一种负极极片及其制备方法和基于其的锂离子电容器技术

本方案公开了电容器领域的一种负极极片，包括负极集流体和依次包覆在负极集流体上的第一活性物质层和第二活性物质层，第一活性物质层包括第一活性物质，第二活性物质层包括第二活性物质；所述第一活性物质为软碳、硬碳、石墨、硅碳材料中的至少一种；所述第二活性物质为石墨烯、活性碳、泡沫碳、碳气凝胶中的至少一种。本方案通过第一活性物质层和第二活性物质层的结合，能有效缓解高功率下电解液传输压力，减少极化内阻，并减少因电解液不足造成的循环衰减。循环衰减。

【技术实现步骤摘要】
一种负极极片及其制备方法和基于其的锂离子电容器


[0001]本专利技术属于锂离子电容器领域，特别涉及一种负极极片及其制备方法和基于其的锂离子电容器。

技术介绍

[0002]锂离子电池和超级电容器是储能原理不同、各有特点的两类代表性储能器件。锂电池能量密度高，但功率密度偏低，而超级电容器功率密度高但能量密度过低。超越上述两类储能器件的储能极限，发展兼具高能量密度和高功率密度储能器件，是化学储能领域极具挑战的难题。从技术原理来说，锂离子电池与超级电容器充放电机理不同，如何合理设计将两种合理融合，从而得到一种新型的锂离子电容器，是研究热点及行业难题。
[0003]如申请号为CN201910518641.9的专利提出一种复合负极极片及其制备方法，它是在传统的石墨负极涂层中涂覆一层钛酸锂材料，该材料通过钛酸锂抑制常规石墨负极在不断充放电过程中的SEI不断分解生成造成活性锂的损失，从而可以略微提高电池的循环寿命。但是，该负极极片由于两种材料均为锂电负极材料，主要发挥材料的电池性特性，因此无法突破锂离子电池充放电过程的具有动力学性能极限。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种负极极片，以提高其动力学性能、质量比能量和大倍率充放电循环性能。
[0005]本方案中的一种负极极片，包括负极集流体和依次包覆在负极集流体上的第一活性物质层和第二活性物质层，第一活性物质层包括第一活性物质，第二活性物质层包括第二活性物质；所述第一活性物质为软碳、硬碳、石墨、硅碳材料中的至少一种；所述第二活性物质为石墨烯、活性碳、泡沫碳、碳气凝胶中的至少一种。
[0006]本方案的有益效果：本方案中的第一活性物质具有高克比容量，使负极极片具有电池特性，可以提高较大表面积粘附面，减少粘结剂用量。而第二活性物质具有较高电容特性，能快速吸附锂离子，且具有较高电解液吸附能力。通过第一活性物质层和第二活性物质层的结合，能有效缓解高功率下电解液传输压力，减少极化内阻，并减少因电解液不足造成的循环衰减。
[0007]进一步，所述第一活性物质D
90
小于10μm。
[0008]进一步，所述第二活性物质D
90
小于10μm，比表面积大于200m2/g。
[0009]进一步，所述第一活性物质和第二活性物质的厚度分别为d1和d2；第一活性物质的D
90
＜d1，第二活性物质的D
90
＜d2。
[0010]本申请还提供了上述负极极片的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤一、准备第一活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂；将增稠剂溶于去离子水中，加入第一活性物质和导电剂进行捏合，捏合至细度为第一活性物质粒径D
90
，加入粘结剂，过筛得负极浆料A；
[0012]步骤二、准备第二活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂；将增稠剂溶于去离子水中，加入第二活性物质和导电剂进行捏合，捏合至细度为第二活性物质粒径D90，加入粘结剂，过筛得负极浆料B；
[0013]步骤三、将浆料A涂覆于铜箔上，烘干得到第一活性物质层，然后在第一活性物质层的表面涂覆浆料B，烘干得到第二活性物质层；将第二活性物质层两次辊压到指定厚度，首次辊压率为85～99％,第二次辊压率为50～95％；然后分切得到负极极片。
[0014]进一步，所述第一活性物质层涂覆的厚度为5～100μm，所述第二活性物质层涂覆的厚度为5～100μm。
[0015]进一步，所述第一活性物质、导电剂、粘接剂和增稠剂的质量比为85～98：0～5:0.5～8:0.5～8；所述第二活性物质、导电剂、粘接剂和增稠剂的质量比为85～98：0～5:0.5～8:0.5～8。
[0016]进一步，所述导电剂为导电碳黑、导电石墨、乙炔黑、科琴黑、纳米碳纤维、碳纳米管中的一种或多种组合，所述粘结剂为SBR、HPMC、PTFE、PEO或PVA中的一种或多种组合，所述增稠剂为羟甲基纤维素钠(CMC)、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠中的一种或多种组合。
