一种全碳气凝胶锂电池及其制备方法技术

一种全碳气凝胶锂电池及其制备方法，属于锂电池电解质技术领域。全碳气凝胶锂电池包括全碳气凝胶电解质、正极材料、负极材料、正极集流体、负极集流体和外包装。其制备方法，包括如下步骤：(1)纳米硬硅钙石‑全碳气凝胶复合材料的制备；(2)将纳米硬硅钙石‑全碳气凝胶复合材料、正极材料、负极材料、正极集流体、负极集流体、外包装进行组装，并注入电解液，制得全碳气凝胶锂电池；该锂电池采用具有高的孔隙率、比表面积和低密度的全碳气凝胶作为锂电池电解质的基质，加入有机电解液制得全碳气凝胶锂电池。该发明专利技术的制备方法，不要求严格的干燥环境，易于规模化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的一种全碳气凝胶锂电池及其制备方法，属于锂电池电解质

技术介绍
锂离子电池是近几年出现的金属锂蓄电池的替代产品。在锂离子电池充电式，正极中的锂原子电离成锂离子和电子，并且锂离子向负极运动与电子合成锂原子；放电时，锂离子从负极表面电离成锂离子和电子，并在正极处合成锂原子。锂离子电池具有重量轻、储能大、功率大、循环寿命长、无污染、温度适应范围宽等优点，广泛应用于各种电动车的蓄电池以及各种便携电子设备的电池。如今能源紧缺、环境污染已经成为全球关注的问题，气凝胶产品，作为一种优异的节能环保产品，迎来了良好的发展机遇。气凝胶具有密度低、孔隙率高、比表面积大等优点，在石油化工、电力输送、民用建筑保温、太阳能热水器、航空航天等多领域都有应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种全碳气凝胶锂电池及其制备方法，该锂电池采用具有高的孔隙率、比表面积和低密度的全碳气凝胶作为锂电池电解质的基质，加入有机电解液制得全碳气凝胶锂电池。本专利技术的一种全碳气凝胶锂电池包括全碳气凝胶电解质、正极材料、负极材料、正极集流体、负极集流体和外包装。所述的全碳气凝胶电解质包括纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料、电解液；其中，按质量比，纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料：电解液=70~80：20~30；其中，纳米硬硅钙石与全碳气凝胶的质量比为1:1~1:1.5；其中，电解液为锂盐和增塑剂；锂盐的浓度为1~1.5mol/L；所述的正极材料为导电高分子或有机硫磺系化合物中的一种；所述的导电高分子包括聚吡咯、聚噻吩或聚苯胺中的一种；所述的有机硫磺系化合物为聚二硫基二唑、聚二硫代二苯胺或三聚硫氰酸中的一种；所述的负极材料为活性石墨、焦炭、活性炭、活性炭纳米管、碳纤维或石墨烯中的一种；所述的负极集流体为铜网；所述的正极集流体为铝网；所述的外包装为铝塑软包装。其中，所述的纳米硬硅钙石为直径为80~120nm，其中纳米硬硅钙石内有直径为20~70μm的中空二次粒子。所述的锂盐为LiPF6，LiAsF6、Li(CF3SO2)2N、LiClO4、LiBF4、LiC4BO8、Li(C2F5SO2)2N、Li[(C2F5)3PF3]、LiCF3SO3、LiCH3SO3或LiN(SO2CF3)2中的一种。所述的增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯或磷酸二丁酯中的一种或几种混合物。本专利技术的一种全碳气凝胶锂电池的制备方法，包括如下步骤：(1)纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料的制备：①按纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料配比备料；②将纳米硬硅钙石放入真空干燥箱中进行脱气处理；③在真空状态下，将用乙醇溶液配制的全碳气凝胶加入真空干燥箱中，真空状态下静止陈化1~2h，制得全碳气凝胶与硬硅钙石复合物；④将全碳气凝胶与硬硅钙石复合物放入高压釜中进行超临界干燥1~2h，制得纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料；(2)将纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料、正极材料、负极材料、正极集流体、负极集流体、外包装进行组装，并注入电解液，制得全碳气凝胶锂电池；其中，电解液为锂盐和增塑剂。其中，所述(1)②中的脱气处理为真空度为80~100pa，50~200℃脱气1~3h。所述(1)③中，全碳气凝胶的乙醇溶液浓度为1×10-3~5×10-3mol/L。所述(1)④中，超临界干燥采用的干燥介质为乙醇。本专利技术的全碳气凝胶锂电池，锂盐和增塑剂一起固化在基质中，形成了凝胶态电解质。本专利技术的优点在于：本专利技术加入纳米的硬硅钙石二次粒子，可以提高全碳气凝胶的机械强度。该专利技术的制备方法，不要求严格的干燥环境，易于规模化生产。具体实施方式实施例1一种全碳气凝胶锂电池包括全碳气凝胶电解质、聚吡咯、炭黑、铝网、铜网和铝塑软包装。其中，全碳气凝胶电解质包括直径为100nm纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料、电解液；按质量比，直径为100nm纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料：电解液=80：20；直径为100nm纳米硬硅钙石与全碳气凝胶的质量比为1:1；电解液：锂盐为LiPF6，其浓度为1mol/L，增塑剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)，其中，按体积比，溶剂：EC：DMC:DEC=1:1:1。一种全碳气凝胶锂电池的制备方法，包括如下步骤：(1)直径为100nm纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料的制备：①按直径为100nm纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料配比备料；②将直径为100nm纳米硬硅钙石放入真空干燥箱中，在真空度为80pa，200℃脱气1h；③在真空状态下，将用乙醇溶液配制的全碳气凝胶加入真空干燥箱中，真空状态下静止陈化2h，制得全碳气凝胶与硬硅钙石复合物，其中，全碳气凝胶的乙醇溶液浓度为2×10-3mol/L；④将全碳气凝胶与硬硅钙石复合物放入高压釜中进行超临界干燥1h，干燥介质为乙醇制得纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料；(2)将纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料、聚吡咯、炭黑、铝网、铜网和铝塑软包装进行组装，并注入电解液，制得全碳气凝胶锂电池。实施例2一种全碳气凝胶锂电池包括全碳气凝胶电解质、聚噻吩、石墨烯、铝网、铜网和铝塑软包装。其中，全碳气凝胶电解质包括直径为80nm纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料、电解液；按质量比，直径为80nm纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料：电解液=70：30；直径为80nm纳米硬硅钙石与全碳气凝胶的质量比为1:1；电解液：锂盐为LiPF6，其浓度为1mol/L，增塑剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)，其中，按体积比，溶剂：EC：DMC:EMC=1:1:1。一种全碳气凝胶锂电池的制备方法，包括如下步骤：(1)直径为80nm纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料的制备：①按直径为80nm纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料配比备料；②将直径为80nm纳米硬硅钙石放入真空干燥箱中，在真空度为100pa，50℃脱气3h；③在真空状态下，将用乙醇溶液配制的全碳气凝胶加入真空干燥箱中，真空状态下静止陈化2h，制得全碳气凝胶与硬硅钙石复合物，其中，全碳气凝胶的乙醇溶液浓度为1×10-3mol/L；④将全碳气凝胶与硬硅钙石复合物放入高压釜中进行超临界干燥2h，干燥介质为乙醇制得纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料；(2)将纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料、聚噻吩、石墨烯、铝网、铜网和铝塑软包装进行组装，并注入电解液，制得全碳气凝胶锂电池。实施例3一种全碳气凝胶锂电池包括全碳气凝胶电解质、聚吡咯、活性炭纳米管、铝网、铜网和铝塑软包装。其中，全碳气凝胶电解质包括直径为120nm纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料、电解液；按质量比，直径为120nm纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料：电解液=70：30；直径为120nm纳米硬硅钙石与全碳气凝胶的质量比为1:1.5；电解液：锂盐为LiAsF6，其浓度为1.5mol/L，增塑剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)，其中，按体积比，溶剂：EC：DMC=1:1。一种全碳气凝胶锂电池的制备方法，包括如下步骤：(1)直径为120nm纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料的制备：①按直径为120nm纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料配比备料；②将直径为120nm纳米硬硅钙石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全碳气凝胶锂电池，其特征在于，包括全碳气凝胶电解质、正极材料、负极材料、正极集流体、负极集流体和外包装；其中，全碳气凝胶电解质包括纳米硬硅钙石‑全碳气凝胶复合材料、电解液；按质量比，纳米硬硅钙石‑全碳气凝胶复合材料：电解液=70~80：20~30；其中，纳米硬硅钙石与全碳气凝胶的质量比为1:1~1:1.5；电解液为锂盐和增塑剂；锂盐的浓度为1~1.5mol/L；正极材料为导电高分子或有机硫磺系化合物中的一种；负极材料为活性石墨、焦炭、活性炭、活性炭纳米管、碳纤维或石墨烯中的一种；负极集流体为铜网；正极集流体为铝网；外包装为铝塑软包装。

