一种正极极片及其制备方法和扣式锂离子电容器技术

本发明专利技术涉及一种正极极片及其制备方法和扣式锂离子电容器，属于锂离子电容器技术领域。本发明专利技术所述正极极片包括以下重量份的组分：聚偏氟乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种正极极片及其制备方法和扣式锂离子电容器


[0001]本专利技术属于锂离子电容器
，具体涉及一种正极极片及其制备方法和扣式锂离子电容器。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、自放电小的优势，根据外形结构，可分为圆柱形、方形、纽扣形。由于扣式锂离子电池质量轻、体积小，直径一般为4.8～30mm，厚度为1.0～7.7mm，更能满足小型化电子产品的需求，被广泛应用于电脑主板、电子手表、钟表、电动玩具、蓝牙耳机、IC卡、遥控器等产品中。然而，扣式锂离子电池的功率密度低(50～200W/kg)、循环使用次数少(500～3000次)、充电时间长、安全性差(存在潜在的热失控风险)，严重限制了其应用。
[0003]超级电容器是一种新型储能器件，具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽和绿色环保的特点。扣式双电层超级电容器主要用作RTC(实时时钟)和仪器仪表等产品的后备电源。但是，扣式双电层超级电容器的能量密度低、容量小，即使循环使用寿命长(50～100万次)、功率密度高(1000～4000W/kg)，可以实现免维护、免更换，但在高能量应用领域受到限制。因此，需要开发出一种长寿命、高安全性、高能量密度和高功率密度兼具的扣式储能器件。
[0004]锂离子电容器属于一种混合型锂离子超级电容器，兼具双电层电容器和锂离子电池的独特优势，具有高安全性、长寿命(5～10万次)、高功率密度(200～1000W/kg)、高能量密度的优点。相较于扣式锂离子电池，扣式锂离子电容器具有更高的功率密度、更短的充放电时间、更长的循环使用寿命和更宽的工作温度。相较于扣式双电层超级电容器，扣式锂离子电容器具有更高的工作电压，更低的自放电和更高的容量。但是，扣式锂离子电容器的能量密度(10～40Wh/kg)远低于扣式锂离子电池(～150Wh/kg)，同体积的锂离子电容器容量远低于锂离子电池。并且，金属集流体箔价格昂贵，尤其是负极铜箔价格较高，严重阻碍了扣式锂离子电容器的发展。
[0005]专利CN109148823B采用湿法涂布方式制作的正极厚度为80～125μm，负极厚度为85～135μm，且材料能量密度有限。因此，若使用此方法制作正负极片，无法实现高容量扣式锂离子电容器的制作。申请CN 111668447A将活性物质与导电碳混合球磨，得到的干粉使用压片机直接压片制作出无金属集流体扣式超级电容器/锂电池正负极片。但是，由于没有粘结剂粘接材料颗粒，导致极片的延展性差，极片厚度(2～4mm)受限于材料的压实密度，所得极片厚度过大，内阻较高。并且，球磨可能会破坏三元材料的晶体结构，严重影响器件寿命。因此，若使用此方法制作正负极片，无法得到循环性能稳定、容量较高的扣式锂离子电容器。申请CN 115938819A提出一种独特的扣式超级电容器极片制备方法，能够得到厚度适中(0.6～0.8mm)的电极片。但是，此申请需要采用气流粉碎机混合材料，涂覆石墨烯导电层提升极片导电性，制备过程复杂且成本较高。因此，此方法不适用于制作扣式锂离子电容器。
[0006]通常，常规的扣式双电层超级电容器制作方法主要有四步：(1)将活性炭、导电剂、
粘结剂等，在少量乙醇或水的辅助下，使用干粉搅拌机混合成泥状；(2)在辊压机上进行轧制，将压成的片冲成大小合适的圆形极片；(3)将正负极片利用导电胶分别固定在正负极壳内侧，放入真空干燥箱进行烘烤；(4)按照正极片、隔膜、负极片的顺序组装，并注入电解液，封装成扣式超级电容器。若使用此常规方法制作扣式锂离子电容器，所得极片厚度远高于湿法涂布极片，有利于增加电极材料的负载量，提升扣式锂离子电容器的容量，而且能够制作出无金属集流体极片，降低生产成本。
[0007]但是，此方法制作的扣式锂离子电容器极片因没有集流体、厚度较厚等原因，存在内阻较大，尤其是大电流放电时，由内阻引起的电压降较大，极片过厚还会导致电荷传递速度慢，产生极化现象，影响电容器的正常运行，从而影响器件的容量发挥率和寿命。另外，锂离子电容器的正负极片是完全不同的，此常规方法不适用于锂离子电容器正极极片制作，主要因为：(1)镍钴锰酸锂等三元材料的粉末较细、易吸水、比表面积较大，导致除水困难。使用少量水辅助混合时，因高镍材料表面呈碱性而易溶于水，导致镍钴锰酸锂型极片性能差，制作的锂离子电池或电容器容量偏低且衰减严重。因此，镍钴锰酸锂不能使用PTFE乳液、SBR乳液等水系粘结剂；(2)采用PVDF或其聚合物等油系粘结剂时，能够使用少量的乙醇辅助混合，但因PVDF或其聚合物不溶于乙醇，导致粘结剂无法均匀分散，正极混合物泥浆难以压成型，很难得到表面均匀且光滑的正极极片。因此，若要使用常规扣式双电层超级电容器制作方法制作扣式锂离子电容器，必须解决内阻和正极极片制作问题，才有望得到高容量、循环性能稳定的扣式锂离子电容器。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种厚度较薄且活性材料高负载量的正极极片，以及由其制备的扣式锂离子电容器具有循环寿命长、免维护、使用温度范围较宽且导电性能优异。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种正极极片，包括以下重量份的组分：聚偏氟乙烯
