一種電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池，包括負(fù)極片、正極片和隔膜，負(fù)極片、正極片和隔膜相互間隔卷繞或?qū)盈B設(shè)計(jì)，隔膜設(shè)置在負(fù)極片和正極片之間，負(fù)極片為混合負(fù)極極片，混合負(fù)極極片為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，負(fù)極極片包括第一負(fù)極層、第二負(fù)極層和負(fù)極集流體層，第一負(fù)極層和第二負(fù)極層分別涂覆在負(fù)極集流體的陰面和陽面，第一負(fù)極層為鈦酸鋰負(fù)極材料層，第二負(fù)極層為天然石墨、人造石墨、軟碳和硬碳混合體系組成的石墨負(fù)極材料層，軟碳、硬碳的質(zhì)量占混合體系的50-95%，正極材料層為包含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)5-50%活性炭的正極材料層。本實(shí)用新型的電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池具有綜合性能優(yōu)異、加工可操作性強(qiáng)和成本低廉的特點(diǎn)。
【專利說明】
一種電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代社會(huì)信息化和智能化的高速發(fā)展，以及環(huán)境污染和能源匱乏日漸嚴(yán)重，社會(huì)對蓄電器件的容量和輸出功率要求越來越高，鋰離子電池和電容器等成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。鋰離子電池具有能量密度高、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)，但倍率性能不理想，功率密度較低，而且鋰離子電池的電壓范圍在3.0?4.1V之間，高于4.1V時(shí)，電池正極材料和電解液不穩(wěn)定、易氧化，負(fù)極表面易析鋰形成鋰枝晶，帶來安全隱患。電容器雖然具有功率密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，但能量密度相對較低，而且自放電率較大。
[0003]為了滿足高能量密度、高輸出特性的需求，近年來，將鋰離子電池和電容器的蓄電原理結(jié)合的、被稱之為混合式電容器的蓄電裝置引人注目。但是，目前將鋰離子電池與電容器的聯(lián)用多局限在鋰離子電池和活性炭雙層電解電容器聯(lián)用，一般把活性炭材料加入到鋰離子電池的活性材料中，如中國專利申請CN103021671 A提出了一種鋰離子電池電容器，透過在正極活性材料中加入活性炭和在負(fù)極活性材料中加入軟碳或硬碳形成雙電層活性炭電容器，使其制備的鋰離子電池電容器同時(shí)具有鋰離子電池高能量密度和電容器高公路的特點(diǎn)，拓寬了其使用的溫度范圍和電壓范圍，具有優(yōu)良的電量(電荷)保持率。但是，在其技術(shù)方案中，活性碳占正極活性材料容量百分比的5.0%?50.0%，軟碳或硬碳等A類材料占負(fù)極活性材料容量百分比的50.0?95.0%，嚴(yán)重降低了鋰離子電池的能量密度;而且，把諸如軟碳或硬碳等A類材料加入負(fù)極材料、活性炭加入正極材料中，在加工過程在正極和負(fù)極的混漿過程即需要加入，不僅加工難度較大不利于生產(chǎn)效率的提升，而且給正負(fù)極打漿過程造成諸多不確定因素，產(chǎn)品品質(zhì)嚴(yán)重依賴于混漿的均勻性，品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)過高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池，充分考慮石墨負(fù)極容量大、嵌鋰電位抵、成本低廉的特點(diǎn)和鈦酸鋰負(fù)極循環(huán)壽命長、倍率性能良好、安全性能優(yōu)異、與電解液相容性好的特點(diǎn)，具有綜合性能優(yōu)異、加工可操作性強(qiáng)和成本低廉的特點(diǎn)。
[0005]本實(shí)用新型可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]本實(shí)用新型公開了一種電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池，包括負(fù)極片、正極片和隔膜，所述負(fù)極片、正極片和隔膜相互間隔卷繞或?qū)盈B設(shè)計(jì)，所述隔膜設(shè)置在負(fù)極片和正極片之間，所述負(fù)極片為混合負(fù)極極片，所述混合負(fù)極極片為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述負(fù)極極片包括第一負(fù)極層、第二負(fù)極層和負(fù)極集流體層，所述第一負(fù)極層和第二負(fù)極層分別涂覆在負(fù)極集流體層的陰面和陽面，所述第一負(fù)極層為鈦酸鋰負(fù)極材料層，所述第二負(fù)極層為天然石墨、人造石墨、軟碳和硬碳混合體系組成的石墨負(fù)極材料層，所述軟碳、硬碳的質(zhì)量占混合體系的50-95%，所述正極材料層為包含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)5-50%活性炭的磷酸鐵鋰正極材料層、錳酸鋰正極材料層、鈷酸鋰正極材料層或鎳鈷錳三元正極材料層。
