CN102779974A - 纳米电池及加工该纳米电池制造方法 - Google Patents

纳米电池及加工该纳米电池制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明所涉及一种纳米电池，包括电池正负极，电解液以及隔膜构成的；因本发明技术方案采用电池正极材料是由锂合成物粉末研磨而成的；电池负极材料是由单质碳粉末研磨而成的，电解液是由无机阴离子导电盐加上有机溶剂配制成的；聚合物隔膜是由聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)复合的三层微孔膜，通过研磨和超声波两道工序以及加入导电性良好的纳米碳纤维加工制造而成的，有利于提高电池振实密度，提高电池容量以及电池充放电性能，有利于提高导电性能。由于所述电池密度和导电性得到提高了，使得电池能使用较高的倍率进行充放电，减少充放电对电池损伤，从而达到延长电池的使用寿命。另外，本发明的制造方法还具有操作简单方便及成本低。

Description

纳米电池及加工该纳米电池制造方法
【技术领域】
本发明涉及一种电池，具体是一种应用于纳米技术的纳米电池。
【背景技术】
随着科技不断向前进步和发展，伴随着各种各样的电子数码产品对电池性能要求越来越高。大部分电池都是采用两种或两种以上不同成分电化学活性电极组合而成正负电极并浸泡于能够提供媒体传导作用的电解液而成的。然而，现有技术中电池大部分都是采用锂电池材料构成的。由于锂电池材料很活跃，且颗粒大，振实密度低，导致所述的电池的安全性不高、导电性能差以及电池充放性能低，容易发热，不能大电流放电，存在***危险。
【发明内容】
本发明技术目的是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种可提高电池储存电能的容量性能、电池充放电能性能、导电性能以及可延长电池使用寿命的纳米电池。
本发明技术目的还提供一种具有操作简单方便、成本低的加工该纳米电池的制造方法。
为了实现上述技术目的，本发明所提供一种纳米电池，其包括电池正负电极材料、电解质以及聚合物隔膜构成的；其特征在于：所述的电池正电极材料是由锂化合物粉末研磨而成的；所述的电池负极材料是由碳单质粉末研磨而成的；所述的电解液是由无机阴离子导电盐电解质加上有机溶剂配制成的；所述的聚合物隔膜是由聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)复合的多层微孔膜而制成膜。
依据上述主要技术特征，所述锂化合物粉末包含有锰酸锂粉末或磷酸铁锂粉末或钴酸锂粉末或镍钴锰酸锂粉末的。
依据上述主要技术特征，所述碳单质粉末包含有石墨粉末或碳粉。
依据上述主要技术特征，所述电解质溶液包含有六氟磷酸锂(LiPF6)溶液或六氟砷酸锂(LiAsF6)溶液或高氯酸锂(LiClO4)溶液或亚硫酰氯(SoCL2)溶液。
为了加工上述纳米电池，而采用加工制造方法为：
电池正极材料纳米化工序：先将所述的锂化合物粉末按照设定比例倒入指定容器内，充分均匀搅拌，使形成均匀的电池正极材料，接着，将电池正极材料放入球磨机内，研磨到微米颗粒，再将微米颗粒溶于有机溶剂中形成微米颗粒溶液，再利用超声波对该微米颗粒溶液处理设定时间后，高温蒸馏萃取，然后冷却到零下20度，使用高强度聚焦离子束-电子束双束处理后形成纯净颗粒，再将该纯净颗粒研磨到纳米颗粒，即纳米化电池正极材料；所述的锂化合物粉末包含有锰酸锂粉末或磷酸铁锂粉末或钴酸锂粉末或镍钴锰酸锂粉末的；
电池负极材料纳米化工序：先将所述碳单质粉末按照预先设定比例倒入指定容器内，充分均匀搅拌，使形成均匀的电池负极材料，再将该电池负极材料利用球磨机研磨成微米颗粒，再将所述的微米颗粒溶于有机溶剂中形成微米颗粒溶液，再利用超声波对该微米颗粒溶液处理设定时间后，进行高温蒸馏萃取，然后冷却零下20度下，使用高强度聚焦离子束-电子束双束处理后形成纯净颗粒，再将该纯净颗粒研磨到纳米颗粒，即为纳米化负极材料；所述碳化合物粉末包含有石墨粉末或碳粉；
电解液纳米化工序：先将所述的电解质溶解于有机溶剂内，形成电解液，再将具有导电的纳米碳纤维加入所述的电解液中，充分搅拌均匀，并使用超声波对该加有纳米碳纤维的电解液处理设定时间后，即可；所述电解质溶液包含有六氟磷酸锂(LiPF6)溶液或六氟砷酸锂(LiAsF6)溶液或高氯酸锂(LiClO4)溶液或亚硫酰氯(SoCL2)溶液；
制片辊压工序：将上述纳米化电池正极材料均匀涂布于铝箔的两面并压平，将纳米化电池负极材料均匀涂布于铜箔的两面并压平，即可；
卷绕工序：将涂有纳米化电池正极材料的铝箔和涂有纳米化电池负极材料的铜箔叠加，中间用聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)复合成微孔隔膜隔开的，然后根据预先设定要求卷绕成不同种形状，用镍片引出电池的正负极，并放入金属壳中或软形袋中；
注入电解液工序：将纳米化的电解液注入电池内，并引出正负极，即可
密闭封装：焊接两个正负电极，密封即可
本发明的有益技术效果：本发明技术方案采用所述电池正电极是由锂化合物粉末研磨而成的；所述的电池负极是由碳单质粉末研磨而成的；所述的电解液是由无机阴离子导电盐加上有机溶剂配制成的；所述的聚合物隔膜是由聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)复合的多层微孔膜而制成膜，通过研磨和超声波两道工序以及加入导电性良好的纳米碳纤维加工制造而成的，有利于提高电池密度，达到提高电池容量性能以及电池充放电性能的，同时，有利于提高导电性能的。由于所述电池密度得到提高了，使得电池能使用较高的倍率进行充放电，减少充放电对电池损伤，从而达到延长电池的使用寿命。又由于采用上述制造加工方法，与现有技术中的加工方法相互比较，本发明还具有操作简单方便及成本低的有益技术效果。
