一種電容型磷酸鐵鋰鋰離子電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種電容型磷酸鐵鋰鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代社會(huì)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(yán)重，社會(huì)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(dāng)前研究熱點(diǎn)。鋰離子電池具有能量密度高、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)，電池正極材料和電解液不穩(wěn)定、易氧化，負(fù)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(diǎn)，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(fù)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(shí)具有鋰離子電池高能量密度和電容器高公路的特點(diǎn)，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(fù)極活性材料容量百分比的50.0?95.0%，嚴(yán)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(fù)極材料、活性炭加入正極材料中，在加工過程在正極和負(fù)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(fù)極打漿過程造成諸多不確定因素，產(chǎn)品品質(zhì)嚴(yán)重依賴于混漿的均勻性，品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)過高。
[0004]與此同時(shí)，磷酸鐵鋰應(yīng)用作為鋰離子電池正極的材料，具有安全性能優(yōu)異、循環(huán)壽命長、高溫性能好、環(huán)保等特點(diǎn)，但是也存在諸如低溫性能差、振實(shí)密度小、電壓平臺(tái)過低造成功率密度偏低的特點(diǎn)，直接限制了磷酸鐵鋰在鋰離子電池的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種電容型磷酸鐵鋰鋰離子電池，具有設(shè)備適用性強(qiáng)、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(diǎn)。
[0006]本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明公開了一種電容型磷酸鐵鋰鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片和隔膜，所述正極片、負(fù)極片和隔膜相互間隔卷繞或?qū)盈B設(shè)計(jì)，所述隔膜設(shè)置在正極片和負(fù)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(fù)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磷酸鐵鋰正極材料層，所述負(fù)極材料層為天然石墨、人造石墨、軟碳和硬碳的混合物，所述軟碳和硬碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為混合物的50-95%。
[0007]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(cuò)位相隔，從而實(shí)現(xiàn)了鋰離子動(dòng)力電池在卷繞或?qū)盈B時(shí)結(jié)構(gòu)的一致性，保證了電池性能的一致性。
[0008]所述正極片、負(fù)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(jì)的需要。
[0009]進(jìn)一步地，所述正極片、負(fù)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(dòng)力電池生產(chǎn)設(shè)計(jì)的需要。
[0010]進(jìn)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，加工工藝成熟，便于正極材料涂布的調(diào)試和加工。
[0011]進(jìn)一步地，所述隔膜為PE隔膜、PP隔膜或PE/PP復(fù)合隔膜，可以根據(jù)實(shí)際的電池類型選擇不同材質(zhì)和厚度的隔膜。
[0012]進(jìn)一步地，所述負(fù)極片為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體層和涂覆在負(fù)極集流體層的負(fù)極材料層。負(fù)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(jìn)行生產(chǎn)，提供生產(chǎn)的通用性，降低加工設(shè)計(jì)成本。
[0013]進(jìn)一步地，所述電容型磷酸鐵鋰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(shí)的有機(jī)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。
[0014]進(jìn)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1，3_丙烷磺內(nèi)酯(AS)、鄰苯二甲酸酐(PA)，其濃度為0.5?3.0%。
[0015]本發(fā)明一種電容型磷酸鐵鋰鋰離子電池，具有如下的有益效果:
第一、設(shè)備適用性強(qiáng)，通過把活性炭電極材料層和磷酸鐵鋰正極材料層分別涂覆在正極集流體的陰面和陽面形成電容型正極片，無需分別制備磷酸鐵鋰正極片和磷酸鐵鋰正極片，簡化了鋰離子動(dòng)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(jìn)行卷繞或者層疊，提高設(shè)備適用性；
第二、性能優(yōu)異，通過把活性炭電極材料層和磷酸鐵鋰正極材料層分別涂覆在正極集流體的陰面和陽面形成電容型正極片，活性炭電極材料層與磷酸鐵鋰正極材料層分別與負(fù)極材料層新形成活性炭超級電容器和鋰離子電池，從而使電容型磷酸鐵鋰鋰離子電池同時(shí)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(diǎn)，功率的提升，可以形成溫度效應(yīng)，有效改善磷酸鐵鋰鋰離子電池低溫性能較差的特點(diǎn)，對于磷酸鐵鋰鋰離子電池的高溫性能也是促進(jìn)作用；
第三、加工方便，通過把活性炭電極材料層和磷酸鐵鋰正極材料層分別涂覆在正極集流體的陰面和陽面形成電容型正極片，負(fù)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(jìn)行單獨(dú)加工，無需專門進(jìn)行加工設(shè)計(jì)，簡化加工過程；
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(huì)存在混合打漿帶來的品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，而且負(fù)極片采用通用的設(shè)計(jì)也有效降低負(fù)極差異性帶來的品質(zhì)隱患；
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)；
第六、成本低廉，采用鋰離子電池的加工設(shè)備進(jìn)行電容型磷酸鐵鋰鋰離子電池，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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】
[0016]附圖1為本發(fā)明一種電容型磷酸鐵鋰鋰離子電池電容型正極片結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為本發(fā)明一種電容型磷酸鐵鋰鋰離子電池方形層疊狀結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖3為本發(fā)明一種電容型磷酸鐵鋰鋰離子電池圓柱狀卷繞結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖4為本發(fā)明一種電容型磷酸鐵鋰鋰離子電池負(fù)極片結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖中標(biāo)記包括:1、正極片，2、負(fù)極片，3、隔膜，4、鋼殼，5、絕緣片，6、蓋帽，7、負(fù)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(fù)極集流體層。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明產(chǎn)品作進(jìn)