專利名稱：超級電容電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電化學(xué)領(lǐng)域儲能電池，尤其是一種超級電容電池。
背景技術(shù)：
超級電容是近幾年才批量生產(chǎn)的一種無源器件，介于電池與普通電容器之間。具 有電容器的大電流快速充放電特性，同時也有電池的儲能特性，并且重復(fù)使用壽命長，放電 時利用移動導(dǎo)體間的電子釋放電流，從而為設(shè)備提供電源。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對于綠色能源和生態(tài)環(huán)境越來越關(guān)注，超級電容器作 為一種新型的儲能器件因其無可替代的優(yōu)越性，受到廣大科研工作者的重視。眾所周知，電 化學(xué)超級電容器是近年來發(fā)展的一種新型能量儲存裝置。根據(jù)儲能原理有雙電層電容器和 法拉第準(zhǔn)電容器兩種類型，化學(xué)電池是通過電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生法拉第電荷轉(zhuǎn)移來儲存電荷 的，而超級電容器的電荷儲存發(fā)生在電極、電解質(zhì)的形成的雙電層上以及在電極表面進(jìn)行 欠電位沉積、電化學(xué)吸附、脫附和氧化還原產(chǎn)生的電荷的遷移。超級電容電池是超級電容器 和二次電池的結(jié)合體，與傳統(tǒng)的超級電容器和二次電池相比，超級電容電池的比功率是電 池的10倍以上，儲存電荷的能力遠(yuǎn)比超級電容器高，并具有充放電速度快、對環(huán)境無污染、 循環(huán)壽命長、使用的溫限范圍寬等特點(diǎn)，是本世紀(jì)最具有希望的一種新型綠色能源。大型充 電電池預(yù)計(jì)將在汽車、農(nóng)業(yè)及建筑機(jī)械、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、摩托車及電車等交通設(shè)備以及自然能源 領(lǐng)域得到普及，據(jù)預(yù)測市場將會大幅增長。專家指出，在電動汽車領(lǐng)域，我國和西方發(fā)達(dá)國家處在同一起跑線上，某些方面還 處于世界領(lǐng)先地位，這為我國汽車工業(yè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展提供了一次歷史性的機(jī)遇。更重 要的是我國還有后發(fā)優(yōu)勢。有關(guān)分析認(rèn)為，電動汽車所以在西方?jīng)]有發(fā)展起來，表面原因 是成本沒有降到可以與燃油汽車相競爭的水平，但更深層次的原因是傳統(tǒng)汽車工業(yè)強(qiáng)大的 慣性，因?yàn)樯a(chǎn)電動汽車不僅僅是發(fā)動機(jī)的更改，而且是設(shè)計(jì)、制造、材料、電氣、控制和整 個社會服務(wù)體系的全面的變革。這就意味著以傳統(tǒng)汽車工業(yè)為基礎(chǔ)的國家，整個工業(yè)體系 面臨巨大調(diào)整，代價難以承受。這實(shí)際上為我國提供了一個機(jī)會，我國汽車工業(yè)和西方相 比，相當(dāng)弱小，沒有結(jié)構(gòu)調(diào)整的沉重的包揪，這便是可以充分利用的后發(fā)優(yōu)勢。此外，我們還 可以通過開發(fā)自己的電動汽車，申請專利，制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，有力狙擊跨國公司在中國的 “跑馬圈地”，保護(hù)自己的汽車工業(yè)。由于這些產(chǎn)業(yè)對我國發(fā)展相當(dāng)重要，同時相關(guān)技術(shù)與外 國的差距不像民用客機(jī)，芯片業(yè)那樣大，難以等外國發(fā)展成功后再進(jìn)口來解決國內(nèi)問題，競 爭壓力較小，世界市場龐大。那么就容易避免風(fēng)險(xiǎn)，保證投資發(fā)展效益。2006年2月23日公布的《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006 2020 年)》第五章前沿技術(shù)第15和第16小節(jié)中專門提到(一)高效能源材料技術(shù)。重點(diǎn)研究 太陽能電池相關(guān)材料及其關(guān)鍵技術(shù)、燃料電池關(guān)鍵材料技術(shù)，高容量儲氫材料技術(shù)、高效二 次電池材料及關(guān)鍵技術(shù)、超級電容器關(guān)鍵材料及制備技術(shù)，發(fā)展高效能源轉(zhuǎn)換與儲能材料 體系。(二)先進(jìn)能源技術(shù)未來能源技術(shù)發(fā)展的主要方向是經(jīng)濟(jì)、高效、清潔利用和新型能 源開發(fā)。