[0007]進(jìn)一步地，所述第一負(fù)極層和第二負(fù)極層在卷繞或?qū)盈B中錯(cuò)位相隔，從而實(shí)現(xiàn)了鋰離子動(dòng)力電池在卷繞或?qū)盈B時(shí)結(jié)構(gòu)的一致性，保證了電池性能的一致性。
[0008]進(jìn)一步地，所述負(fù)極片、正極片和隔膜相互間隔卷繞形成圓柱狀結(jié)構(gòu)，滿足圓柱鋼殼電池的生產(chǎn)要求，特別是容量型圓柱電池生產(chǎn)設(shè)計(jì)的需要。
[0009]進(jìn)一步地，所述負(fù)極片、正極片和隔膜相互間隔層疊形成方形結(jié)構(gòu)，滿足方形軟包電池的生產(chǎn)要求，特別是功率型鋰離子動(dòng)力電池生產(chǎn)設(shè)計(jì)的需要。
[0010]進(jìn)一步地，所述負(fù)極集流體層為銅箔，銅箔作為常規(guī)的負(fù)極集流體，加工工藝成熟，便于負(fù)極材料涂布的調(diào)試和加工。
[0011]進(jìn)一步地，所述隔膜為PE隔膜、PP隔膜或PE/PP復(fù)合隔膜，可以根據(jù)實(shí)際的電池類型選擇不同材質(zhì)和厚度的隔膜。
[0012]進(jìn)一步地，所述正極片為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述正極片包括正極集流體層和涂覆在正極集流體層的正極材料層。正極片的結(jié)構(gòu)為常規(guī)結(jié)構(gòu)，可以直接利用現(xiàn)有工藝進(jìn)行生產(chǎn)，提供生產(chǎn)的通用性，降低加工設(shè)計(jì)成本。
[0013]進(jìn)一步地，所述電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池還包括鋰離子電池電解液，所述鋰離子電池電解液由溶劑、電解質(zhì)鹽和添加劑組成，其中溶劑由碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯(EC)四元組分組成，其體積百分如下:DMC占20%?30%，DEC占20%?30%，EMC占10%?20%，EC占25%?50%。鋰離子電池電解液體系與活性炭超級電容器的電解液體系均為性質(zhì)現(xiàn)實(shí)的有機(jī)溶劑體系，既滿足鋰離子電池的要求，又滿足了活性炭超級電容器的工作需要，有效簡化了加工制造過程。
[0014]進(jìn)一步地，所述添加劑由成膜添加劑、防過充添加劑和高溫添加劑組成，其中，成膜添加劑有碳酸乙烯亞乙酯(VEC)、碳酸亞乙烯酯(VC)，濃度為0.5?3.0%，防過充添加劑有環(huán)已苯(CHB)、聯(lián)苯、二甲苯，濃度為0.5?3.0%，高溫添加劑有I，3-丙烷磺內(nèi)酯(AS)、鄰苯二甲酸酐(PA)，其濃度為0.5?3.0%。
[0015]本實(shí)用新型一種電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池，具有如下的有益效果:
[0016]第一、綜合性能優(yōu)異，同時(shí)發(fā)揮石墨負(fù)極與正極中的諸如磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料、鈷酸鋰、錳酸鋰等形成鋰離子電池發(fā)揮人造石墨、天然石墨的容量大、嵌鋰電位抵、成本低廉的特點(diǎn)和鈦酸鋰負(fù)極與諸如磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料、鈷酸鋰、錳酸鋰等形成鋰離子電池發(fā)揮鈦酸鋰負(fù)極具有的循環(huán)壽命長、倍率性能良好、安全性能優(yōu)異、與電解液相容性好的特點(diǎn)，還通過石墨負(fù)極中的軟碳、硬碳與正極中的活性炭形成超級電容器，充分發(fā)揮超級電容器功率密度高、循環(huán)壽命長的特點(diǎn)，顯著提升整個(gè)鋰離子動(dòng)力電池的綜合性能；
[0017]第二、加工可操作性強(qiáng)，石墨負(fù)極和鈦酸鋰負(fù)極分開攪拌和涂覆，分別涂覆在負(fù)極集流體層的陰面和陽面，沒有直接混合材料加工的不確定性，加之石墨負(fù)極中諸如人造石墨、天然石墨、軟碳和硬碳均為石墨體系具有較好的兼容性，有效利用現(xiàn)有負(fù)極的工藝和設(shè)備，同時(shí)最終制得的負(fù)極片只有一種，簡化層疊和卷繞的結(jié)構(gòu)，直接利用現(xiàn)有的層疊或卷繞設(shè)備即可進(jìn)行加工，且加工過程與常規(guī)過程無特殊工裝或操作要求；
[0018]第三、成本低廉，在充分提升鋰離子動(dòng)力電池性能的基礎(chǔ)上，有效發(fā)揮了石墨負(fù)極材料成本低廉的優(yōu)勢，而且加工過程與現(xiàn)有加工操作過程通用性強(qiáng)，有效節(jié)省了加工制造的成本。
