專利名稱：一種鋰離子電容電池的正負(fù)極片及其兩種極片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種充電電池的正極片和負(fù)極片，特別涉及一種采用疊片式電芯的鋰 離子電容電池的正負(fù)極片及其兩種極片的制作方法，本發(fā)明屬于動(dòng)力電池領(lǐng)域，主要用于 各種混合式動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車等上做為動(dòng)力源的鋰離子電容電池。
背景技術(shù)：
目前普遍使用的鋰離子電容電池是采用疊片電芯的鋰離子電容電池，這些鋰離子 電容電池有裝有均衡裝置且電容置于外殼外部的外置式鋰離子電容電池，還有無均衡裝置 且電容置于外殼內(nèi)部的內(nèi)置式鋰離子電容電池，還有其它多種多樣的型式。但不管哪一種 采用疊片電芯型式的鋰離子電容電池，其結(jié)構(gòu)均包括有疊片電芯和電容，疊片電芯主要包 括有正極片(正極片結(jié)構(gòu)參見圖1和圖5)、負(fù)極片(負(fù)極片結(jié)構(gòu)參見圖2和圖6)、隔膜， 疊層電芯中的負(fù)極片和正極片是依次相間疊放排列的，負(fù)極片和正極片之間由絕緣隔膜隔 開，疊片電芯中注有電解液，，疊片電芯的正極片通過正極片上的正極耳使疊片電芯的正極 與電容相連接，疊片電芯的負(fù)極片通過負(fù)極片上的負(fù)極耳使疊片電芯的負(fù)極與電容相連 接。但現(xiàn)有的這些鋰離子電容電池存在著如下重大缺陷是(1)、快速充放電時(shí)間長、安全性 差，充電效率低?，F(xiàn)有的鋰離子電容電池充放電時(shí)間一般在半小時(shí)左右，時(shí)間長，沒有實(shí)現(xiàn) 真正的短時(shí)快速充放電，即使在半小時(shí)左右能完成充電，其充電效率一般也只能達(dá)到80%， 而且容易發(fā)生爆炸等不安全事故，安全性差。這是因?yàn)楝F(xiàn)有的鋰離子電容電池在正常充放 電時(shí)，一般在幾小時(shí)完成，鋰離子通過電解液和隔膜從正極遷移至負(fù)極上去，從而能夠完成 正常的充放電；但是鋰離子電容電池在快速充放電時(shí)，一般半小時(shí)左右完成，即在大電流的 條件下快速完成充放電，這時(shí)鋰離子遷移的量大，而負(fù)極來不及接收，就會(huì)使遷移通道產(chǎn)生 阻塞，使得這些遷移的鋰離子擠在負(fù)極片表面，從而在負(fù)極表面形成鋰枝晶，使充電效率下 降，電池使用壽命縮短，更為嚴(yán)重的是這些鋰枝晶在負(fù)極表面表現(xiàn)為樹枝樣的凸起毛刺，因 而鋰枝晶會(huì)刺破隔膜，造成負(fù)極與正極短路，造成爆炸等現(xiàn)象，安全性極差。要實(shí)現(xiàn)真正的 快速充電，既要快速的充放電，一般要求在幾分鐘內(nèi)安全地完成，時(shí)間極短，又要安全性極 好，可見鋰離子電容電池的快速充放電目前一直還是無法解決的技術(shù)難題；(2)、體積大，成 本較高。由于鋰離子電容電池中有電容的存在，電容占據(jù)了一定的空間，使目前的鋰離子電 容電池體積大，造成運(yùn)輸安裝等諸多不便，而且電容的材料及安裝等占據(jù)一定成本，使成本 較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能實(shí)現(xiàn)快速、安全充放電的鋰離子電容電池的正負(fù)極片及其兩種極片的制作方法，且提供的制作正極片和負(fù)極片的方法簡(jiǎn) 單，制作效率高。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種鋰離子電容電池的正極片，包括有正極基片和 設(shè)置在正極基片兩側(cè)面的正極材料層，正極基片上設(shè)置有正極耳，所述的正極基片為鋁箔，所述的正極基片與兩側(cè)的正極材料層之間均夾有活性碳層，活性碳層和正極材料層組成正極涂層。進(jìn)一步，在鋰離子電容電池的正極片中，所述正極基片上的正極涂層由若干個(gè)間隔排列的正極涂層塊組成，正極涂層塊之間具有空隙。