為了引導(dǎo)企業(yè)采用先進(jìn)的清潔生產(chǎn)工藝和技術(shù)，2006年2月23日國家發(fā)改委、國 家環(huán)保總局聯(lián)合公布了《國家重點(diǎn)行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)導(dǎo)向目錄》(第三批)，其中第23條 超級電容器應(yīng)用技術(shù)，可替代鉛酸電池，為電動車輛等提供動力電源。超級電容器是一種清 潔儲能器件，充電快、壽命長，全壽命期的使用成本低，維護(hù)工作少，對環(huán)境不產(chǎn)生污染。由許多過度金屬氧化物組成的超級電容器的電容量是同體積質(zhì)量碳性雙電層電 容器的3-4倍，而非水電解液高分子聚合物超級電容器的電容量是碳性雙電層電容器的10 倍以上，本發(fā)明既是基于這個特性來制作高電容量的超級電容電池的。本發(fā)明是通過下列的技術(shù)方法來實(shí)現(xiàn)的，超級電容電池包括外殼、正極片、隔膜、 負(fù)極片、電解液等。其中超級電容電池正極中采用的電池材料為錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸錳 鋰、磷酸釩鋰、硅酸亞鐵鋰中的一種或多種；電容材料為活性二氧化錳、三氧化二鋁、二氧 化硅納米管、五氧化二釩、高分子聚合物及其復(fù)合體中的一種或多種，粘結(jié)劑選用聚四氟乙 烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、丙烯酸酯、聚氧化乙烯中的一種或幾種粘結(jié) 劑、導(dǎo)電劑構(gòu)成；電容材料構(gòu)成。超級電容電池負(fù)極中有石墨、碳硅復(fù)合物、碳錫復(fù)合物中的 一種或多種負(fù)極材料與粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑導(dǎo)電劑選用炭黑、碳納米管、導(dǎo)電石墨中的一種或幾 種。隔膜選用pp、PE或二者復(fù)合的薄膜，電解液是鋰鹽溶于有機(jī)物溶液中組成。本發(fā)明的 電池可以制作成方型、圓柱型、紐扣型及薄膜型等多種形式。通過以下實(shí)施例僅對本發(fā)明的幾個實(shí)施方法進(jìn)行描述，并不是對本發(fā)明的構(gòu)思和 范圍進(jìn)行限定，因本領(lǐng)域中的普通工程技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下對本發(fā) 明的技術(shù)方案做出各種變形和改進(jìn)均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1.量取200gNMP放于攪拌器中，準(zhǔn)確稱取粘結(jié)劑PVDF IOg緩慢加入到溶劑NMP中進(jìn) 行打膠，直至液體中無顆粒，膠體透明為止，攪拌器攪拌時間為Ih ；然后靜置2h，準(zhǔn)確稱取 導(dǎo)電劑導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨各4g，二氧化鈦20克加入到上述膠體中，待粉體與膠體混合后 攪拌時間為Ih ；使其充分分散均勻后準(zhǔn)確稱取磷酸鐵鋰200g緩慢加入到上述漿料中進(jìn)行 攪拌，待粉體與漿料混合后調(diào)節(jié)攪拌器，攪拌2小時。制作的漿料流動性良好，所得漿料表 面細(xì)膩、光澤。將制作好的漿料均勻涂覆在16微米厚的鋁箔上制成正極極片烘干、對輥壓 實(shí)后備用。