一種（lmo-ncm-ac）/（lto-ac）混合電池電容電極材料及電極片的制作方法
【專利說明】一種(LMO-NCM-AC)/(LTO-AC)混合電池電容電極材料及電極片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種電池電容電極材料及電極片，尤其涉及一種(LM0-NCM-AC)/(LT0-AC)混合電池電容電極材料及電極片，屬于新能源儲(chǔ)能器件領(lǐng)域。
[0002]本發(fā)明中下列表達(dá)式的意義為:
[0003]LMOiLiMn2O4
[0004]NCM:Li[N1-Co-MnJO2
[0005]LTOiLi4Ti5Oi2
[0006]AC:活性碳
【背景技術(shù)】
[0007]鋰離子混合超級(jí)電容器即電池電容兼具鋰離子電池和超級(jí)電容器的雙重特性，它比常規(guī)超級(jí)電容器的能量密度大，比鋰離子電池功率密度高，壽命長(zhǎng)，安全性高，有望應(yīng)用于電動(dòng)汽車、電氣設(shè)備、軍事和航空航天設(shè)施等高能量大功率型電子產(chǎn)品領(lǐng)域。
[0008]尖晶石Li4Ti5O12(LTO)理論比容量為177mAh/g，在鋰離子脫嵌過程中幾乎為零應(yīng)變材料，在鋰離子電池中表現(xiàn)出極好的循環(huán)性能和倍率性能。但因平均鋰脫嵌電位較高(1.55V vs.Li/Li+)，需要選擇高電位的正極材料匹配，相對(duì)于其他負(fù)極材料并沒有表現(xiàn)出太多的能量密度優(yōu)勢(shì)，因此限制其作為商用鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用。LiMn2O4(LMO)材料電極電位高、廉價(jià)易得、容易制備且無毒，是理想的鈦酸鋰電池正極材料。但是LiMn2O4由于Jahn-Teller效應(yīng)和錳溶解致使電池循環(huán)壽命短、高溫性能差且比容量偏低，一般可逆容量只有110mAh/g。而層狀鎳鈷錳三元材料的容量較高且循環(huán)性能好，三元層狀結(jié)構(gòu)的Li[N1-Co-Mn ] O2 (NCM)理論比容量高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定性好、循環(huán)性能佳、電子傳導(dǎo)率高、成本低，但倍率性能有待改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提出了一種大容量、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全廉價(jià)的(LMO-NCM-AC) / (LTO-AC)混合電池電容電極材料。
[0010]本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種(LM0-NCM-AC)/(LT0-AC)混合電池電容電極材料，包括正極材料和負(fù)極材料(正極材料和負(fù)極材料為將正極漿料和負(fù)極漿料烘干后剩下的物質(zhì))，正極材料包括以下質(zhì)量百分比成分:AC:4-6%，粘結(jié)劑:5-8%，導(dǎo)電劑:3-10 %，LMO-NCM:余量。
[0011 ]本發(fā)明為了滿足不同電器的需要，采用以LM0-NCM、AC的混合物作為電池電容正極材料，利用性能互補(bǔ)的LM0、NCM等正極材料進(jìn)行物理混合，改進(jìn)其倍率性能及過充安全性能，并應(yīng)用于本發(fā)明電池電容中獲得了良好的效果。本發(fā)明正極材料的混合不同于化學(xué)包覆，其制備過程不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，僅僅是物理過程，物理混合不僅能降低成本，還能改善材料單一性能。從而制作出具有大容量、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全廉價(jià)的(LM0-NCM-AC)/(LT0-AC)混合電池電容。
[0012]作為優(yōu)選，LMO和NCM的質(zhì)量比為(0.1-9):1。本發(fā)明通過改變LMO和NCM的質(zhì)量比來控制正極理論容量。
[0013]在上述的一種(LMO-NCM-AC)/(LTO-AC)混合電池電容電極材料中，負(fù)極材料包括以下質(zhì)量百分比成分:AC:3-8%、粘結(jié)劑:5-8%、導(dǎo)電劑:3-10%，LT0:余量。
[0014]在上述的一種(LMO-NCM-AC) / (LTO-AC)混合電池電容電極材料中，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨、碳納米管中的一種或多種。
[0015]在上述的一種(LMO-NCM-AC)/(LTO-AC)混合電池電容電極材料中，粘結(jié)劑為水系粘結(jié)劑。
[0016]本發(fā)明粘結(jié)劑的粘結(jié)性好、安全、成本低、不僅能包覆在活性物質(zhì)LMO-NCM、LTO和導(dǎo)電劑表面，形成彈性空間，可以適應(yīng)電極充放電過程中的體積變化，同時(shí)還能提高漿料分散性，幫助活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑之間構(gòu)建良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，且在有機(jī)溶劑中穩(wěn)定存在，能有效提高電池電容的能量密度和功率密度。