[0017]本方案的优点在于：合理协同具有电池特性的第一次活性物质层和高电容特性的第二活性物质层，第二活性物质具有高孔比表面积特性，因此压实密度低，具有较高的电解液吸附量，能有效缓解高功率下电解液传输压力，减少极化内阻，并减少因电解液不足造成的循环衰减。使制备锂离子电容器具有电池和电容双层特性，且具有高比能及高动力学及高循环性能特点。
[0018]基于负极极片，本申请还提供了一种包含上述负极极片的锂离子电容器。
具体实施方式
[0019]下面对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，但本专利技术并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本专利技术权利要求所要求保护的范围。
[0020]实施案例1～3和对比案例的1～2锂离子电容器按照下述方法进行制备
[0021](1)正极极片制备
[0022]将正极活性材料LiCO2、导电剂SP、粘结剂PVDF按质量比90:5：5进行混合，加入溶剂NMP，在双行星搅拌机下搅拌，过筛得均匀正极浆料，涂覆、真空干燥、辊压、分切得正极极片。
[0023](2)负极极片制备
[0024]i单层电池型活性物质层负极极片的制备(对比例1负极极片按照单层电池型活性物质层负极极片制备)
[0025]参照表1的配比制备对比例1的负极极片：
[0026]按质量比为95:1:2:2准备第一活性物质、导电剂SP、粘结剂SBR和增稠剂CMC，将CMC溶于去离子水中，加入第一活性物质和导电剂SP捏合至浆料细度至第一活性物质粒径D
90
，加入粘结剂SBR，过筛得均匀不团聚负极浆料，涂覆、真空干燥，一次辊压到指定厚度，分切得到负极极片。
[0027]ii单层电容型活性物质层负极极片的制备(对比例2负极极片按照单层电池容型
活性物质层负极极片的制备)
[0028]参照表1的配比制备对比例2的负极极片：
[0029]按质量比为89:1:5:5准备第二活性物质、导电剂SP、粘结剂SBR、增稠剂CMC,按质量比进行混合，将CMC溶于去离子水体系，加入第二活性物质和导电剂SP捏合捏合至浆料细度至第二活性物质D
90
，加入粘结剂SBR，过筛得均匀不团聚负极浆料，涂覆、真空干燥，一次辊压到指定厚度，分切得到负极极片。
[0030]iii双层活性物质层负极极片的制备(实施例1～3负极极片按照双层活性物质层负极极片的制备)
[0031]参照表1的配比制备对实施例1～3的负极极片：
[0032]按照质量比为93:1:3:3准备第一活性物质、导电剂SP、粘结剂SBR和增稠剂CMC,将CMC溶于去离子水中,CMC与去离子水质量比为1:40，加入第一活性物质和导电剂SP捏合至浆料细度至第一活性物质D
90
，加入粘结剂SBR，过筛得均匀不团聚负极浆料A。
[0033]按照本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极极片，其特征在于：包括负极集流体和依次包覆在负极集流体上的第一活性物质层和第二活性物质层，第一活性物质层包括第一活性物质，第二活性物质层包括第二活性物质；所述第一活性物质为软碳、硬碳、石墨、硅碳材料中的至少一种；所述第二活性物质为石墨烯、活性碳、泡沫碳、碳气凝胶中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种负极极片，其特征在于：所述第一活性物质D
90
小于10μm。3.根据权利要求2所述的一种负极极片，其特征在于：所述第二活性物质D
90
小于10μm，比表面积大于200m2/g。4.根据权利要求3所述的一种负极极片，其特征在于：所述第一活性物质和第二活性物质的厚度分别为d1和d2；第一活性物质的D
90
＜d1，第二活性物质的D
90
＜d2。5.根据权利要求4所述的一种负极极片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、准备第一活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂；将增稠剂溶于去离子水中，加入第一活性物质和导电剂进行捏合，捏合至细度为第一活性物质粒径D
90
，加入粘结剂，过筛得负极浆料A；步骤二、准备第二活性物质、导电剂、粘结剂和增稠剂；将增稠剂溶于去离子水中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐月娇，班宵汉，补佳奇，刘富亮，刘江涛，陈晓涛，袁再芳，向斌，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：