一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池，包括正極片、負極片和隔膜，正極片、負極片和隔膜相互間隔卷繞或?qū)盈B設(shè)計，隔膜設(shè)置在正極片和負極片之間，正極片為電容型正極片，電容型正極片為三層復合結(jié)構(gòu)，正極極片包括超級電容器正極層、鋰離子電池正極層和正極集流體層，超級電容器正極層和鋰離子電池正極層分別涂覆在正極集流體的陰面和陽面，超級電容器正極層為活性炭電極材料層，鋰離子電池正極層為錳酸鋰正極材料層，負極材料層為天然石墨層、人造石墨層、軟碳和硬碳的混合物。本實用新型的電容型錳酸鋰動力鋰離子電池具有設(shè)備適用性強、性能優(yōu)異、品質(zhì)溫蒂、加工方便、生產(chǎn)效率高和成本低廉的特點。
【專利說明】
一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代社會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重，社會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前研究熱點。鋰離子電池具有能量密度高、自放電率低等優(yōu)點，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，電池正極材料和電解液不穩(wěn)定、易氧化，負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，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具有鋰離子電池高能量密度和電容器高公路的特點，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類材料占負極活性材料容量百分比的50.0?95.0%，嚴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類材料加入負極材料、活性炭加入正極材料中，在加工過程在正極和負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，而且給正負極打漿過程造成諸多不確定因素，產(chǎn)品品質(zhì)嚴重依賴于混漿的均勻性，品質(zhì)風險過高。
[0004]與此同時，錳酸鋰作為常用的鋰離子電池正極材料，具有成本低、安全性和低溫性能好的特點，但是其材料本身并不太穩(wěn)定，容易分解產(chǎn)生氣體，其循環(huán)壽命衰減較快，容易發(fā)生鼓脹，高溫性能較差、壽命相對短，直接限制了錳酸鋰在鋰離子電池的推廣應(yīng)用。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池，具有設(shè)備適用性強、性能優(yōu)異、品質(zhì)穩(wěn)定、加工方便、生產(chǎn)效率高和成本低廉的特點。
[0006]本實用新型可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]本實用新型公開了一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池，包括正極片、負極片和隔膜，所述正極片、負極片和隔膜相互間隔卷繞或?qū)盈B設(shè)計，所述隔膜設(shè)置在正極片和負極片之間，所述正極片為電容型正極片，所述電容型正極片為三層復合結(jié)構(gòu)，所述正極極片包括超級電容器正極層、鋰離子電池正極層和正極集流體層，所述超級電容器正極層和鋰離子電池正極層分別涂覆在正極集流體層的陰面和陽面，所述超級電容器正極層為活性炭電極材料層，所述鋰離子電池正極層為錳酸鋰正極材料層，所述負極材料層為天然石墨層、人造石墨層、軟碳和硬碳的混合物。
[0008]所述超級電容器正極層和鋰離子電池正極層在卷繞或?qū)盈B中錯位相隔，從而實現(xiàn)了鋰離子動力電池在卷繞或?qū)盈B時結(jié)構(gòu)的一致性，保證了電池性能的一致性。
[0009]所述正極片、負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，特別是容量小圓柱電池生產(chǎn)設(shè)計的需要。
[0010]進一步地，所述正極片、負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力電池生產(chǎn)設(shè)計的需要。
[0011 ]進一步地，所述正極集流體層為鋁箔，鋁箔作為常規(guī)的正極集流體層，加工工藝成熟，便于正極材料涂布的調(diào)試和加工。
[0012]進一步地，所述隔膜為PE隔膜、PP隔膜或PE/PP復合隔膜，可以根據(jù)實際的電池類型選擇不同材質(zhì)和厚度的隔膜。
[0013]進一步地，所述負極片為三層復合結(jié)構(gòu)，所述負極片包括負極集流體層和涂覆在負極集流體層的負極材料層。負極片的結(jié)構(gòu)為常規(guī)結(jié)構(gòu)，可以直接利用現(xiàn)有工藝進行生產(chǎn)，提供生產(chǎn)的通用性，降低加工設(shè)計成本。