負(fù)極極片制作將負(fù)極活性物質(zhì)電容材料炭黑粘合劑按80 10 4 6 準(zhǔn)確量取后緩慢加入到容器中混合后進(jìn)行均勻攪拌2小時。制作的漿料流動性良好，所得 漿料表面細(xì)膩、光澤。將制作好的漿料均勻涂覆在10微米厚的銅箔上制成負(fù)極極片烘干、 對輥壓實(shí)后備用。將制作好的正、負(fù)極片按照18650規(guī)格裁切好，烘干后組裝成18650電池，在 2. 2-3. 8V電壓范圍內(nèi)工作，1倍率放電，經(jīng)過2000次循環(huán)，容量保持率為95%。實(shí)施例2.量取200gNMP放于攪拌器中，準(zhǔn)確稱取粘結(jié)劑PVDF IOg緩慢加入到溶劑NMP中進(jìn) 行打膠，直至液體中無顆粒，膠體透明為止，攪拌器攪拌時間為Ih ；然后靜置2h，準(zhǔn)確稱取 導(dǎo)電劑導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨各4g，二氧化硅納米管20克加入到上述膠體中，待粉體與膠體
4混合后攪拌時間為Ih ；使其充分分散均勻后準(zhǔn)確稱取錳酸鋰200g緩慢加入到上述漿料中 進(jìn)行攪拌，待粉體與漿料混合后調(diào)節(jié)攪拌器，攪拌2小時。制作的漿料流動性良好，所得漿 料表面細(xì)膩、光澤。將制作好的漿料均勻涂覆在16微米厚的鋁箔上制成正極極片烘干、對 輥壓實(shí)后備用。負(fù)極極片制作將負(fù)極活性物質(zhì)電容材料炭黑粘合劑按80 10 4 6 準(zhǔn)確量取后緩慢加入到容器中混合后進(jìn)行均勻攪拌2小時。制作的漿料流動性良好，所得 漿料表面細(xì)膩、光澤。將制作好的漿料均勻涂覆在10微米厚的銅箔上制成負(fù)極極片烘干、 對輥壓實(shí)后備用。將制作好的正、負(fù)極片按照18650規(guī)格裁切好，烘干后組裝成18650電池，在 2. 2-4V電壓范圍內(nèi)工作，1倍率放電，經(jīng)過2000次循環(huán)，容量保持率為95%。實(shí)施例3.量取200gNMP放于攪拌器中，準(zhǔn)確稱取粘結(jié)劑PVDF IOg緩慢加入到溶劑NMP中進(jìn) 行打膠，直至液體中無顆粒，膠體透明為止，攪拌器攪拌時間為Ih ；然后靜置2h，準(zhǔn)確稱取 導(dǎo)電劑導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨各4g，納米二氧化錳20克加入到上述膠體中，待粉體與膠體混 合后攪拌時間為Ih ；使其充分分散均勻后準(zhǔn)確稱取磷酸錳鋰200g緩慢加入到上述漿料中 進(jìn)行攪拌，待粉體與漿料混合后調(diào)節(jié)攪拌器，攪拌2小時。制作的漿料流動性良好，所得漿 料表面細(xì)膩、光澤。將制作好的漿料均勻涂覆在16微米厚的鋁箔上制成正極極片烘干、對 輥壓實(shí)后備用。負(fù)極極片制作將負(fù)極活性物質(zhì)電容材料炭黑粘合劑按80 10 4 6 準(zhǔn)確量取后緩慢加入到容器中混合后進(jìn)行均勻攪拌2小時。制作的漿料流動性良好，所得 漿料表面細(xì)膩、光澤。將制作好的漿料均勻涂覆在10微米厚的銅箔上制成負(fù)極極片烘干、 對輥壓實(shí)后備用。將制作好的正、負(fù)極片按照18650規(guī)格裁切好，烘干后組裝成18650電池，在 2. 2-4. 2V電壓范圍內(nèi)工作，1倍率放電，經(jīng)過2000次循環(huán)，容量保持率為94%。實(shí)施例4.量取200gNMP放于攪拌器中，準(zhǔn)確稱取粘結(jié)劑PVDF IOg緩慢加入到溶劑NMP中進(jìn) 行打膠，直至液體中無顆粒，膠體透明為止，攪拌器攪拌時間為Ih ；然后靜置2h，準(zhǔn)確稱取 導(dǎo)電劑導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨各4g，三氧化二鋁20克加入到上述膠體中，待粉體與膠體混合 后攪拌時間為Ih ；使其充分分散均勻后準(zhǔn)確稱取磷酸釩鋰200g緩慢加入到上述漿料中進(jìn) 行攪拌，待粉體與漿料混合后調(diào)節(jié)攪拌器，攪拌2小時。制作的漿料流動性良好，所得漿料 表面細(xì)膩、光澤。