大容量脉冲型动力锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大容量脉冲型动力锂离子电池及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。其包括壳体、电池芯，以及收纳于壳体内的电解液，电池芯包括多个锂电池电极，电池芯还包括双电层吸附电极，双电层吸附电极间隔插入锂电池电极之间。其制备方法包括：（1）锂离子电极浆料配制：（2）双电层吸附电极浆料配制；（3）制片；（4）叠片；（5）组装；（6）注液。本发明专利技术将锂离子嵌入脱出储能机理和双电层吸附脱附储能机理有机结合，改善锂离子电池的脉冲放电特性，具有较高的能量密度和功率密度，避免了高功率脉冲放电对电池造成损伤，大大延长了电池的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
。
技术介绍
钴酸锂锂离子电池、锰酸锂锂离子电池、磷酸钒锂锂离子电池及磷酸铁锂锂离子电池产品应用领域主要为电动自行车、电动汽车、电脑、手机等。应用方式为:串并联电池改变其电压和容量来提供动力的目的。由于锂离子往返迁移机理可做到较好的离子转移，所以其循环次数可达500次以上，而其能量密度较之铅酸电池也高的多，同时具有环境友好等特点，因此被广泛应用于各个领域。但是动力锂离子电池在满足汽车行驶里程的基础上，各种路况条件下汽车在启动、加速和爬坡时，电池脉冲放电的高功率使用对电池本身有极大的损伤，严重影响了电池的使用寿命。双电层吸附脱附储能电池，具有较高的功率密度，可以短时间脉冲放电，能够满足不同路况条件下汽车在启动、加速和爬坡使用，但其能量密度较低，因此其使用受到限制。
技术实现思路
本专利技术提供一种大容量脉冲型动力锂离子电池，将锂离子嵌入脱出储能机理和双电层吸附脱附储能机理有机结合，改善锂离子电池的脉冲放电特性，具有较高的能量密度和功率密度，避免了高功率脉冲放电对电池造成损伤，大大延长了电池的使用寿命。本专利技术所采取的技术方案是: 一种大容量脉冲型动力锂离子电池，包括壳体、电池芯，以及收纳于壳体内的电解液，电池芯包括多个相互并联的锂电池电极，电池芯还包括双电层吸附电极，锂电池电极间隔插设双电层吸附电极，锂电池电极和双电层吸附电极为并联。优选的，每间隔5-15个锂电池电极插入一个双电层吸附电极。优选的，锂电池电极正、负基板上浆料的面密度为240-380g/100cm2 ;双电层吸附电极正、负基板上浆料的面密度为20-120g/100cm2。本专利技术的电池是将双电层超级电容器与锂离子电池的工作原理相结合，锂离子电池的电极材料与超级电容器的电极材料相融合，既有电容的双电层物理储能原理又有锂离子电池的嵌入脱嵌化学储能原理。本专利技术还提供了大容量脉冲型动力锂离子电池的制备方法，采用三维层次多孔碳，电化学储能活性优异，有效提高电池的功率密度，实现电池作为动力电源，满足汽车在不同路况条件下启动、加速和爬坡时使用。其包括下述步骤: (I)锂离子电极浆料配制: 正极浆料的重量组成:阴极复合材料90%?93%、导电剂2.5%?4.0%、托浮剂0.4-1%,粘结剂3.0%?6.5% ;所述阴极复合材料为:磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂或镍钴锰酸锂；所述导电剂为乙炔黑或super-P ； 负极衆料的重量组成:石墨或中间相炭微球92%?96%、super-P 1%?3%、托浮剂0.4-1%和粘结剂2.5%?6% ； (2)双电层吸附电极浆料配制 正极浆料的重量组成:三维层次多孔碳90-96%，0.1-2%的多壁碳纳米管，托浮剂0.4-2%和粘结剂2.0%?8% ； 负极浆料的重量组成:三维层次多孔碳85-90%，KS-6石墨5-10%，托浮剂0.4_1%、粘结剂 2.0% ?4% ； (3)制片:用涂布机把配好的正、负极浆料转移到正、负基板上，制成正、负极片；在正、负极片之间加上隔板进行叠片，分别制成锂电池电极和双电层吸附电极； (4)叠片:在锂电池电极之间间隔插入双电层吸附电极，制成电池芯； (5)组装:把电池芯装上正负极柱及盖板，电池壳，并对电池壳进行焊接封口； (6)注液:将焊接好的电池进行注电解液，电解液量为5-7g/Ah。优选的，步骤(I)中所述托浮剂为羟甲基纤维素钠，粘结剂为丁苯橡胶。