【附圖說明】
[0019]附圖1為本實(shí)用新型一種電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池混合負(fù)極極片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]附圖2為本實(shí)用新型一種電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池方形層疊狀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]附圖3為本實(shí)用新型一種電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池圓柱狀卷繞結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]附圖4為本實(shí)用新型一種電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池正極片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]附圖中標(biāo)記包括:1、負(fù)極片，2、正極片，3、隔膜，4、鋼殼，5、絕緣片，6、蓋帽，7、正極材料層，8、鋁塑膜，9、第一負(fù)極層，10、負(fù)極集流體層，11、第二負(fù)極層，12、正極集流體層。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型產(chǎn)品作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0025]實(shí)施例1
[0026]如圖1所示，本實(shí)用新型公開了一種電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池，包括負(fù)極片1、正極片2和隔膜3，所述負(fù)極片1、正極片2和隔膜3相互間隔卷繞或?qū)盈B設(shè)計(jì)，所述隔膜3設(shè)置在負(fù)極片I和正極片2之間，所述負(fù)極片I為混合負(fù)極極片，所述混合負(fù)極極片為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述負(fù)極極片包括第一負(fù)極層9、第二負(fù)極層11和負(fù)極集流體層10，所述第一負(fù)極層9和第二負(fù)極層11分別涂覆在負(fù)極集流體層10的陰面和陽面，所述第一負(fù)極層9為鈦酸鋰負(fù)極材料層，所述第二負(fù)極層11為天然石墨、人造石墨、軟碳和硬碳混合體系組成的石墨負(fù)極材料層，所述軟碳、硬碳的質(zhì)量占混合體系的50-95%，所述石墨負(fù)極材料包括人造石墨和/或天然石墨。所述第一負(fù)極層9和第二負(fù)極層11在卷繞或?qū)盈B中錯(cuò)位相隔。所述負(fù)極集流體層10為銅箔。所述隔膜3為PE隔膜、PP隔膜或PE/PP復(fù)合隔膜。所述正極材料層7為包含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)5-50%活性炭的磷酸鐵鋰正極材料層、錳酸鋰正極材料層、鈷酸鋰正極材料層或鎳鈷錳三元正極材料層。所述電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池還包括鋰離子電池電解液，所述鋰離子電池電解液由溶劑、電解質(zhì)鹽和添加劑組成，其中溶劑由碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯(EC)四元組分組成，其體積百分如下:DMC占20%?30%，DEC占20%?30%，EMC占10%?20%，EC占25%?50%。所述添加劑由成膜添加劑、防過充添加劑和高溫添加劑組成，其中，成膜添加劑有碳酸乙烯亞乙酯(VEC)、碳酸亞乙烯酯(VC)，濃度為0.5?3.0%，防過充添加劑有環(huán)已苯(CHB)、聯(lián)苯、二甲苯，濃度為0.5?3.0%，高溫添加劑有1，3_丙烷磺內(nèi)酯(AS)、鄰苯二甲酸酐(PA)，其濃度為0.5?3.0%。
[0027]實(shí)施例2
[0028]如圖2所示，所述負(fù)極片1、正極片2和隔膜3相互間隔層疊形成方形結(jié)構(gòu)。本申請所述的電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池為方形層疊狀結(jié)構(gòu)，電池通過鋁塑膜8封裝為方形，隔膜3包覆正極片2和負(fù)極片1，正極片2和負(fù)極片I相互間隔，所述第一負(fù)極層9和第二負(fù)極層11在層疊中錯(cuò)位相隔。所述電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池還包括鋰離子電池電解液，所述鋰離子電池電解液由溶劑、電解質(zhì)鹽和添加劑組成，其中溶劑由碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯(EC)四元組分組成，其體積百分如下:DMC占20%?30%，DEC占20%?30%，EMC占10%?20%，EC占25%?50%。所述添加劑由成膜添加劑、防過充添加劑和高溫添加劑組成，其中，成膜添加劑有碳酸乙烯亞乙酯(VEC)、碳酸亞乙烯酯(VC)，濃度為0.5?3.0%，防過充添加劑有環(huán)已苯(CHB)、聯(lián)苯、二甲苯，濃度為