將制作好的漿料均勻涂覆在16微米厚的鋁箔上制成正極極片烘干、對輥 壓實(shí)后備用。負(fù)極極片制作將負(fù)極活性物質(zhì)電容材料炭黑粘合劑按80 10 4 6 準(zhǔn)確量取后緩慢加入到容器中混合后進(jìn)行均勻攪拌2小時。制作的漿料流動性良好，所得 漿料表面細(xì)膩、光澤。將制作好的漿料均勻涂覆在10微米厚的銅箔上制成負(fù)極極片烘干、 對輥壓實(shí)后備用。將制作好的正、負(fù)極片按照18650規(guī)格裁切好，烘干后組裝成18650電池，在 2. 2-4V電壓范圍內(nèi)工作，1倍率放電，經(jīng)過2000次循環(huán)，容量保持率為94%。
權(quán)利要求
超級電容電池它包括殼體、正極片、負(fù)極片、隔膜及電解液，其中正極片是由鋰離子電池正極材料、超級電容器材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑復(fù)合而成，負(fù)極片是由電池負(fù)極材料與超級電容器材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑復(fù)合構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容電池其特征是正電極材料的電池材料是錳酸鋰、磷 酸鐵鋰、磷酸錳鋰、磷酸釩鋰、硅酸亞鐵鋰中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容電池其特征是超級電容器材料是納米尺寸的二氧 化錳、三氧化二鋁、二氧化鈦、氧化銀、二氧化硅納米管、五氧化二釩及聚吡咯、聚苯胺、聚噻 吩中的一種或多種及其復(fù)合物混合而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容電池其特征是導(dǎo)電劑選用炭黑、碳納米管、導(dǎo)電石 墨中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容電池其特征粘結(jié)劑選用聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、 丁苯橡膠、羧甲基纖維素鈉、丙烯酸酯、聚氧化乙烯中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容電池其特征是負(fù)極中采用石墨、碳硅復(fù)合物、碳錫 復(fù)合物、碳納米管中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容電池其特征是電解液使用鋰電池用的非水有機(jī)溶 劑電解液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型化學(xué)儲能技術(shù)的超級電容電池，此超級電容電池正極中采用的電池材料為錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸錳鋰、磷酸釩鋰、硅酸亞鐵鋰中的一種或多種；電容材料為活性二氧化錳、三氧化二鋁、二氧化硅納米管、五氧化二釩、高分子聚合物及其復(fù)合體中的一種或多種與粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑構(gòu)成；超級電容電池負(fù)極中有石墨、碳硅復(fù)合物、碳錫復(fù)合物中的一種或多種負(fù)極材料與粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑構(gòu)成；隔膜選用PP、PE或二者復(fù)合的薄膜，電解液是鋰鹽溶于有機(jī)物溶液中組成。本發(fā)明的超級電容電池特點(diǎn)是其能量密度大與電池相近，而大電流充、放電特性、循環(huán)使用壽命與超級電容器相近，是一種兼具超級電容器與電池各自優(yōu)點(diǎn)的儲能體，可以滿足作為高性能儲能、動力電池的使用要求。
文檔編號H01G9/058GK101894686SQ20091014281
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者張寶生 申請人:張寶生