[0014]進一步地，所述電容型錳酸鋰動力鋰離子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)實的有機溶劑體系，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。
[0015]進一步地，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%。
[0016]本實用新型一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池，具有如下的有益效果:
[0017]第一、設(shè)備適用性強，通過把活性炭電極材料層和錳酸鋰正極材料層分別涂覆在正極集流體層的陰面和陽面形成電容型正極片，無需分別制備錳酸鋰正極片和錳酸鋰正極片，簡化了鋰離子動力電池卷繞或?qū)盈B的結(jié)構(gòu)，直接可以采用現(xiàn)有設(shè)備進行卷繞或者層疊，提高設(shè)備適用性；
[0018]第二、性能優(yōu)異，通過把活性炭電極材料層和錳酸鋰正極材料層分別涂覆在正極集流體層的陰面和陽面形成電容型正極片，活性炭電極材料層與錳酸鋰正極材料層分別與負極材料層新形成活性炭超級電容器和鋰離子電池，從而使電容型錳酸鋰動力鋰離子電池同時具有超級電容器功率密度高和鋰離子電池能量密度高的特點，功率的提升，可以形成溫度效應(yīng)，有效改善錳酸鋰動力鋰離子電池高溫性能較差的特點，同時，由于錳酸鋰也具有較好的倍率性能，在于活性炭超級電容器結(jié)合后，可以整體提升整個電容型錳酸鋰動力電池的性能，從而具有更好的引用前景；
[0019]第三、加工方便，通過把活性炭電極材料層和錳酸鋰正極材料層分別涂覆在正極集流體層的陰面和陽面形成電容型正極片，負極材料層采用天然石墨層、人造石墨層、軟碳和硬碳的混合物，無需分別進行單獨加工，無需專門進行加工設(shè)計，簡化加工過程；
[0020]第四、品質(zhì)穩(wěn)定性高，通過在超級電容器正極層、鋰離子電池正極層分別設(shè)置正極集流體層的陰面和陽面，打漿過程不會存在混合打漿帶來的品質(zhì)風險，而且負極片采用通用的設(shè)計也有效降低負極差異性帶來的品質(zhì)隱患；
[0021 ]第五、批量化生產(chǎn)效率高，由于卷繞或?qū)盈B加工的過程中只有一種電容型正極片，在卷繞或?qū)盈B上沒有使用不同正極極片的繁瑣操作，方便使用現(xiàn)有設(shè)備加工，加工熟練程度高，加工過程簡單，便于批量化生產(chǎn)；
[0022]第六、成本低廉，采用鋰離子電池的加工設(shè)備進行電容型錳酸鋰動力鋰離子電池，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，工藝操作流程簡化，批量化生產(chǎn)效率高，有效節(jié)約生成本。
【附圖說明】
[0023]附圖1為本實用新型一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池電容型正極片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]附圖2為本實用新型一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池方形層疊狀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]附圖3為本實用新型一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池圓柱狀卷繞結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]附圖4為本實用新型一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池負極片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]附圖中標記包括:1、正極片，2、負極片，3、隔膜，4、鋼殼，5、絕緣片，6、蓋帽，7、負極材料層，8、鋁塑膜，9、超級電容器正極層，10、正極集流體層，11、鋰離子電池正極層，12、負極集流體層。
【具體實施方式】
[0028]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型產(chǎn)品作進一步詳細的說明。
[0029]實施例1
[0030]如圖1所示，本實用新型公開了一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池，包括正極片1、負極片2和隔膜3，所述正極片1、負極片2和隔膜3相互間隔卷繞或?qū)盈B設(shè)計，所述隔膜3設(shè)置在正極片I和負極片2之間，所述正極片I為電容型正極片，所述電容型正極片為三層復合結(jié)構(gòu)，所述正極極片包括超級電容器正極層9、鋰離子電池正極層11和正極集流體層10，所述超級電容器正極層9和鋰離子電池正極層11分別涂覆在正極集流體層10的陰面和陽面，所述超級電容器正極層9為活性炭電極材料層，所述鋰離子電池正極層11為錳酸鋰正極材料層。所述超級電容器正極層9和鋰離子電池正極層11在卷繞或?qū)盈B中錯位相隔。所述正極集流體層10為鋁箔。所述隔膜3為PE隔膜、PP隔膜或PE/PP復合隔膜。所述負極材料層7為天然石墨層、人造石墨層、軟碳和硬碳的混合物。所述電容型錳酸鋰動力鋰離子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%ο