【技术特征摘要】
1.一种全碳气凝胶锂电池，其特征在于，包括全碳气凝胶电解质、正极材料、负极材料、正极集流体、负极集流体和外包装；其中，全碳气凝胶电解质包括纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料、电解液；按质量比，纳米硬硅钙石-全碳气凝胶复合材料：电解液=70~80：20~30；其中，纳米硬硅钙石与全碳气凝胶的质量比为1:1~1:1.5；电解液为锂盐和增塑剂；锂盐的浓度为1~1.5mol/L；正极材料为导电高分子或有机硫磺系化合物中的一种；负极材料为活性石墨、焦炭、活性炭、活性炭纳米管、碳纤维或石墨烯中的一种；负极集流体为铜网；正极集流体为铝网；外包装为铝塑软包装。2.根据权利1要求所述的全碳气凝胶锂电池，其特征在于，所述的导电高分子包括聚吡咯、聚噻吩或聚苯胺中的一种；所述的有机硫磺系化合物为聚二硫基二唑、聚二硫代二苯胺或三聚硫氰酸中的一种。3.根据权利1要求所述的全碳气凝胶锂电池，其特征在于，所述的纳米硬硅钙石为直径为80~120nm，其中纳米硬硅钙石内有直径为20~70μm的中空二次粒子。4.根据权利1要求所述的全碳气凝胶锂电池，其特征在于，所述的锂盐为LiPF6，LiAsF6、Li(CF3SO2)2N、LiClO4、LiBF4、LiC4BO8、Li(C2F5SO2)2N、Li[(C2F5)3PF3]、LiCF3SO3、LiCH3SO3或LiN(SO2CF3)2中的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭云琴，
申请(专利权)人：郭云琴，
类型：发明
国别省市：浙江;33