一種鋰離子電容器用電極膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電容器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰離子電容器用電極膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，技術(shù)最成熟的電動(dòng)汽車用動(dòng)力電源是鋰離子電池。但是鋰離子電池的功率密度低，不能大電流充電，導(dǎo)致充電時(shí)間過長，在實(shí)際應(yīng)用中帶來諸多不便。此外，鋰離子電池還存在著循環(huán)壽命短的問題，在實(shí)際應(yīng)用中，由于電池組的頻繁更換帶來極高的使用成本，進(jìn)一步限制了電動(dòng)汽車的普及。為了解決這些問題，人們不斷嘗試改進(jìn)鋰離子電池的電化學(xué)性能，甚至研發(fā)新型的電源，以取代鋰離子電池。在新型電源的研發(fā)工作中，Nanotek儀器提出了一種被稱為石墨烯表面鋰離子交換電池的新型電池，也被稱為石墨烯表面鋰離子交換電池。該電池材料表面吸附鋰離子和表面氧化還原反應(yīng)儲(chǔ)能。這種儲(chǔ)能機(jī)理決定了其具有高功率密度的特性，可以進(jìn)行快速的充放電，其充電時(shí)間可以少于I分鐘。同時(shí)，由于電極結(jié)構(gòu)在充放電過程中不發(fā)生改變，使得該新型電池具有極高的循環(huán)壽命。而報(bào)道中未做優(yōu)化的石墨烯表面鋰離子交換電池的能量密度也與鋰離子電池基本相當(dāng)。這些條件使得該新型電池具有極高的應(yīng)用潛力，也很有可能在電動(dòng)汽車領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]而在實(shí)際應(yīng)用中由于石墨烯有著較大的比表面積，使得本身的振實(shí)密度極低，所以對于純的石墨烯電膜來說，高載量以及大面積成為了制約其應(yīng)用的難點(diǎn)。而為了增加的電極的易加工性質(zhì)，將具有橄欖石結(jié)構(gòu)的正極材料混合其中，極大的增加了其振實(shí)密度。并且橄欖石結(jié)構(gòu)的正極材料有著極好的穩(wěn)定性，耐過充或過放性能較優(yōu)良，從而能在鋰離子電容器較寬的范圍內(nèi)工作。
[0004]將功能化石墨烯和橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料以一定比例混合作為電極材料，再將電極材料與導(dǎo)電劑與膠混合，壓膜后得到電極膜。其中與本工作相關(guān)且最具有代表性的工作包括:Nano Lett.2011,11，3785-3791、Sc1.Rep.4(2014)5278、Adv.Funct.Mater.23(2013)1037-1045、J Electrochem Soc，2007，154:A1026-A1030、J Serb Chem Soc,2010,75:1259-1269。其中前三者均以純石墨烯作為電極材料，從而使電極的載量較小，實(shí)用化不太現(xiàn)實(shí);后兩者雖然利用了橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料，但是并沒有與石墨烯材料進(jìn)行混用，而是與普通的活性炭，從而存在材料整體性能不理想等技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種鋰離子電容器用電極膜的制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種通過加入功能化石墨烯材料使電極有較好的功率性能和能量密度，在混入正極材料后，進(jìn)一步提高電極的能量密度，相對于其它普通電容器，具有極大的能量密度優(yōu)勢等特點(diǎn)的鋰離子電容器用電極膜的制備方法。
[0007]本發(fā)明工藝集合了功能化石墨烯材料與橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料的優(yōu)勢，成功制備了性能優(yōu)良、適合于應(yīng)用的鋰離子電容器用電極膜。
[0008]本發(fā)明鋰離子電容器用電極膜的制備方法所采取的技術(shù)方案是:
[0009]—種鋰離子電容器用電極膜的制備方法，其特點(diǎn)是:鋰離子電容器用電極膜的制備過程包括，功能化石墨烯和橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料混合作為電極材料，再將電極材料和導(dǎo)電劑與膠混合，壓膜后得到電極膜。
[0010]本發(fā)明鋰離子電容器用電極膜的制備方法還可以采用如下技術(shù)方案:
[0011]所述的鋰離子電容器用電極膜的制備方法，其特點(diǎn)是:功能化石墨烯和橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料混合的電極材料，橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料重量百分比含量為0.01-80%。
[0012]所述的鋰離子電容器用電極膜的制備方法，其特點(diǎn)是:電極材料、導(dǎo)電劑與膠混合時(shí)，其質(zhì)量比為90:4 — 6:4 — 6。
[0013]所述的鋰離子電容器用電極膜的制備方法，其特點(diǎn)是:功能化石墨烯為通過0、Ν、Ρ功能化的石墨烯，摻雜元素重量百分比為5-30%。
[0014]所述的鋰離子電容器用電極膜的制備方法，其特點(diǎn)是:石墨烯為非晶態(tài)材料，其比表面積范圍為300-2600cm2/g。
[0015]所述的鋰離子電容器用電極膜的制備方法，其特點(diǎn)是:橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料為LiMnxFe1-XP04，其中0<χ<1。
[0016]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0017]鋰離子電容器用電極膜的制備方法由于采用了本發(fā)明全新的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明工藝集合了功能化石墨烯材料與橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料的優(yōu)勢，成功實(shí)現(xiàn)了性能優(yōu)良、適合于應(yīng)用的鋰離子電容器用電極膜的制備。
【附圖說明】
[0018]圖1是實(shí)施例1得到電極的充放電曲線(電流密度為500mA/g)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0020]參閱附圖1。
[0021]實(shí)施例1