一種鋰離子電容電池的正極片制作方法，包括如下步驟A、在活性碳中加入粘接劑混合成活性碳漿料，然后將活性碳漿料涂覆在正極基片鋁箔的兩側(cè)面上形成活性碳層，之后進(jìn)行烘干；B、在活性碳層的兩側(cè)面上再涂覆上正極材料層，然后進(jìn)行烘干，活性碳層和正極材料層形成正極涂層；C、進(jìn)行輥片，輥片后制成鋰離子電容電池的正極片。進(jìn)一步，在鋰離子電容電池的正極片及其制作方法中，所述正極材料層為磷酸鐵 鋰、鈷酸鋰或錳酸鋰中的任一種材料制作而成的正極材料層。進(jìn)一步，在鋰離子電容電池的正極片及其制作方法中，所述的活性碳層厚度為 IOum 20umo一種鋰離子電容電池的負(fù)極片，包括有負(fù)極基片和設(shè)置在負(fù)極基片兩側(cè)面的負(fù)極 材料層，負(fù)極基片上設(shè)置有負(fù)極耳，所述的負(fù)極基片為銅箔，所述的負(fù)極基片與兩側(cè)的負(fù)極 材料層之間均夾有活性碳層，活性碳層和負(fù)極材料層組成負(fù)極涂層。一種鋰離子電容電池的負(fù)極片制作方法，包括如下步驟A、在活性碳中加入粘接劑混合成活性碳漿料，然后將活性碳漿料涂覆在負(fù)極基片 銅箔的兩側(cè)面上形成活性碳層，之后進(jìn)行烘干；B、在活性碳層的兩側(cè)面上再涂覆上負(fù)極材料層，然后進(jìn)行烘干，活性碳層和負(fù)極 材料層形成負(fù)極涂層；C、進(jìn)行輥片，輥片后制成鋰離子電容電池的負(fù)極片。進(jìn)一步，在鋰離子電容電池的負(fù)極片及其制作方法中，所述負(fù)極材料層為石墨或 鈦酸鋰中的一種材料制作而成的負(fù)極材料層。進(jìn)一步，在鋰離子電容電池的負(fù)極片及其制作方法中，所述的活性碳層厚度為 IOm 20um。采用上述技術(shù)方案后，具有很多好處(1)、充電快速，安全。本發(fā)明由于在現(xiàn)有正 極片的正極基片與兩側(cè)的正極材料層之間設(shè)置了活性碳層，在現(xiàn)有的負(fù)極片的負(fù)極基片與 兩側(cè)的負(fù)極材料層之間也設(shè)置了活性碳層，利用活性碳超級(jí)電容器的功能，使得本發(fā)明正 極片和負(fù)極片的比表面積增大，導(dǎo)電性增強(qiáng)，加快了鋰離子遷移速度和縮短了鋰離子的遷 移距離，減少了鋰枝晶的形成，使鋰離子遷移順暢，充電效率高，充電時(shí)間短。本發(fā)明使鋰離 子電容電池充電效率比現(xiàn)有鋰離子電容電池提高5% 10%，充電時(shí)間卻只有5分鐘左右， 只有現(xiàn)有快速充放電鋰離子電容電池充放電時(shí)間的1/6，真正實(shí)現(xiàn)了鋰離子電容電池的安 全快速充放電。且由于鋰枝晶的大大減少，使本發(fā)明不易造成負(fù)極與正極短路，不會(huì)造成爆 炸等不安全現(xiàn)象，安全性好，電池使用壽命長；(2)、體積小，成本降低。由于使用本發(fā)明的鋰 離子電容電池正極片和負(fù)極片中的活性碳層完全可以達(dá)到電容的功能，因此使用本發(fā)明的 鋰離子電容電池不用裝電容，這不但減少了鋰離子電容電池的體積，而且使成本大大降低； (3)制作簡(jiǎn)單，效率高。本發(fā)明提供的制作正極片和負(fù)極片的方法簡(jiǎn)單、容易，制作效率高。


圖1為現(xiàn)有正極片的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有負(fù)極片的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明正極片的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明負(fù)極片的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖1的K-K剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖2的J-J剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為圖3的M-M剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為圖4的N-N剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明正極片另一實(shí)施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為圖9的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為圖9的P-P剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例一如圖9至圖11所示，一種鋰離子電容電池的正極片，包括有正極基片11及涂覆在 