[0017]在上述的一種(LMO-NCM-AC)/(LTO-AC)混合電池電容電極材料中，水系粘結(jié)劑為L(zhǎng)Al 32、PEO、PEG、PAAS、明膠中的一種或多種。
[0018]作為優(yōu)選，PEO的相對(duì)分子質(zhì)量為15-1O7，
[0019]作為優(yōu)選，PEG為 PEG-200、PEG-400、PEG-6000、PEG-8000、PEG-10000、PEG-20000 中的一種或多種。
[0020]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供上述(LMO-NCM-AC) / (LTO-AC)混合電池電容的電極片，包括正極片和負(fù)極片，正極片包括集流體和形成于集流體表面的正極材料。
[0021 ] 在上述的一種(LMO-NCM-AC)/ (LTO-AC)混合電池電容電極片中，負(fù)極片包括集流體和形成于集流體表面的負(fù)極材料。
[0022]作為優(yōu)選，集流體為鋁箔、銅箔中的一種。
[0023]在上述的一種(LMO-NCM-AC)/(LTO-AC)混合電池電容電極片中，電極片的制備方法為:按正極材料和負(fù)極材料的組成成分及其質(zhì)量百分比配比原料，并分別溶于純水中配制成正極漿料和負(fù)極漿料，然后分別形成于集流體上，并經(jīng)過烘烤，輥壓，得到正極片和負(fù)極片。
[0024]在上述的一種(LMO-NCM-AC) / (LTO-AC)混合電池電容電極片中，集流體上正極材料的厚度為90-150μπι。
[0025]在上述的一種(LM0-NCM-AC)/(LT0-AC)混合電池電容電極片中，集流體上負(fù)極材料的厚度為90-150μπι。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
[0027]1.本發(fā)明采用以LMO-NCM、AC的混合物作為電池電容正極材料，利用性能互補(bǔ)的LM0、NCM等正極材料進(jìn)行物理混合，改進(jìn)其倍率性能及過充安全性能，并應(yīng)用于本發(fā)明電池電容中獲得了良好的效果。
[0028]2.本發(fā)明正極材料經(jīng)物理混合而成，不僅能降低成本，還能改善材料單一性能。
[0029 ] 3.本發(fā)明正極材料和負(fù)極材料中的粘結(jié)劑的粘結(jié)性好、安全、成本低、不僅能包覆在活性物質(zhì)LM0-NCM、LT0和導(dǎo)電劑表面，形成彈性空間，可以適應(yīng)電極充放電過程中的體積變化，同時(shí)還能提高漿料分散性，幫助活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑之間構(gòu)建良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，且在有機(jī)溶劑中穩(wěn)定存在，能有效提高電池電容的能量密度和功率密度。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
[0031]實(shí)施例1:
[0032]將83 %的LMO-NCM (LM0和NCM的質(zhì)量比為5:5),4%的活性炭、4%的導(dǎo)電炭黑、2%的碳納米管、7%的LAl32溶于純水中，進(jìn)行高速攪拌2h，攪拌速度為6000r/min，制成正極楽料。然后使用涂覆設(shè)備將正極漿料均勻涂覆于集流體鋁箔的兩面，并經(jīng)過干燥、輥壓后經(jīng)分切得到正極片，其中，正極材料的單面厚度為117μπι。
[0033]將83%的LT0、4%的活性炭、4%的導(dǎo)電炭黑、2%的碳納米管、7%的LA132溶于純水中，進(jìn)行高速攪拌2h，攪拌速度為6000r/min，制成負(fù)極漿料。然后使用涂覆設(shè)備將負(fù)極漿料均勻涂覆于集流體鋁箔的兩面，并經(jīng)過干燥、輥壓后經(jīng)分切得到負(fù)極片，其中，負(fù)極材料的單面厚度為107μπι。
[0034]然后將制成的正、負(fù)極片依次通過疊片的方法組裝成“Ζ”形電芯，并在真空150°C條件下干燥24h。最后在手套箱內(nèi)將電芯封裝于鋁塑膜中，封裝、注入電解液后、靜置24h后進(jìn)行化成分容得到(LMO-NCM-AC) /(LTO-AC)混合電池電容。測(cè)試其在0.5C倍率下(IC =13011^11/^)放比容量達(dá)為121.5mAh/g。
[0035]實(shí)施例2:
[0036]將80 %的LM0-NCM(LM0和NCM的質(zhì)量比為3:7),6%的活性炭、4%的導(dǎo)電石墨、3%的碳納米管、2%的LA132、3.5 %的明膠溶于純水中，進(jìn)行高速攪拌Ih，攪拌速度為6000r/min，再加入1.5 %的PAAS進(jìn)行高速攪拌時(shí)間Ih，制成正極漿料。然后使用涂覆設(shè)備將正極漿料均勻涂覆于集流體鋁箔的兩面，并經(jīng)過干燥、輥壓后經(jīng)分切得到正極片，其中，正極材料的單面厚度為117μπι。
[0037]將80%的LT0、6%的活性炭、4%的導(dǎo)電石墨、3%的碳納米管、2%的LA132、3.5%的明膠溶于純水