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六氟丙烯8～10份、super
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P 8～12份、活性炭4～6份、正极活性材料74～78份。
[0011]本专利技术的专利技术人研究发现，本专利技术通过调控正极极片中各组分的配比，采用聚偏氟乙烯
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六氟丙烯(PVDF
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HFP)作为粘结剂、super
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P作为导电碳，能够制备得到导电性能优异且活性材料具有高负载量的正极极片，从而使得扣式锂离子电容器具有高容量、低内阻、高充放电效率和优异的循环稳定性。与传统的聚偏氟乙烯(PVDF)相比，本专利技术所述扣式锂离子电容器采用PVDF
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HFP作为粘结剂具有更高的疏水性和更优异的化学稳定性，同时还有较好的热稳定性、耐酸碱腐蚀性、耐氧化和耐辐射等性能，能够有效减少正极活性材料的吸水量，从而提高电容器的性能，能够制备得到具有容量较高和循环稳定性较好的锂离子电容器。同时，本专利技术通过采用密度更大的super
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P作为导电碳，通过调整其在正极材料中的加入量，与其它导电碳相比，super
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P在相同的质量下所占体积更小，能有效提高极片的本征电导率和降低极片的厚度和面积，降低扣式锂离子电容器的内阻，制备得到导电性能较好且体积占比较小的正极极片，且本专利技术采用的super
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P更容易混合均匀，有效降低正极极片的加工难度。
[0012]作为本专利技术所述正极极片的优选实施方式，所述正极极片厚度为0.6～0.8mm。
[0013]本专利技术的专利技术人研究发现，与传统正极极片制备的扣式双电层超级电容器相比，本专利技术所述扣式锂离子电容器通过调控正极极片的配方，使得正极极片的厚度为0.6～0.8mm，且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极极片，其特征在于，包括以下重量份的组分：聚偏氟乙烯
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六氟丙烯8～10份、super
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P 8～12份、活性炭4～6份、正极活性材料74～78份。2.如权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述正极极片的厚度为0.6～0.8mm。3.如权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯中，六氟丙烯的质量百分含量为8～20％。4.如权利要求1所述的正极极片，其特征在于，还包括N
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甲基吡咯烷酮；所述N
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甲基吡咯烷酮的重量份为30.8～40份。5.如权利要求4所述的正极极片，其特征在于，还包括乙醇；以正极活性材料、活性炭、super
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P和聚偏氟乙烯
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六氟丙烯为固体组分A计，所述乙醇与固体组分A的质量比为乙醇：固体组分A＝(1～8)：(99.99～104)。6.如权利要求5所述的正极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娟，黄桂远，农剑，赵勇刚，胡永清，
申请(专利权)人：广东风华超容科技有限公司，
类型：发明
国别省市：