优选的，步骤(2)中所述三维层次多孔碳的比表面积大于2000m2/g。优选的，步骤(3)中锂电池电极正、负基板上浆料的面密度为240-380g/100cm2 ;双电层吸附电极正、负基板上浆料的面密度为20-120g/100cm2。进一步优选的，步骤(4)中每间隔5-15个锂电池电极插入一个双电层吸附电极。电池制备好之后，再经充电激活电池活性物质，使锂离子在充电电势能至正常游，然后对电池进行0.5-1C的充放电。三维层次多孔碳通过下述方法制备: 称取5g的聚苯乙烯多孔吸附树脂，用体积浓度为95%乙醇抽提至无色，110°C下干燥12h,置于干燥的双颈烧瓶中，加入50ml无水四氯化碳,于70 °C搅拌回流溶胀12h,加入3.0g催化剂，搅拌回流反应48h，终止反应降温至室温，减压抽虑，得到的后交联聚苯乙烯多孔树月旨，后经200mL95%乙醇+5%稀盐酸(v / v=3:1)洗涤两次，100mL95%乙醇+水(v / v=3:I)洗涤一次，过滤后110°C干燥12h，即得到后交联层次孔聚苯乙烯前躯体将前躯体。然后在氮气气氛下900°C下炭化3h，升温速率为2°C / min，氮气流速400ml / min，得到后交联聚苯乙烯基层次孔炭材料。经过高锰酸钾和硝酸溶液(质量比1:2)进行浸泡活化4h，得到三维层次多孔碳材料；上述催化剂为:无水三氯化铝、无水三氯化铁、无水四氯化锡或无水二氯化锌。三维层次多孔碳材料具有独特的纳米结构层次性，各种尺寸纳米结构协同作用:大孔作为活性物质储存场所存储较多的电解液离子，电池使用过程中可大幅减少传输过程中的扩散阻力；中孔有高度规整有序的管状孔结构，非常有利于离子传输和孔表面利用，主要起电解液离子传输通道作用，有效提高双电层电容的储能容量；高比表面积的微孔提供活性中心分散作用，高静电吸附容量赋予材料优异的电化学储能活性。本专利技术的电池，由于结构的优化，以及对浆料材料的选用，性能得到提高，与其他电池进行性能对比，性能对比数据如表1: 表I 二次电池性能参数的比较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大容量脉冲型动力锂离子电池，包括壳体（1）、电池芯，以及收纳于壳体（1）内的电解液（2），所述电池芯包括多个相互并联的锂电池电极（3），其特征在于所述电池芯还包括双电层吸附电极（4），所述锂电池电极（3）间隔插设双电层吸附电极（4），所述锂电池电极（3）和双电层吸附电极（4）为并联。

【技术特征摘要】
1.一种大容量脉冲型动力锂离子电池，包括壳体(I)、电池芯，以及收纳于壳体(I)内的电解液(2)，所述电池芯包括多个相互并联的锂电池电极(3)，其特征在于所述电池芯还包括双电层吸附电极(4)，所述锂电池电极(3)间隔插设双电层吸附电极(4)，所述锂电池电极(3)和双电层吸附电极(4)为并联。2.根据权利要求1所述的大容量脉冲型动力锂离子电池，其特征在于每间隔5-15个锂电池电极(3)插入一个双电层吸附电极(4)。3.根据权利要求1所述的大容量脉冲型动力锂离子电池，其特征在于锂电池电极(3)正、负基板上浆料的面密度为240-380g/100cm2 ;双电层吸附电极(4)正、负基板上浆料的面密度为 20-120g/100cm2。4.根据权利要求1所述的大容量脉冲型动力锂离子电池的制备方法，其特征在于包括下述步骤: (1)锂离子电极浆料配制: 正极浆料的重量组成:阴极复合材料90%?93%、导电剂2.5%?4.0%、托浮剂0.4-1%,粘结剂3.0%?6.5% ;所述阴极复合材料为:磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂或镍钴锰酸锂；所述导电剂为乙炔黑或super-P ； 负极衆料的重量组成:石墨或中间相炭微球92%?96%、super-P 1%?3%、托浮剂0.4-1%和粘结剂2.5%?6% ； (2)双电层吸附电极浆料配制 正极浆料的重量组成:三维层次多孔碳90-96%...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊平，任云，王建森，李书华，杜立军，张浩，
申请(专利权)人：河北洁神新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：