为对本发明的目的、技术特征及其功能有进一步的了解，兹详细说明如下：
【具体实施方式】
下面结合一种实施例来说明本发明所提供一种纳米电池，其包括电池正负电极、电解质以及聚合物隔膜构成的；所述的电池正电极材料是由锂化合物粉末研磨而成的；所述的电池负极材料是由碳单质粉末研磨而成的；所述的电解液是由电解质溶液加上有机溶剂配制成的；所述的聚合物隔膜是由聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)复合的多层微孔膜而制成膜。
所述锂化合物粉末包含有锰酸锂粉末或磷酸铁锂粉末或钴酸锂粉末或镍钴锰酸锂粉末的。所述碳化合物粉末末包含有石墨粉末或碳粉。所述电解质溶液包含有六氟磷酸锂(LiPF6)溶液或六氟砷酸锂(LiAsF6)溶液或高氯酸锂(LiClO4)溶液或亚硫酰氯(SoCL2)溶液。
在本实施例中，所述的锂化合物粉末为锰酸锂材料构成的，所述的碳化合物为石墨粉末材料构成的，所述的电解质溶液为六氟磷酸锂溶液构成，说明本实施例中所述的的纳米电池的加工制造方法，
电池正极材料纳米化工序：先将所述的锰酸锂按照设定比例倒入指定容器内，充分均匀搅拌，使形成均匀的电池正极材料，接着，将电池正极材料放入球磨机内，研磨到微米颗粒，再将微米颗粒溶于有机溶剂中形成微米颗粒溶液，再利用超声波对该微米颗粒溶液处理设定时间后，高温蒸馏萃取，然后冷却到零下20度，使用高强度聚焦离子束-电子束双束处理后形成纯净颗粒，再将该纯净颗粒研磨到纳米颗粒，即纳米化电池正极材料。所述的锂化合物粉末还包含有磷酸铁锂粉末或钴酸锂粉末或镍钴锰酸锂粉末的；
电池负极材料纳米化工序：先将所述石墨粉末按照预先设定比例倒入指定容器内，充分均匀搅拌，使形成均匀的电池负极材料，再将该电池负极材料利用球磨机研磨成微米颗粒，再将所述的微米颗粒溶于有机溶剂中形成微米颗粒溶液，再利用超声波对该微米颗粒溶液处理设定时间后，进行高温蒸馏萃取，然后冷却零下20度下，使用高强度聚焦离子束-电子束双束处理后形成纯净颗粒，再将该纯净颗粒研磨到纳米颗粒，即为纳米化负极材料；所述碳单质粉末还包含有碳粉。
电解液纳米化工序：先将所述的六氟磷酸锂(LiPF6)溶解于有机溶剂内，形成电解液，再将具有导电的纳米碳纤维加入所述的电解液中，充分搅拌均匀，并使用超声波对该加有纳米碳纤维的电解液处理设定时间后，即可；所述电解质溶液还包含有六氟砷酸锂(LiAsF6)溶液或高氯酸锂(LiClO4)溶液或亚硫酰氯(SoCL2)溶液；
制片辊压工序：将上述纳米化电池正极材料均匀涂布于铝箔的两面并压平，将纳米化电池负极材料均匀涂布于铜箔的两面并压平，即可。
卷绕工序：将涂有纳米化电池正极材料的铝箔和涂有纳米化电池负极材料的铜箔叠加，中间用聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)复合成微孔隔膜隔开的，然后根据预先设定要求卷绕成不同种形状，用镍片引出电池的正负极，并放入金属壳中或软形袋中。
注入电解液工序：将纳米化的电解液注入电池内，并引出正负极，即可。
密闭封装：焊接两个正负电极，密封即可制造成产品纳米电池。使用万用电表测量，所述的纳米电池的电压为3V，电池内阻为70MΩ，在20度环境温度下，用0.5C充放电，其初始容量达到600MAH，用1C充放电，其初始容量达到580MAH，经100次循环后，容量衰减0.8％。由此推测电池的循环寿命在2500次左右(80％容量)。
所述的纳米电池由电池正负电极、电解液、聚合物隔膜组成，电池负极材料是由纳米化的天然石墨构成，电池正极材料是由纳米化的合成锂离子材料，纳米电池的电解液是由六氟磷酸锂(LiPF6)加上有机溶剂配成，采用由聚乙烯(PP)和聚丙烯(PE)复合的多层微孔膜作为隔膜，并在电解液中加入导电的纳米碳纤维。再经涂布，制片，辊压，卷绕，分切，装壳，注液，封装，检测，包标等工序制成成品电池.采用卷绕式，制成14500、18650、26650等型电池，用叠合式做成软包装的电池.
采用锂Li材料作为电池的正极材料，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，由纳米石墨组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解液，电池由钢壳或塑料袋密闭封装。用铝箔收集正极电流并引出，用铜箔收集负极电流并引出。
纳米电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。利用锂离子的嵌入/脱嵌过程，实现电池的反复充放电。
综上所述，本发明技术方案采用所述电池正电极材料是由锂化合物粉末研磨而成的；所述的电池负极是由碳化合物粉末末研磨而成的；所述的电解液是由无机导电盐电解质加上有机溶剂配制成的；所述的聚合物隔膜是由聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)复合的多层微孔膜而制成膜，通过研磨和超声波两道工序以及加入导电性良好的纳米碳纤维加工制造而成的，有利于提高电池密度，达到提高电池容量性能以及电流充放电能性能的，同时，有利于提高导电性能的。由于所述电池密度得到提高了，使得电池能使用较高的倍率进行充放电，减少充放电对电池损伤，从而达到延长电池的使用寿命。又由于采用上述制造加工方法，与现有技术中的加工方法相互比较，本发明还具有操作简单方便及成本低的有益技术效果。

