一种长寿命负极片的制备工艺及使用该负极片的电容电池制造技术

本发明专利技术一种长寿命负极片的制备工艺及使用该负极片的有机混合型超级电容电池，该负极的制备工艺包括如下步骤：混料，将快速储锂碳、粘结剂混合，加入溶剂；压制，用辊压机对混料进行压制，得到一定厚度的片状极片；涂覆，将导电剂调成浆料，涂覆在负极集流体上；附片，将片状极片压制附着在涂有一层导电剂的负极集流体上；烘干、碾压、裁切、真空干燥制备成负极片。本发明专利技术采用先压片后附着在集流体上的工艺，使负极片具有更高的压实密度和循环寿命。本发明专利技术制备的有机混合型超级电容电池具有高能量密度（能达到４５－８０Ｗｈ／Ｋｇ）、高功率密度（＞４５００Ｗ／Ｋｇ）的特性，可广泛应用于电动汽车、电动工具、太阳能储能、风能储能、便携式家电等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超级电容器和锂离子电池技术的结合，特别是涉及有机混合型超级电 容器和锂离子电池。
技术介绍
超级电容器是介于传统电容器与电池之间的一种新型电化学储能器件，它相比传 统电容器有着更高的能量密度，静电容量能达千法拉至万法拉级；相比电池有着更高的功 率密度和超长的循环寿命，因此它结合了传统电容器与电池的优点，是一种应用前景广阔 的化学电源。它具有比容量高、功率大、寿命长、工作温限宽、免维护等特点。按照储能原理的不同，超级电容器可以分为三类双电层电容器(EDLC)，法拉第 准电容超级电容器和混合型超级电容器，其中双电层电容器主要是利用电极/电解质界面 电荷分离所形成的双电层来实现电荷和能量的储存；法拉第准电容超级电容器主要是借助 电极表面快速的氧化还原反应所产生的法拉第“准电容”来实现电荷和能量的储存；而混合 型超级电容器是一极采用电池的非极化电极(如氢氧化镍)，另一极采用双电层电容器的 极化电极(如活性炭)，这种混合型的设计可以大幅度提高超级电容器的能量密度。超级电容器按电解质分可分为无机电解质、有机电解质、聚合物电解质三种超级 电容器，其中无机电解质应用较多的为高浓度的酸性(如H2S04)或碱性(如K0H)的水溶液， 中性水溶液电解质应用的较少；有机电解质则一般采用季胺盐或锂盐与高电导率的有机溶 剂(如乙腈)组成混合电解液，而聚合物电解质如今只停留在实验室阶段，尚无商业化产品 的出现。超级电容器采用有机电解质，可以大幅度提高电容器的工作电压，根据E=1/2CV2 可知，对提高电容器能量密度有很大的帮助。如今，成熟的有机超级电容器一般都采用对称 型结构，即正负极使用相同的炭材料，电解液由季铵盐和有机溶剂(如乙腈)组成，这种电 容器的功率密度很高，能达到5000-6000W/Kg，但其能量密度偏低，只能达到3-5Wh/Kg，因 此，为了进一步提高有机超级电容器的能量密度，人们采用了混合型的结构设计，即正负极 使用不同的活性材料。近年来，有机混合型超级电容器的研究不断增多，出现了如正极采用 活性炭、负极采用钛酸锂和正极采用聚噻吩，负极采用钛酸锂等有机超级电容器。但是，这些有机混合型超级电容器由于极片采用传统涂布方法，极片的压实密度 都受到限制，因此能量密度与传统电池相比都不理想，循环寿命也受到制约。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提高负极片粘结强度，使其具有更高的压实密度 和循环寿命。在保持超级电容器高功率、无污染、高安全性、免维护等特性的前提下，大幅度 提高超级电容器的能量密度和循环寿命，进一步拓宽超级电容器的应用领域。本专利技术的目的是这样实现的一种长寿命负极片的制备工艺，包括如下步骤混料，将快速储锂碳、粘结剂混合，加入溶剂；压制，用辊压机对混料进行压制，得到一定厚度的片状极片；涂覆，将导电剂调成浆料，涂覆在负极集流体上；附片，将片状极片压制附着在涂有一层导电剂的负极集流体上；烘干、碾压、裁切、真空干燥制备成负极片。其中将片状极片压制附着在涂有一层导电剂的负极集流体上，使其密度达到使其 密度达到1. 2 1. 6g/cm3。一种使用上述工艺制备的长寿命负极片的有机混合型超级电容电池，其正极采用 锂离子嵌入化合物和活性炭材料多孔碳材料的混合物，经涂布工艺形成，负极采用层间距 大于等于0. 372nm的快速嵌锂碳材料，电解液采用有机电解液。其中，负极采用层间距大于等于0.372nm的快速储锂碳，其典型代表为硬碳。其中，所述的多孔碳包括活性炭、碳布、碳纤维、碳毡、碳气凝胶、碳纳米管中的一 种或者混合物。其中，所述的锂离子嵌入化合物包括LiCo02、LiMn204、LiNi02、LiFeP04、 LiNi0.8Co0.202> LiNi^Co^MrvA、LiMn02 中的一种或者混合物。