正極基片11兩側(cè)面的正極材料層12，正極基片11與兩側(cè)的正極材料層12之間均夾有涂覆 的活性碳層13，里側(cè)的活性碳層13和外側(cè)的正極材料層12組成正極涂層14。正極基片11 上的正極涂層14由若干個(gè)間隔排列的正極涂層塊15組成，正極涂層塊15的形狀全部呈正 方形或全部呈長方形，正極涂層塊15之間具有未涂覆的空隙16。正極基片11為鋁箔，正極 材料層12為磷酸鐵鋰材料制作而成的正極材料層，活性碳層13厚度為lOum。正極基片11 上設(shè)置有伸出的正極耳11-1，正極耳11-1上開有連接孔11-1-1。連接孔ii-1-i的設(shè)置是 為了在制作疊片電芯時(shí)通過此連接孔11-1-1，起到將若干正極片在正極耳11-1處連接起 來的作用。一種上述鋰離子電容電池的正極片制作方法，包括如下步驟A、在活性碳中加入粘接劑混合成活性碳漿料，然后采用凹印法將活性碳漿料涂覆在正極基片11鋁箔的兩側(cè)面上形成活性碳層13，活性碳層13厚度為lOum，之后對(duì)活性碳 層13進(jìn)行烘干；B、在活性碳層13的兩側(cè)面上采用凹印法再涂覆上磷酸鐵鋰材料制作而成的正極 材料層12，然后進(jìn)行烘干，活性碳層13和正極材料層12形成正極涂層14 ；C、進(jìn)行輥片，輥片后制成鋰離子電容電池的正極片。在上述正極片的制作方法步驟中，采用的是涂覆效率極高的凹印法涂覆正極涂層 14，凹印模版在制版時(shí)制出所要的方形形狀和間隔排列的正極涂層14模版，按上述步驟做 出后就得到要求的方形形狀和間隔排列的正極涂層14。即需要任何形狀和間隔排列的正極 涂層14，只要凹印模版在制版時(shí)制出，就可得到所要求的任何形狀和間隔的正極涂層14。 涂覆制作時(shí)采用凹印法會(huì)使制作效率更高。如圖4和圖8所示，一種鋰離子電容電池的負(fù)極片，包括有負(fù)極基片21及涂覆在負(fù)極基片21兩側(cè)面的負(fù)極材料層22，負(fù)極基片21與兩側(cè)的負(fù)極材料層22之間均夾有涂覆的活性碳層23，里側(cè)的活性碳層23和外側(cè)的負(fù)極材料層22組成負(fù)極涂層24。所述的負(fù)極 基片21為銅箔，負(fù)極材料層22為石墨制作而成的負(fù)極材料層，活性碳層23厚度為lOum。負(fù) 極基片21上設(shè)置有伸出的負(fù)極耳21-1，負(fù)極耳21-1上開有連接孔21-1-1。連接孔21_1_1 的設(shè)置是為了在制作疊片電芯時(shí)通過此連接孔21-1-1，起到將若干負(fù)極片在負(fù)極耳21-1 處連接起來的作用。一種上述鋰離子電容電池的負(fù)極片制作方法，包括如下步驟A、在活性碳中加入粘接劑混合成活性碳漿料，然后采用凹印法將活性碳漿料涂覆 在負(fù)極基片21銅箔的兩側(cè)面上形成活性碳層23，活性碳層23厚度為lOum，之后對(duì)活性碳 層23厚度為lOum，進(jìn)行烘干；B、在活性碳層23的兩側(cè)面上采用凹印法再涂覆上石墨材料制作而成的負(fù)極材料 層22，然后進(jìn)行烘干，活性碳層23和負(fù)極材料層22形成負(fù)極涂層24 ；C、進(jìn)行輥片，輥片后制成鋰離子電容電池的負(fù)極片。實(shí)施例二本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同。不同的是如圖9至圖11所示，一種鋰離子電容電池的正極片及其制作方法中，正極材料層 12仍為磷酸鐵鋰材料制作而成的正極材料層，但活性碳層13厚度為12um。如圖4和圖8所示，一種鋰離子電容電池的負(fù)極片及其制作方法中，負(fù)極材料層22 為鈦酸鋰制作而成的負(fù)極材料層，活性碳層23厚度為12um。