0.5?3.0%，高溫添加劑有1，3_丙烷磺內(nèi)酯(AS)、鄰苯二甲酸酐(PA)，其濃度為0.5?3.0%。
[0029]實(shí)施例3
[0030]如圖3所示，所述負(fù)極片1、正極片2和隔膜3相互間隔卷繞形成圓柱狀結(jié)構(gòu)。本申請所述的電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池為圓柱形卷繞結(jié)構(gòu)，卷繞后的電芯設(shè)置在圓柱形鋼殼4中，隔膜3包覆正極片2和負(fù)極片I，正極片2和負(fù)極片I相互間隔，所述第一負(fù)極層9和第二負(fù)極層11在層疊中錯(cuò)位相隔，鋼殼4上面焊接有蓋帽6，蓋帽6和電芯之間設(shè)有絕緣片5，蓋帽6與正極片2連接，鋼殼4底部與負(fù)極片I連接。
[0031 ] 實(shí)施例4
[0032]如圖4所示，所述正極片2為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述正極片2包括正極集流體層12和涂覆在正極集流體層12的正極材料層7，所述正極集流體層12為鋁箔。
[0033]以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對本實(shí)用新型作任何形式上的限制;凡本行業(yè)的普通技術(shù)人員均可按說明書附圖所示和以上所述而順暢地實(shí)施本實(shí)用新型;但是，凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，可利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而作出的些許更動(dòng)、修飾與演變的等同變化，均為本實(shí)用新型的等效實(shí)施例；同時(shí)，凡依據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)技術(shù)對以上實(shí)施例所作的任何等同變化的更動(dòng)、修飾與演變等，均仍屬于本實(shí)用新型的技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池，包括負(fù)極片(I)、正極片(2)和隔膜(3)，所述負(fù)極片(I)、正極片(2)和隔膜(3)相互間隔卷繞或?qū)盈B設(shè)計(jì)，所述隔膜(3)設(shè)置在負(fù)極片(I)和正極片(2)之間，其特征在于:所述負(fù)極片(I)為混合負(fù)極極片，所述混合負(fù)極極片為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述負(fù)極極片包括第一負(fù)極層(9)、第二負(fù)極層(11)和負(fù)極集流體層(10)，所述第一負(fù)極層(9)和第二負(fù)極層(11)分別涂覆在負(fù)極集流體層(10)的陰面和陽面，所述第一負(fù)極層(9)為鈦酸鋰負(fù)極材料層，所述第二負(fù)極層(11)為石墨負(fù)極材料層，所述正極片(2)為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述正極片(2)包括正極集流體層(12)和涂覆在正極集流體層(12)的正極材料層(7)，所述正極材料層(7)為磷酸鐵鋰正極材料層、錳酸鋰正極材料層、鈷酸鋰正極材料層或鎳鈷錳三元正極材料層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池，其特征在于:所述第一負(fù)極層(9)和第二負(fù)極層(11)在卷繞或?qū)盈B中錯(cuò)位相隔。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池，其特征在于:所述負(fù)極片(1)、正極片(2)和隔膜(3)相互間隔卷繞形成圓柱狀結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池，其特征在于:所述負(fù)極片(1)、正極片(2)和隔膜(3)相互間隔層疊形成方形結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池，其特征在于:所述負(fù)極集流體層(10)為銅箔。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容型混合負(fù)極極片鋰離子動(dòng)力電池，其特征在于:所述隔膜(3)為PE隔膜、PP隔膜或PE/PP復(fù)合隔膜。
【文檔編號】H01M10/0525GK205429091SQ201520972639
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年11月30日
【發(fā)明人】李朝
【申請人】李朝