其中，所述的电解液中的溶质为LiC104、LiBF4、LiPF6、LiCF3S03、LiN(CF3S02)、 LiB0B、LiAsF6、Et4BF4 中的至少一种或者几种，与 Me3EtNBF4、Me2Et2NBF4、MeEt3NBF4、Et4NBF4、 Pr4NBF4、MeBu3NBF4、Bu4NBF4、Hex4NBF4、Me4PBF4、Et4PBF4、Pr4PBF4、Bu4PBF4 中的至少一种或者 几种，进行混合，并且所述的电解液中的非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、Y _ 丁 内酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丁烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫 酸丙烯酯、乙酸乙酯、乙腈中的一种或几种。其中，所述的隔膜包括聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、复合膜、无机陶瓷膜、纸隔 膜、无纺布隔膜。一种制备有机混合型电容电池的方法，包括(1)正极片的制备步骤首先将锂离子嵌入化合物、活性炭多孔碳材料、导电剂、 粘结剂等混合，调成浆料，然后涂布在正极集流体上，经烘干、碾压、裁切、真空干燥制备成 正极片；(2)负极片的制备步骤采用权利要求1所述的工艺；(3)组装步骤将制备好的正、负极片经叠片或卷绕成电芯，放入铝塑膜、铝壳或 钢壳、塑料壳中，然后进行封口、注入在非水有机溶剂中含有锂离子和季铵盐的电解液。其中，所述的导电剂包括天然石墨粉、人造石墨、炭黑、乙炔黑、中间相炭微球、硬 炭、石油焦、碳纳米管、石墨烯中、的一种或它们的混合物，并且所述的粘结剂包括聚四氟乙 烯、聚偏氟乙烯、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素纳和丁苯橡胶中的一种或几种。其中，所述的正极片的集流体包括铝箔、铝网，并且所述的负极片的集流体包括铜 箔、铜网。本专利技术通过使用非涂布的工艺制备负极极片，将其使用在有机混合超级电容器 中，使得超级电容器具有高能量密度、长循环寿命的特性，可广泛应用于电动汽车、电动船、 电动工具、太阳能储能、风能储能等领域。附图说明附图1是现有技术中极片的涂布工艺流程示意图；附图2是本专利技术负极片制备工艺流程示意图。具体实施例方式下面结合附图详细说明本专利技术的具体实施例。如图1所示，现有技术中负极片的涂布工艺包括混料、涂覆、滚压成型等步骤。将 活性材料、导电剂、粘接剂混合后，涂覆在铜箔或铜网上，经烘干、碾压、裁切、真空干燥制备 成负极片。如图2所示，本专利技术负极片的涂布工艺包括首先将硬碳、粘结剂混合，加入溶剂； 用辊压机进行压制，得到一定厚度的片状极片；将导电剂调成浆料，然后在负极集流体上涂 一层导电剂；再将极片压制附着在涂有一层导电剂的负极集流体上；经烘干、碾压、裁切、 真空干燥制备成负极片。将片状极片压制附着在涂有一层导电剂的负极集流体上，使其密度达到1.2 1. 6g/cm3。现有的涂布工艺其密度只可达到0. 9 1. 29g/cm3。一种有机混合型电容电池，由正极、负极、介于两者之间的隔膜及有机电解液组 成，其正极采用锂离子嵌入化合物和活性炭材料的混合物，负极为层间距大于等于0. 372nm 的快速嵌锂碳，电解液采用含有锂离子和季铵盐的有机溶剂。负极极片采用先压片后附着 在集流体上的工艺，具有更高的压实密度和循环寿命。本专利技术中所述的层间距大于等于0. 372nm的快速嵌锂碳，典型代表为硬碳，硬碳 是指难石墨化碳，一般具有比容量高(达300-700mAh/g)、倍率性能好的特点，同时锂离子 在这类材料中的嵌入不会引起结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长寿命负极片的制备工艺，其特征在于包括如下步骤：混料，将快速储锂碳、粘结剂混合，加入溶剂；压制，用辊压机对混料进行压制，得到一定厚度的片状极片；涂覆，将导电剂调成浆料，涂覆在负极集流体上；附片，将片状极片压制附着在涂有一层导电剂的负极集流体上；烘干、碾压、裁切、真空干燥制备成负极片。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：华黎，杨恩东，梁全顺，安仲勋，吴明霞，曹小卫，
申请(专利权)人：上海奥威科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]