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电池正极、其制备方法、电池负极、其制备方法及电容电池 Download PDF

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Abstract

本发明属于电化学领域，其公开了电池正极及其制备方法、电池负极及其制备方法、电容电池；该电池正极，包括铝箔以及涂覆在铝箔上的正极活性材料，其中，所述正极活性材料包括质量比为85∶5∶10的氧化石墨、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P；其中，所述氧化石墨中，氧的质量百分数为20～60％。本发明制得的电容电池具有如下有益效果：(1)由于电池正极本身不含锂，且电池负极采用锂片贴合结构，简化了操作工艺，降低制造成本；(2)该正极片与含金属锂的负极组成电池，其充放电时，不易产生枝晶，也就避免了电池内部短路问题。

Description

电池正极、其制备方法、电池负极、其制备方法及电容电池
技术领域
本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种电池正极及其制备方法；本发明还涉及一种电池负极及其制备方法；本发明还涉及一种是用上述电池正极和电池负极作为电极的电容电池。
背景技术
现有锂离子电池的正极材料主要采用无机金属化合物，其主要包括磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂以及混合的体系；无机金属化合物类作为正极材料时，其制备工艺复杂、成本高。
近年来，也开发了一些有机化合物作为正极材料，但是由于这些正极材料电导率低、热稳定性和机械性能差，且电池循环寿命低，因此，这些有机化合物的正极材料不适宜做电极材料。
当锂离子电池采用有机化合物作为正极材料时，负极一般采用金属锂，金属锂在充放电过程中，锂表面会不断的溶解和沉淀，且容易产生枝晶，造成电池内部短路。。
发明内容
本发明所要解决的问题之一在于提供一种可以降低电容电池从制造成本以及防止电容电池内部短路的电池正极。
一种电池正极，包括铝箔以及涂覆在铝箔上的正极活性材料，其中，所述正极活性材料包括质量比为85∶5∶10的氧化石墨、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P；其中，所述氧化石墨中，氧的质量百分数为20～60％。
本发明所要解决的问题之二在于提供一种上述电池正极的制备方法，包括步骤如下：
S1、按照质量比为85∶5∶10的比例，将氧化石墨、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；其中，所述氧化石墨中，氧的质量百分数为20～60％；
S2、将浆料涂覆在铝箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池正极。
本发明所要解决的问题之三在于提供一种可以降低电容电池从制造成本以及防止电容电池内部短路的电池负极，包括铜箔以及涂覆在铜箔上的负极活性材料，其中，所述负极活性材料包括质量比为85∶5∶10的石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P；所述电池负极还包括锂片，该锂片贴附在负极活性材料表面，所述锂片、负极活性材料以及铜箔形成层状叠合。
本发明所要解决的问题之四在于提供一种电池负极的制备方法，包括如下步骤：
A1、按照质量比为85∶5∶10的比例，将石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
A2、将浆料涂覆在铜箔和锂片之间，形成层状叠合，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池负极。
所述电池负极的制备方法，步骤A1中，所述石墨烯的比表面积为100-2000m2/g；优选，所述石墨烯的比表面积为500-1000m2/g。
作为优选方案，石墨烯可以选用经改性后的石墨烯，如，氮掺杂石墨烯或硼掺杂石墨烯，且氮或硼的掺杂质量百分比为0.1～10％；这样，通过对石墨烯掺杂改性处理，进一步提高电池负极的容量。
本发明所要解决的问题之五在于提供一种电容电池，其包括上述制得的电池正极和电池负极、隔膜、电解液以及电池壳体；电池正极、隔膜、电池负极顺序叠片组装成电芯，电池壳体密封电芯，电解液盛装在电池壳体里。
所述电容电池中，所述电解液包括离子液体、锂盐和溶剂；所述电解液中，锂盐在电解液锂的摩尔浓度为1mol/L，离子液体与溶剂的体积比为1∶0.2～1。
所述电解液中，离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰亚胺)、四乙基铵四氟硼酸盐、N-丁基-N-甲基哌啶双(三氟甲磺酰亚胺)以及N-丁基-N-甲基吡咯烷双(三氟甲磺酰亚胺)中的至少一种；
所述电解液中，锂盐为LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2及LiAsF6中的至少一种；
所述电解液中，溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、r-丁内酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸甲丙酯、乙酸乙酯及乙腈中至少一种。
本发明制得的电容电池具有如下有益效果：(1)由于电池正极本身不含锂，且电池负极采用锂片贴合结构，简化了操作工艺，降低制造成本；(2)该正极片与含金属锂的负极组成电池，可以避免充放电时产生枝晶，导致电池内部短路的问题。
附图说明
图1为实施例1制得的电容电池结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。
实施例1
1、制备电池正极
首先、按照质量比为85∶5∶10的比例，将170g氧化石墨(其中，氧的质量百分含量为20％)、10g聚偏氟乙烯粘结剂以及20g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
接着、将浆料涂覆在铝箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池正极。