實(shí)施例三本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同。不同的是如圖9至圖11所示，一種鋰離子電容電池的正極片及其制作方法中，正極材料層 12為鈷酸鋰材料制作而成的正極材料層，活性碳層13厚度為15um。如圖4和圖8所示，一種鋰離子電容電池的負(fù)極片及其制作方法中，負(fù)極材料層22 仍為石墨制作而成的負(fù)極材料層，活性碳層23厚度為15um。實(shí)施例四本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同。不同的是如圖9至圖11所示，一種鋰離子電容電池的正極片及其制作方法中，正極材料層 12為鈷酸鋰材料制作而成的正極材料層，活性碳層13厚度為16um。如圖4和圖8所示，一種鋰離子電容電池的負(fù)極片及其制作方法中，負(fù)極材料層22 為鈦酸鋰制作而成的負(fù)極材料層，活性碳層23厚度為16um。實(shí)施例五本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同。不同的是如圖9至圖11所示，一種鋰離子電容電池的正極片及其制作方法中，正極材料層 12為錳酸鋰材料制作而成的正極材料層，活性碳層13厚度為18um。如圖4和圖8所示，一種鋰離子電容電池的負(fù)極片及其制作方法中，負(fù)極材料層22 仍為石墨制作而成的負(fù)極材料層，活性碳層23厚度為18um。實(shí)施例六本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同。不同的是
如圖9至圖11所示，一種鋰離子電容電池的正極片及其制作方法中，正極材料層 12為錳酸鋰材料制作而成的正極材料層，活性碳層13厚度為20um。如圖4和圖8所示，一種鋰離子電容電池的負(fù)極片及其制作方法中，負(fù)極材料層22 為鈦酸鋰制作而成的負(fù)極材料層，活性碳層23厚度為20um。實(shí)施例七本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同。不同的是如圖9至圖11所示，一種鋰離子電容電池的正極片及其制作方法中，正極基片11上的正極涂層14全部涂覆滿，即不需要象實(shí)施例一那樣留有未涂覆的空隙16部分。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還有很多技術(shù)方案，無法窮舉。如正極基片11上的正極 涂層14由若干個(gè)間隔排列的正極涂層塊15組成時(shí)，正極涂層塊15的形狀除呈正方形或長 方形外，還可呈長條形、圓形、正六邊形、正八邊形等多種形狀，只要這些正極涂層塊15之 間具有未涂覆的空隙16即可，這種采用若干正極涂層塊15間隔排列組成正極涂層14的這 種結(jié)構(gòu)正極片比表面積更大，導(dǎo)電性更強(qiáng)，更能加快鋰離子遷移速度和縮短鋰離子遷移距 離，鋰枝晶的形成量更小，提高鋰離子電容電池充電效率，減少充電時(shí)間，使鋰離子電容電 池充電效率接近100%，充電時(shí)間卻只有3分鐘左右，只有現(xiàn)有快速充放電鋰離子電容電池 充放電時(shí)間的1/10，且安全性更好，可靠性更強(qiáng)。另外本發(fā)明的正極涂層塊15的塊數(shù)可根 據(jù)需要任意設(shè)置，可如圖9所示正極涂層塊15設(shè)置為二十四塊，還可設(shè)置為其它塊數(shù)；再者 本發(fā)明中活性碳層13和活性碳層23也可以優(yōu)選除上述實(shí)施例外IOum 20um的其它厚度 值；本發(fā)明的正極涂層14和負(fù)極涂層24在涂覆時(shí)除采用凹印法外，還可采用其它的涂覆方 法。本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，凡采用等同替換或等效替換形成的技術(shù)方案均屬于本 發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種鋰離子電容電池的正極片，包括有正極基片(11)和設(shè)置在正極基片(11)兩側(cè)面的正極材料層(12)，正極基片(11)上設(shè)置有正極耳(11-1)，所述的正極基片(11)為鋁箔，其特征在于所述的正極基片(11)與兩側(cè)的正極材料層(12)之間均夾有活性碳層(13)，活性碳層(13)和正極材料層(12)組成正極涂層(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電容電池的正極片，其特征在于所述正極基片(11) 上的正極涂層(14)由若干個(gè)間隔排列的正極涂層塊(15)組成，正極涂層塊(15)之間具有 空隙(16)。
