均锂脱嵌电位较高(1.55V vs.Li/Li+)，需要选择高电位的正极材料匹配，尖金石型镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4，LNMO)具有4.7V的高电压放电平台，放电比容量为135mAh/g，具有良好的倍率性能，与LTO可以组成电压平台在3.2V的全电池，得到较高的输出电压和能量密度。中国专利技术专利(公开号：CN103682307A)中介绍了镍锰酸锂/钛酸锂电池制备方法，虽然该电池具有高能量密度，但是该电池仍然不可避免的具有功率密度低，循环寿命短等问题，不能满足混合电动汽车对高功率密度以及长循环寿命的要求。因此，通过在镍锰酸锂/钛酸锂电池正负极中复合双电层超级电容器电极材料制备电池电容，结合电池高能量密度特性和超级电容器高功率密度、长循环寿命的优势，可以实现兼具高能量密度、高功率密度和长循环寿命的储能元件的制备。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种兼具高能量密度、高功率密度和长循环寿命的电池电容。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种电池电容，包括外壳，以及外壳内的电解液和电芯，所述电芯由正极片、隔膜和负极片叠合组装而成，所述正极片包括集流体和形成于集流体表面的正极材料，所述正极材料主要由锂离子电池正极材料和双电层超级电容器电极材料的复合而成，其中，锂离子电池正极材料中的正极活性物质和超级电容器电极材料的质量比为100:10～100:50。在上述的一种电池电容中，所述锂离子电池正极材料的正极活性物质为LNMO。在上述的一种电池电容中，所述负极片包括集流体和形成于集流体表面的负极材料，所述负极材料主要由锂离子电池负极材料和超级电容器电极材料的复合而成，其中，锂离子电池负极材料中的负极活性物质和超级电容器电极材料的质量比为100:10～100:50。在上述的一种电池电容中，所述锂离子电池负极材料的负极活性物质为LTO。在上述的一种电池电容中，所述超级电容器电极材料为碳材料。在上述的一种电池电容中，所述多孔炭材料为活性炭、碳纳米纤维、炭气凝胶和石墨烯中的一种或多种。在上述的一种电池电容中，所述正极材料和负极材料中还包括有导电剂和粘结剂。在上述的一种电池电容中，所述导电剂为Super-P、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管和导电石墨中的一种或多种。在上述的一种电池电容中，所述粘结剂为SBR、CMC、PEO、PTFE、PVDF和LA132中的一种或多种。作为优选，上述电池电容的制备方法包括以下步骤：S1、配制浆状正极材料和浆状负极材料；S2、将上述配制好的浆状正极材料和浆状负极材料分别形成于集流体上，并经过烘烤，辊压，分切成正极片和负极片；S3、将上述正极片和负极片通过叠片的方法组装成“Z”形电芯，并干燥；S4、将上述干燥后的电芯封装，并注入电解液，静置后化成分容制成(LMO-NCM-AC)/(LTO-AC)混合电池电容。作为优选，步骤S3中所述干燥在真空条件下进行，温度为100-135℃，时间为18-25h。与现有技术相比，本专利技术选用LNMO和LTO为锂离子电池正负极的电极材料，碳材料为超级电容器材料，通过复合两种不同的材料制备电池电容，从而实现高电压、高能量密度、高功率密度和长循环寿命的电池电容的制备。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。实施例1电池电容正极片制备：分别称取100g LNMO和10g活性炭，在球磨机中进行高速搅拌1h，均匀混合得到复合材料A1。将PVDF和分散剂NMP(N-甲基吡咯烷酮)按1:10质量比进行真空搅拌1.5h得到分散母液。然后加入导电剂Super-P和CNT(碳纳米管)，并加入适量NMP，搅拌0.5h。最后加入复合材料A1和适量NMP搅拌1.5h得到浆状正极材料，浆料中复合材料A1：Super-P：CNT：PVDF＝93:2:2:3。将浆状正极材料涂覆于厚度为20μm的腐蚀铝箔两面上，使得电极片厚度为190μm。通过高温烘烤后碾压得到正极片。电池电容负极片的制备：分别称取100g LTO和10g活性炭，在球磨机中进行高速搅拌1h，均匀混合得到复合材料B1。将PVDF和分散剂NMP(N-甲基吡咯烷酮)按1:10质量比进行真空高速搅拌1.5h得到分散母液。然后加入导电剂乙炔黑，并加入适量NMP，搅拌0.5h。最后加入复合材料B1和适量NMP搅拌1.5h得到浆状负极材料，浆料中复合材料B1：乙炔黑：PVDF＝93:4:3。将浆状负极材料涂覆于厚度为20μm的腐蚀铝箔两面上，使得电极片厚度为220μm。通过高温烘烤后碾压得到负极片。最后将正、负极片依次通过“Z”形叠片制成电芯，电芯在真空条件下进行干燥，干燥温度为110℃，时间为24h。再将干燥后的电芯封装，并注入电解液，静置后化成、分容制成1Ah-3.2V软包电池电容。经检测，电池电容在2C(1C＝132mAh/g)下放电比容量为118mAh/g，循环10000次，容量保持为86.2％。实施例2电池电容正极片的制备：分别称取100g LNMO和10g碳纳米纤维和10g活性炭，在球磨机中进行高速搅拌1h，均匀混合得到复合材料A2。将LA132和去离子水按3:100质量比在真空搅拌机中搅拌1h得到分散母液。加入导电剂Super-P和KB(科琴黑)，加入适量去离子水，搅拌0.5h。最后加入复合材料A2和适量去离子水搅拌1.5h得到浆状正极材料，浆料中复合材料A2：Super-P：KB：LA132＝93:2:1:4。将浆状正极材料涂覆于厚度为20μm的腐蚀铝箔两面上，使得电极厚度为180μm，通过高温烘烤后碾压得到正极片。电池电容负极片的制备：分别称取100g LTO和10g碳纳米纤维和10g活性炭，在球磨机中进行高速搅拌1h，均匀混合得到复合材料B2。将粘结剂CMC和水按2:100质量比在真空搅拌机中搅拌1h得到分散母液。加入导电剂Super-P和K本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池电容，包括外壳，以及外壳内的电解液和电芯，所述电芯由正极片、隔膜和负极片叠合组装而成，其特征在于，所述正极片包括集流体和形成于集流体表面的正极材料，所述正极材料主要由锂离子电池正极材料和超级电容器电极材料的复合而成，其中，锂离子电池正极材料中的正极活性物质和超级电容器电极材料的质量比为100:10～100:50。

【技术特征摘要】
1.一种电池电容，包括外壳，以及外壳内的电解液和电芯，所述电芯由正极片、隔膜和负极片叠合组装而成，其特征在于，所述正极片包括集流体和形成于集流体表面的正极材料，所述正极材料主要由锂离子电池正极材料和超级电容器电极材料的复合而成，其中，锂离子电池正极材料中的正极活性物质和超级电容器电极材料的质量比为100:10～100:50。2.根据权利要求1所述的一种电池电容，其特征在于，所述锂离子电池正极材料的正极活性物质为LNMO。3.根据权利要求1所述的一种电池电容，其特征在于，所述负极片包括集流体和形成于集流体表面的负极材料，所述负极材料主要由锂离子电池负极材料和超级电容器电极材料的复合而成，其中，锂离子电池负极材料中的负极活性物质和超级电容器电极材料的质量比为100:10...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮殿波，李林艳，周洲，陈雪丹，黄益，
申请(专利权)人：宁波中车新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33