Claims (5)

1.一种纳米电池，其包括电池正负电极材料、电解质以及聚合物隔膜构成的；其特征在于：所述的电池正电极材料是由锂化合物粉末研磨而成的；所述的电池负极材料是由碳单质粉末研磨而成的；所述的电解液是由无机阴离子导电盐电解质加上有机溶剂配制成的；所述的聚合物隔膜是由聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)复合的多层微孔膜而制成膜。
2.根据权利要求1所述的纳米电池，其特征在于：所述锂化合物粉末包含有锰酸锂粉末或磷酸铁锂粉末或钴酸锂粉末或镍钴锰酸锂粉末的。
3.根据权利要求1所述的纳米电池，其特征在于：所述碳单质粉末包含有石墨粉末或碳粉。
4.根据权利要求1所述的纳米电池，其特征在于：所述电解质溶液包含有六氟磷酸锂(LiPF6)溶液或六氟砷酸锂(LiAsF6)溶液或高氯酸锂(LiClO4)溶液或亚硫酰氯(SoCL2)溶液。
5.为了加工上述纳米电池，而采用加工制造方法为：
电池正极材料纳米化工序：先将所述的锂化合物粉末按照设定比例倒入指定容器内，充分均匀搅拌，使形成均匀的电池正极材料，接着，将电池正极材料放入球磨机内，研磨到微米颗粒，再将微米颗粒溶于有机溶剂中形成微米颗粒溶液，再利用超声波对该微米颗粒溶液处理设定时间后，高温蒸馏萃取，然后冷却到零下20度，使用高强度聚焦离子束-电子束双束处理后形成纯净颗粒，再将该纯净颗粒研磨到纳米颗粒，即纳米化电池正极材料；所述的锂化合物粉末包含有锰酸锂粉末或磷酸铁锂粉末或钴酸锂粉末或镍钴锰酸锂粉末的；
电池负极材料纳米化工序：先将所述碳单质粉末按照预先设定比例倒入指定容器内，充分均匀搅拌，使形成均匀的电池负极材料，再将该电池负极材料利用球磨机研磨成微米颗粒，再将所述的微米颗粒溶于有机溶剂中形成微米颗粒溶液，再利用超声波对该微米颗粒溶液处理设定时间后，进行高温蒸馏萃取，然后冷却零下20度下，使用高强度聚焦离子束-电子束双束处理后形成纯净颗粒，再将该纯净颗粒研磨到纳米颗粒，即为纳米化负极材料；所述碳化合物粉末包含有石墨粉末或碳粉；
电解液纳米化工序：先将所述的电解质溶解于有机溶剂内，形成电解液，再将具有导电的纳米碳纤维加入所述的电解液中，充分搅拌均匀，并使用超声波对该加有纳米碳纤维的电解液处理设定时间后，即可；所述电解质溶液包含有六氟磷酸锂(LiPF6)溶液或六氟砷酸锂(LiAsF6)溶液或高氯酸锂(LiClO4)溶液或亚硫酰氯(SoCL2)溶液；
制片辊压工序：将上述纳米化电池正极材料均匀涂布于铝箔的两面并压平，将纳米化电池负极材料均匀涂布于铜箔的两面并压平，即可；
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