[0022]—種鋰離子電容器用電極膜的制備方法，制備過程:將功能化石墨烯和橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料混合作為電極材料，再將電極材料和導(dǎo)電劑與膠混合，壓膜后得到電極膜。
[0023]將功能化石墨烯(O元素含量為12wt%，比表面積為400cm2/g)和LiFePO4正極材料以一定比例(正極材料含量50wt % )混合作為電極材料，再將電極材料和導(dǎo)電劑與膠以質(zhì)量比為90:5:5混合，壓膜后得到電極膜。
[0024]實(shí)施例2
[0025]—種鋰離子電容器用電極膜的制備方法，制備過程:將功能化石墨烯和橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料混合作為電極材料，再將電極材料和導(dǎo)電劑與膠混合，壓膜后得到電極膜。
[0026]將功能化石墨烯(O元素含量為5wt%，比表面積為300cm2/g)和LiFePO4正極材料以一定比例(正極材料含量20wt % )混合作為電極材料，再將電極材料和導(dǎo)電劑與膠以質(zhì)量比為90:5:5混合，壓膜后得到電極膜。
[0027]實(shí)施例3
[0028]—種鋰離子電容器用電極膜的制備方法，制備過程:將功能化石墨烯和橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料混合作為電極材料，再將電極材料和導(dǎo)電劑與膠混合，壓膜后得到電極膜。
[0029]將功能化石墨烯(N元素含量為5wt%，比表面積為2000cm2/g)和LiMnPO4正極材料以一定比例(正極材料含量20wt % )混合作為電極材料，再將電極材料和導(dǎo)電劑與膠以質(zhì)量比為90:5:5混合，壓膜后得到電極膜。
[0030]實(shí)施例4
[0031]—種鋰離子電容器用電極膜的制備方法，制備過程:將功能化石墨烯和橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料混合作為電極材料，再將電極材料和導(dǎo)電劑與膠混合，壓膜后得到電極膜。
[0032]將功能化石墨烯(P元素含量為5wt%，比表面積為2000cm2/g)和LiMnPO4正極材料以一定比例(正極材料含量50wt % )混合作為電極材料，再將電極材料和導(dǎo)電劑與膠以質(zhì)量比為90:5:5混合，壓膜后得到電極膜。
[0033]實(shí)施例5
[0034]—種鋰離子電容器用電極膜的制備方法，制備過程:將功能化石墨烯和橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料混合作為電極材料，再將電極材料和導(dǎo)電劑與膠混合，壓膜后得到電極膜。
[0035]將功能化石墨稀(O元素含量為5wt%，比表面積為2000cm2/g)和LiMn0.5Fe0.5O4正極材料以一定比例(正極材料含量50wt % )混合作為電極材料，再將電極材料和導(dǎo)電劑與膠以質(zhì)量比為90:5:5混合，壓膜后得到電極膜。
[0036]對比性實(shí)施方式
[0037]對比例I
[0038]將功能化石墨烯(O元素含量為12wt%，比表面積為400cm2/g)和導(dǎo)電劑與膠以質(zhì)量比為90:5:5混合，壓膜后得到電極膜。
[0039]此工藝中，活性物質(zhì)載量為實(shí)施例1的1/4倍。
[0040]對比例2
[0041 ]將活性炭和LiFePO4正極材料以一定比例(正極材料含量50wt% )混合作為電極材料，再將電極材料和導(dǎo)電劑與膠以質(zhì)量比為90:5:5混合，壓膜后得到電極膜。
[0042]此工藝中，活性物質(zhì)載量與實(shí)施例1的相當(dāng)，而容量為其1/2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋰離子電容器用電極膜的制備方法，其特征是:鋰離子電容器用電極膜的制備過程包括，功能化石墨烯和橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料混合作為電極材料，再將電極材料和導(dǎo)電劑與膠混合，壓膜后得到電極膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電容器用電極膜的制備方法，其特征是:功能化石墨烯和橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料混合的電極材料，橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料重量百分比含量為0.01-80%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電容器用電極膜的制備方法，其特征是:電極材料、導(dǎo)電劑與膠混合時(shí)，其質(zhì)量比為90:4 — 6:4 — 6。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電容器用電極膜的制備方法，其特征是:功能化石墨烯為通過0、Ν、Ρ功能化的石墨烯，摻雜元素重量百分比為5-30%。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰離子電容器用電極膜的制備方法，其特征是:石墨烯為非晶態(tài)材料，其比表面積范圍為300-2600cm2/go6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電容器用電極膜的制備方法，其特征是:橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料為 LiMnxFe1-XP04，其中 O < χ < I。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋰離子電容器用電極膜的制備方法。本發(fā)明屬于鋰離子電容器技術(shù)領(lǐng)域。一種鋰離子電容器用電極膜的制備方法，其特點(diǎn)是：鋰離子電容器用電極膜的制備過程包括，功能化石墨烯和橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料混合作為電極材料，再將電極材料和導(dǎo)電劑與膠混合，壓膜后得到電極膜。本發(fā)明通過加入功能化石墨烯材料使電極有較好的功率性能和能量密度，在混入正極材料后，進(jìn)一步提高電極的能量密度，相對于其它普通電容器，有著極大的能量密度優(yōu)勢。
【IPC分類】H01G11/36, H01G11/06, H01G11/86, H01G11/30
【公開號】CN105575678
【申請?zhí)枴緾N201510955447
【發(fā)明人】宗軍, 刁玉琦, 劉興江, 丁飛, 許寒, 任麗彬
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月17日