[0031]實施例2
[0032]如圖2所示，所述正極片1、負極片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錳酸鋰動力鋰離子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包覆負極片2和正極片I，負極片2和正極片I相互間隔，所述超級電容器正極層9和鋰離子電池正極層11在層疊中錯位相隔。所述電容型錳酸鋰動力鋰離子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%。
[0033]實施例3
[0034]如圖3所示，所述正極片1、負極片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錳酸鋰動力鋰離子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包覆負極片2和正極片I，負極片2和正極片I相互間隔，所述超級電容器正極層9和鋰離子電池正極層11在層疊中錯位相隔，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I連接，鋼殼4底部與負極片2連接。
[0035]實施例4
[0036]如圖4所示，所述負極片2為三層復合結(jié)構(gòu)，所述負極片2包括負極集流體層12和涂覆在負極集流體層12的負極材料層7，所述負極集流體層12為銅箔。
[0037]以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實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施本實用新型;但是，凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本實用新型技術(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、修飾與演變的等同變化，均為本實用新型的等效實施例；同時，凡依據(jù)本實用新型的實質(zhì)技術(shù)對以上實施例所作的任何等同變化的更動、修飾與演變等，均仍屬于本實用新型的技術(shù)方案的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種電容型錳酸鋰動力鋰離子電池，包括正極片(I)、負極片(2)和隔膜(3)，所述正極片(I)、負極片(2)和隔膜(3)相互間隔卷繞或?qū)盈B設(shè)計，所述隔膜(3)設(shè)置在正極片(I)和負極片(2)之間，其特征在于:所述正極片(I)為電容型正極片，所述電容型正極片為三層復合結(jié)構(gòu)，所述正極極片包括超級電容器正極層(9)、鋰離子電池正極層(11)和正極集流體層(10)，所述超級電容器正極層(9)和鋰離子電池正極層(11)分別涂覆在正極集流體層(10)的陰面和陽面，所述超級電容器正極層(9)為活性炭電極材料層，所述鋰離子電池正極層(11)為錳酸鋰正極材料層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容型錳酸鋰動力鋰離子電池，其特征在于:所述超級電容器正極層(9)和鋰離子電池正極層(11)在卷繞或?qū)盈B中錯位相隔。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容型錳酸鋰動力鋰離子電池，其特征在于:所述正極片(1)、負極片(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所述的電容型錳酸鋰動力鋰離子電池，其特征在于:所述正極片(1)、負極片(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所述的電容型錳酸鋰動力鋰離子電池，其特征在于:所述正極集流體層(10)為鋁箔。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容型錳酸鋰動力鋰離子電池，其特征在于:所述隔膜(3)為PE隔膜、PP隔膜或PE/PP復合隔膜。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電容型錳酸鋰動力鋰離子電池，其特征在于:所述負極片(2)為三層復合結(jié)構(gòu)，所述負極片(2)包括負極集流體層(12)和涂覆在負極集流體層(12)的負極材料層(7)。
【文檔編號】H01M4/583GK205429097SQ201520972481
【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