高能量高功率密度的鋰離子超級電容器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高能量高功率密度的鋰離子超級電容器，屬于鋰電池領域。
【背景技術】
[0002]隨著現代社會信息化和智能化的高速發展，以及環境污染和能源匱乏日漸嚴重，社會對儲能元件的容量和輸出功率要求越來越高。目前，鋰離子電池和電容器等被業界廣泛關注。鋰離子電池具有能量密度高、自放電率低等優點，但倍率性能不理想，功率密度較低。超級電容器雖然具有功率密度高、循環壽命長等優點，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，將鋰離子電池和雙電層電容器儲電原理結合的、被稱之為混合超級電容器的儲電裝置引人注目。混合超級電容器的兩極采用不同材料，一極是雙電層電極，另一極是贗電容電極，其中，贗電容電極材料為鋰離子電池電極材料的混合超級電容器又稱為鋰離子超級電容器。鎳鈷鋁酸鋰(NCA)是一種新的高能量密度的正極材料且成本相對較低，與其它正極材料相比較，NCA材料具有較高的比容量(> 190mAh/g)，近年來成為動力電池領域的研究熱點之一。若能夠使用鎳鈷鋁酸鋰材料匹配活性炭制備鋰離子超級電容器，使其具有高能量密度特性的同時具有高功率密度特性，勢必會在電動汽車上有廣闊的應用前景。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種高能量高功率密度的鋰離子超級電容器，使其兼具鋰離子電池的高能力密度特性和雙電層電容器的高功率密度特性。
[0005]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:
高能量高功率密度的鋰離子超級電容器，包括正極片、負極片、隔膜及電解液，所述正極片表面涂覆由正極活性物質、導電劑、分散劑及粘結劑組成的正極漿料;所述負極片表面涂覆由負極活性物質、導電劑及粘結劑組成的負極漿料，其特征是，正極活性物質為鎳鈷鋁酸鋰，導電劑為雙組份導電劑，如導電碳黑和石墨導電劑KS-15，分散劑為聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇，粘結劑為油性粘結劑聚偏氟乙烯;負極活性物質為活性炭，導電劑為導電碳黑或科琴黑，粘結劑為水性粘結劑，如丙烯酸酯或丙烯酸乳液。
[0006]作為優選，所述正極片涂覆層中各組分的質量百分比為:正極活性物質79?96.9%，導電劑2?10%，分散劑0.1?1%，粘結劑1?10%，所述負極片涂覆層中各組分的質量百分比為:正極活性物質活性炭80?95%，導電劑4?10%，粘結劑1?10%。
[0007]作為優選，正極漿料涂層雙面面密度為380?400g/ m2，壓實密度3.4?3.8 g/cm3。
[0008]作為優選，所述正極極片和負極片中活性物質質量比為0.25?1。
[0009]作為優選，所述電解液為5.0V高壓鋰離子電解液。
[0010]本發明的優點與效果是:本發明使用鎳鈷鋁酸鋰(NCA)作為鋰離子超級電容器的正極活性物質，鎳鈷鋁酸鋰是一種新的高能量密度的正極材料且成本相對較低，與其它正極材料相比較，鎳鈷鋁酸鋰材料具有較高的比容量(2 190mAh/g)，同時使用5.0V高壓電解液，使得鋰離子超級電容器電壓可以達到3.65V，較大的提高了鋰離子超級電容器的能量密度，使其兼具鋰離子電池的高能量密度特性和雙電層電容器的高功率密度特性。
【附圖說明】
[0011]圖1為實施例1中鋰離子超級電容器充放電曲線。
【具體實施方式】
[0012]高能量高功率密度的鋰離子超級電容器，包括正極片、負極片、隔膜及電解液，所述正極片表面涂覆由正極活性物質、導電劑、分散劑及粘結劑組成的正極漿料;所述負極片表面涂覆由負極活性物質、導電劑及粘結劑組成的負極漿料。
[0013]正極活性物質為鎳鈷鋁酸鋰，導電劑為雙組份導電劑導電碳黑和石墨導電劑KS-15，分散劑為聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇，粘結劑為油性粘結劑聚偏氟乙烯;負極活性物質為活性炭，導電劑為導電碳黑或科琴黑，粘結劑為水性粘結劑丙烯酸酯或丙烯酸乳液。
[0014]正極片涂覆層中各組分的質量百分比為:正極活性物質79?96.9%，導電劑2?10%，分散劑0.1?1%，粘結劑1?10%，所述負極片涂覆層中各組分的質量百分比為:正極活性物質活性炭80?95%，導電劑4?10%，粘結劑卜10%。正極漿料涂層雙面面密度為380?400g/ m2，壓實密度3.4-3.8g/cm3。正極極片和負極片中活性物質質量比為0.25-1。電解液為5.0V高壓鋰離子電解液。
[0015]實施例1
鋰離子超級電容器采用我司2.7V/10F導針型圓柱超級電容器用鋁殼(直徑12.5mm，高26.5mm)，該鋰離子超級電容器的正極片由91.9%正極活性物質鎳鈷鋁酸鋰，3%導電碳黑，2%石墨導電劑KS-15，0.1%分散劑聚乙烯吡咯烷酮和3%粘結劑聚偏氟乙烯組成，正極雙面面密度為390g/ m2，壓實密度為3.5 g/cm3;負極片由85%負極活性物質活性炭，7%導電劑碳黑，8%粘結劑丙烯酸酯或丙烯酸乳液組成，涂布負極片時，滿足正極片中活性物質與負極片中活性物質質量比為0.5。正負極片通過聚丙烯微孔隔膜隔離并卷繞形成卷芯，電解液為5.0V高壓鋰離子電解液，其他為我司10F圓柱超級電容器常規工藝技術。鋰離子超級電容器檢測時的電壓范圍為3.0V?3.65V。