2、制备电池负极
首先、按照质量比为85∶5∶10的比例，将170g比表面积为100m2/g的硼掺杂石墨烯(硼的质量百分比为0.1％)、10g聚偏氟乙烯粘结剂以及20g导电炭黑Super P(请发明人给出三种物质的具体数值)混合均匀，得到浆料；
其次、将浆料涂覆在铜箔和锂片之间，形成层状叠合，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池负极。
3、电容电池
首先，根据电容电池所需规格尺寸，将电池正极以及电池负极进行分切，得到正极片和负极片；同时，还分切隔膜，时隔膜的规格尺寸与正极片或负极片相一致；
其次，将正极片、隔膜、负极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后往通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入电解液(1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐+LiPF6/碳酸二甲酯+碳酸二乙酯)，密封注液口，得到电容电池，即锂离子电池；如图1所示，其中，正极片1、铝箔11、正极活性材料12、负极片2、铜箔21、负极活性材料22、锂片23、隔膜3、电解液4、电池壳体5。
实施例2
1、制备电池正极
首先、按照质量比为85∶5∶10的比例，将200g氧化石墨(其中，氧的质量百分含量为40％)、11.8g聚偏氟乙烯粘结剂以及导23.6g电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
接着、将浆料涂覆在铝箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池正极。
2、制备电池负极
首先、
按照质量比为85∶5∶10的比例，将200g比表面积为500m2/g的氮掺杂石墨烯(氮的质量百分比为0.1％)、聚偏11.8g氟乙烯粘结剂以及23.6g导电炭黑SuperP混合均匀，得到浆料；
其次、将浆料涂覆在铜箔和锂片之间，形成层状叠合，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池负极。
3、电容电池
首先，根据电容电池所需规格尺寸，将电池正极以及电池负极进行分切，得到正极片和负极片；同时，还分切隔膜，时隔膜的规格尺寸与正极片或负极片相一致；
其次，将正极片、隔膜、负极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后往通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入电解液(1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐+LiBF4/碳酸丙烯酯+碳酸乙烯酯)，密封注液口，得到电容电池，即锂离子电池。
实施例3
1、制备电池正极
首先、按照质量比为85∶5∶10的比例，将180g氧化石墨(其中，氧的质量百分含量为60％)、10.6g聚偏氟乙烯粘结剂以及21.2g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
接着、将浆料涂覆在铝箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池正极。
2、制备电池负极
首先、按照质量比为85∶5∶10的比例，将180g比表面积为1000m2/g的硼掺杂石墨烯(硼的质量百分比为10％)、10.6g聚偏氟乙烯粘结剂以及21.2g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
其次、将浆料涂覆在铜箔和锂片之间，形成层状叠合，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池负极。
3、电容电池
首先，根据电容电池所需规格尺寸，将电池正极以及电池负极进行分切，得到正极片和负极片；同时，还分切隔膜，时隔膜的规格尺寸与正极片或负极片相一致；
其次，将正极片、隔膜、负极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后往通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入电解液(1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰亚胺)+LiBOB/碳酸丁烯酯+r-丁内酯)，密封注液口，得到电容电池，即锂离子电池。
实施例4
1、制备电池正极
首先、按照质量比为85∶5∶10的比例，将160g氧化石墨(其中，氧的质量百分含量为50％)、9.4g聚偏氟乙烯粘结剂以及导18.8g电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
接着、将浆料涂覆在铝箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池正极。
2、制备电池负极
首先、按照质量比为85∶5∶10的比例，将160g比表面积为1500m2/g的氮掺杂石墨烯(氮的质量百分比为10％)、9.4g聚偏氟乙烯粘结剂以及18.8g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
其次、将浆料涂覆在铜箔和锂片之间，形成层状叠合，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池负极。
3、电容电池
首先，根据电容电池所需规格尺寸，将电池正极以及电池负极进行分切，得到正极片和负极片；同时，还分切隔膜，时隔膜的规格尺寸与正极片或负极片相一致；
其次，将正极片、隔膜、负极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后往通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入电解液(四乙基铵四氟硼酸盐+LiCF3SO3/碳酸甲乙烯酯+碳酸甲丙酯)，密封注液口，得到电容电池，即锂离子电池。
实施例5
1、制备电池正极