3.—種權(quán)利要求1所述鋰離子電容電池的正極片制作方法，其特征在于包括如下步驟A、在活性碳中加入粘接劑混合成活性碳漿料，然后將活性碳漿料涂覆在正極基片(11) 鋁箔的兩側(cè)面上形成活性碳層(13)，之后進(jìn)行烘干；B、在活性碳層(13)的兩側(cè)面上再涂覆上正極材料層(12)，然后進(jìn)行烘干，活性碳層 (13)和正極材料層(12)形成正極涂層(14)；C、進(jìn)行輥片，輥片后制成鋰離子電容電池的正極片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的鋰離子電容電池的正極片及其制作方法，其特征在于 所述正極材料層(12)為磷酸鐵鋰、鈷酸鋰或錳酸鋰中的任一種材料制作而成的正極材料層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的鋰離子電容電池的正極片及其制作方法，其特征在于 所述的活性碳層(13)厚度為IOum 20um。
6.一種鋰離子電容電池的負(fù)極片，包括有負(fù)極基片(21)和設(shè)置在負(fù)極基片(21)兩 側(cè)面的負(fù)極材料層(22)，負(fù)極基片(21)上設(shè)置有負(fù)極耳(21-1)，所述的負(fù)極基片(21)為 銅箔，其特征在于所述的負(fù)極基片(21)與兩側(cè)的負(fù)極材料層(22)之間均夾有活性碳層 (23)，活性碳層(23)和負(fù)極材料層(22)組成負(fù)極涂層(24)。
7.—種權(quán)利要求6所述鋰離子電容電池的負(fù)極片制作方法，其特征在于包括如下步驟A、在活性碳中加入粘接劑混合成活性碳漿料，然后將活性碳漿料涂覆在負(fù)極基片(21) 銅箔的兩側(cè)面上形成活性碳層(23)，之后進(jìn)行烘干；B、在活性碳層(23)的兩側(cè)面上再涂覆上負(fù)極材料層(22)，然后進(jìn)行烘干，活性碳層 (23)和負(fù)極材料層(22)形成負(fù)極涂層(24)；C、進(jìn)行輥片，輥片后制成鋰離子電容電池的負(fù)極片。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的鋰離子電容電池的負(fù)極片及其制作方法，其特征在于 所述負(fù)極材料層(22)為石墨或鈦酸鋰中的一種材料制作而成的負(fù)極材料層。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的鋰離子電容電池的負(fù)極片及其制作方法，其特征在于 所述的活性碳層(23)厚度為IOum 20um。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電容電池的正負(fù)極片及其兩種極片的制作方法，一種鋰離子電容電池的正極片，它的正極基片(11)為鋁箔，正極基片(11)與兩側(cè)的正極材料層(12)之間均夾有活性碳層(13)，活性碳層(13)和正極材料層(12)組成正極涂層(14)；一種鋰離子電容電池的負(fù)極片，它的負(fù)極基片(21)為銅箔，負(fù)極基片(21)與兩側(cè)的負(fù)極材料層(22)之間均夾有活性碳層(23)，活性碳層(23)和負(fù)極材料層(22)組成負(fù)極涂層(24)；本發(fā)明還提供了上述正極片和負(fù)極片兩種極片的制作方法。本發(fā)明的好處體積小，成本低，充電快速，充電時(shí)間只有5分鐘左右，安全性好；且制作方法簡(jiǎn)單，效率高。
文檔編號(hào)H01M4/136GK101807683SQ201010157418
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者周金平, 蔣麗娜 申請(qǐng)人:常州市宙納新能源科技有限公司