[0016]圖1為鎳鈷鋁酸鋰/活性炭鋰離子超級電容器的充放電曲線圖(充放電電流為25mA)，容量為100F，較大提高了容量密度特性，同時保持了較高的功率密度特性。
[0017]實施例2
鋰離子超級電容器采用我司2.7V/10F導針型圓柱超級電容器用鋁殼(直徑12.5mm，高26.5mm)，該鋰離子超級電容器的正極片由91.7%正極活性物質鎳鈷鋁酸鋰，3%導電碳黑，2%石墨導電劑KS-15，0.3%分散劑聚乙烯吡咯烷酮和3%粘結劑聚偏氟乙烯組成，正極雙面面密度為390g/m2，壓實密度為3.5 g/cm3;負極片由85%負極活性物質活性炭，7%導電碳黑，8%粘結劑丙烯酸酯或丙烯酸乳液組成，涂布負極片時，滿足正極片中活性物質與負極片中活性物質質量比為0.5。正負極片通過聚丙烯微孔隔膜隔離并卷繞形成卷芯，電解液為5.0V高壓鋰離子電解液，其他為我司10F圓柱超級電容器常規工藝技術。鋰離子超級電容器檢測時的電壓范圍為3.0V?3.65V。
[0018]實施例3
鋰離子超級電容器采用我司2.7V/10F導針型圓柱超級電容器用鋁殼(直徑12.5mm，高26.5mm)，該鋰離子超級電容器的正極片由91.5%正極活性物質鎳鈷鋁酸鋰，3%導電碳導電碳黑，2%石墨導電劑KS-15，0.5%分散劑聚乙烯吡咯烷酮和3%粘結劑聚偏氟乙烯組成，正極雙面面密度為390g/ m2，壓實密度為3.5 g/cm3;負極片由85%負極活性物質活性炭，7%導電碳導電碳黑，8%粘結劑丙烯酸酯或丙烯酸乳液組成，涂布負極片時，滿足正極片中活性物質與負極片中活性物質質量比為0.5。正負極片通過聚丙烯微孔隔膜隔離并卷繞形成卷芯，電解液為5.0V高壓鋰離子電解液，其他為我司10F圓柱超級電容器常規工藝技術。鋰離子超級電容器檢測時的電壓范圍為3.0V~3.65V0
[0019]上述具體實施例中，正負極打漿均使用行星攪拌機，行星攪拌機使用廣州紅運混合設備有限公司產品，聚偏氟乙烯為美國Solef聚偏氟乙烯5130，活性炭、導電碳黑和石墨導電劑KS-15為匯普工業化學品有限公司生產，鎳鈷鋁酸鋰使用深圳天驕科技開發有限公司產品，電解液選用5.0V高壓電解液，為北京化學試劑研究所生產。
【主權項】
1.一種高能量高功率密度的鋰離子超級電容器，包括正極片、負極片、隔膜及電解液，所述正極片表面涂覆由正極活性物質、導電劑、分散劑及粘結劑組成的正極漿料;所述負極片表面涂覆由負極活性物質、導電劑及粘結劑組成的負極漿料，其特征是，正極活性物質為鎳鈷鋁酸鋰，導電劑為雙組份導電劑導電碳黑和石墨導電劑KS-15，分散劑為聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇，粘結劑為油性粘結劑聚偏氟乙烯;負極活性物質為活性炭，導電劑為導電碳黑或科琴黑，粘結劑為水性粘結劑丙烯酸酯或丙烯酸乳液。2.根據權利要求1所述的高能量高功率密度的鋰離子超級電容器，其特征在于，所述正極片涂覆層中各組分的質量百分比為:正極活性物質79?96.9%，導電劑2?10%，分散劑0.1?1%，粘結劑1?10%，所述負極片涂覆層中各組分的質量百分比為:正極活性物質活性炭80?95%，導電劑4?10%，粘結劑1?10%。3.根據權利要求2所述的高能量高功率密度的鋰離子超級電容器，其特征是，正極漿料涂層雙面面密度為380?400g/ m2，壓實密度3.4?3.8 g/cm3。4.根據權利要求3所述的高能量高功率密度的鋰離子超級電容器，其特征是，所述正極極片和負極片中活性物質質量比為0.25-1。5.根據權利要求1-4任一所述的高能量高功率密度的鋰離子超級電容器，其特征是，所述電解液為5.0V高壓鋰離子電解液。
【專利摘要】本發明涉及一種高能量高功率密度的鋰離子超級電容器，屬于鋰電池領域。本發明采用的技術方案是：高能量高功率密度的鋰離子超級電容器，包括正極片、負極片、隔膜及電解液，所述正極片表面涂覆由正極活性物質、導電劑、分散劑及粘結劑組成的正極漿料；所述負極片表面涂覆由負極活性物質、導電劑及粘結劑組成的負極漿料，其特征是，正極活性物質為鎳鈷鋁酸鋰，導電劑為雙組份導電劑，如導電炭黑和石墨導電劑KS-15，分散劑為聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇，粘結劑為油性粘結劑聚偏氟乙烯；負極活性物質為活性炭，導電劑為導電炭黑或科琴黑，粘結劑為水性粘結劑，如丙烯酸酯或丙烯酸乳液。
【IPC分類】H01G11/46, H01G11/30, H01G11/50
【公開號】CN105489391
【申請號】CN201510940239
【發明人】關成善, 宗繼月, 葛衫, 王勇, 張敬捧
【申請人】山東精工電子科技有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月16日