首先、按照质量比为85∶5∶10的比例，将175g氧化石墨(其中，氧的质量百分含量为30％)、10.3g聚偏氟乙烯粘结剂以及20.6g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
接着、将浆料涂覆在铝箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池正极。
2、制备电池负极
首先、
按照质量比为85∶5∶10的比例，将175g比表面积为2000m2/g的石墨烯、10.3g聚偏氟乙烯粘结剂以及20.6g导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
最后、将浆料涂覆在铜箔和锂片之间，形成层状叠合，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池负极。
3、电容电池
首先，根据电容电池所需规格尺寸，将电池正极以及电池负极进行分切，得到正极片和负极片；同时，还分切隔膜，时隔膜的规格尺寸与正极片或负极片相一致；
其次，将正极片、隔膜、负极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后往通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入电解液(N-丁基-N-甲基哌啶双(三氟甲磺酰亚胺)+LiN(SO2CF3)2/乙酸乙酯+乙腈)，密封注液口，得到电容电池，即锂离子电池。
对比例1
对比例1与实施例1的不同之处在于：采用商用锂离子电池正极材料磷酸铁锂作电池正极的锂源，其他步骤均与实施例1的制备方法相同。
对比例2
对比例2与实施例2的不同之处在于：采用商用锂离子电池正极材料磷酸铁锂作电池正极的锂源，其他步骤均与实施例1的制备方法相同。
通过对实施例1、实施例2、对比例1和对比例2的电容电池的充放电测试；测试是在0.5C电流下进行的，测试结果如表1所示。
通过对实施例1～5制得的电容电池在0.5C电流下充放电测试，测试结果如表2所示。
表1电容电池充放电测试结果
  实施例1   对比例1   实施例2   对比例2
 容量(mAh)   1058   896   1357   1036
表2电容电池充放电测试结果
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5
 容量(mAh)   1058   1357   1538   1069   1796
由表1和表2可知：采用本发明制备的正极片作为电容电池的电池正极，电容电池的容量高于现有的商用锂离子正极材料磷酸铁锂作为电池正极的电容电池的容量。
应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池正极，包括铝箔以及涂覆在铝箔上的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料包括质量比为85∶5∶10的氧化石墨、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P；其中，所述氧化石墨中，氧的质量百分数为20～60％。
2.一种电池正极的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
S1、按照质量比为85∶5∶10的比例，将氧化石墨、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；其中，所述氧化石墨中，氧的质量百分数为20～60％；
S2、将浆料涂覆在铝箔上，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池正极。
3.一种电池负极，包括铜箔以及涂覆在铜箔上的负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料包括质量比为85∶5∶10的石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P；所述电池负极还包括锂片，该锂片贴附在负极活性材料表面，所述锂片、负极活性材料以及铜箔形成层状叠合。
4.一种电池负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A1、按照质量比为85∶5∶10的比例，将石墨烯、聚偏氟乙烯粘结剂以及导电炭黑Super P混合均匀，得到浆料；
A2、将浆料涂覆在铜箔和锂片之间，形成层状叠合，经干燥、轧膜、切边处理，制得电池负极。
5.根据权利要求4所述的电池负极的制备方法，其特征在于，步骤A1中，所述石墨烯的比表面积为100-2000m2/g。
6.根据权利要求5所述的电池负极的制备方法，其特征在于，步骤A1中，所述石墨烯的比表面积为500-1000m2/g。
7.根据权利要求4、5或6所述的电池负极的制备方法，其特征在于，步骤A1中，所述石墨烯为氮掺杂石墨烯或硼掺杂石墨烯。
8.根据权利要求7所述的电池负极的制备方法，其特征在于，步骤A1中，所述氮或硼的掺杂质量百分比为0.1～10％。
9.一种电容电池，其特征在于，包括权利要求1所述的电池正极、权利要求4所述的电池负极、隔膜、电解液以及电池壳体；电池正极、隔膜、电池负极顺序叠片组装成电芯，电池壳体密封电芯，电解液盛装在电池壳体里。
10.根据权利要求9所述的电容电池，其特征在于，所述电解液包括离子液体、锂盐和溶剂；其中，
离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰亚胺)、四乙基铵四氟硼酸盐、N-丁基-N-甲基哌啶双(三氟甲磺酰亚胺)以及N-丁基-N-甲基吡咯烷双(三氟甲磺酰亚胺)中的至少一种；
锂盐为LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2及LiAsF6中的至少一种；
溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、r-丁内酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸甲丙酯、乙酸乙酯及乙腈中至少一种。
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