[发明专利]一种电极材料及包括该材料制作的电极以及包括该电极制作的电化学储能器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用新材料制作、具有新结构的电化学储能器件，可以用作电池，也可以用作不对称电容。

背景技术

目前，市场上电池的种类很多，用途广泛。但现有可反复充放电的电池其问题也很突出：常温下，高倍率反复充电严重损失寿命，不能快速充电；低温下充放电库仑效率很低，经历低温循环后，其容量和快速充放电能力都不能恢复到原来的水平。正、负电极和安全阀设置在同一个平面上，高功率使用时，存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提出一种电极材料、及包括该材料制作的电极、以及包括该电极制作的电化学储能器件和用途。本发明采用纳米管、纳米线和纳米颗粒材料制作的正、负电极组成的电化学储能器件，能有效解决上述技术问题，具有低温下可高倍率反复充放电和高功率的技术特性。

本发明的技术解决方案是：

一种电极材料，该材料用下述方法制备：

(1.1)将钛白粉在碱液中进行超声波处理，加热，洗涤中和到偏酸性，放置6-9小时，真空干燥得产物1；

(1.2)将产物1在空气中热处理得产物2；将产物1与有机小分子物质交换浸渍数次，真空干燥，在空气中热处理得产物3；将产物3在氢氧化锂溶液中加热，洗涤，真空干燥，在空气中热处理得产物4；将产物1在氢氧化锂溶液中加热，洗涤，真空干燥，在空气中热处理得产物5；

所述产物1、产物2、产物3、产物4或产物5表征为由薄片卷绕形成的两端开口纳米管、或在较高温度下为两端不开口的纳米线、或在高温度下为纳米颗粒。

上述电极材料中，所述钛白粉采用工业级的锐钛矿型或金红石型钛白粉。

上述电极材料中，(1.1)步骤中碱液加热温度为100～200℃；(1.2)步骤中所述有机小分子物质为有机醇类；所述空气中热处理温度均为200～800℃；(1.1)和(1.2)步骤中所述真空干燥加热温度均为60～500℃。

一种包括上述电极材料制作的电极，该电极采用以下重量配比的电极浆料制备：

(4.1)所述产物1、产物2、产物3、产物4、产物5中的一种或其组合，100份；

(4.2)粘结剂CMC，1～3份；

(4.3)粘结剂SBR，6～10份；

(4.4)去离子水，130～160份；

(4.5)导电剂，1～20份；

所述导电剂采用碳黑、石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或其组合。

上述电极中，电极浆料采用下述方法制备：将产物1、产物2、产物3、产物4、产物5中的一种或其组合(4.1)放入定量的乙醇或NMP中分散后成为混合液，将粘结剂CMC(4.2)放入去离子水(4.4)中搅拌溶解后，依次加入粘结剂SBR(4.3)搅拌均匀，加入导电剂(4.5)搅拌均匀，加入所述混合液搅拌均匀后过筛。

上述电极采用以下方法制备：将上述电极浆料流延涂布在金属箔上，或流延在塑料薄膜上，将电极膜与塑料薄膜分离后热粘合在金属网上；真空除水后，通过对辊压实后，冲切成各种形状的电极片。所述金属箔采用铝箔、铜箔、不锈钢箔、或铁箔。所述金属网采用铝网、铜网、不锈钢网、铁网、以及铝箔或铜箔上冲孔制成的网其中的一种。

一种包括上述电极制作的电化学储能器件，包括安全阀，其内部结构组成如下：

(7.1)正、负电极配对方式采用以下三种方式之一：

方式1：负电极采用上述电极，正电极浆料流延涂布或热粘合导电基体材料同负电极，但表面涂覆的电极浆料采用层状结构的锂盐；

方式2：正电极采用上述电极，负电极浆料流延涂布或热粘合导电基体材料同正电极，但表面涂覆的电极浆料采用碳、或碳锂复合材料；

方式3：正电极采用上述电极，负电极采用锂片；

(7.2)隔离膜：采用微孔塑料薄膜、或超细玻璃纤维毡；

(7.3)电解液：含锂盐的PC溶液、或含锂盐的PC+PA溶液。

上述电化学储能器件中，所述正电极、负电极的引出端与安全阀不在同一个平面内。电化学储能器件的外表面上设有圆形、方形、矩形、或椭圆形等几何形状的凸台。电化学储能器件上设有1个或2个安全阀。电化学储能器件的外壳材料采用金属、金属类合金、各类塑料、塑料和金属的复合材料(如铝箔、铜箔、或不锈钢箔分别与塑料薄膜复合)中的一种或其组合。

上述电化学储能器件可以用作电池或不对称电容。

本发明的有益效果是：

(1)本发明电极浆料的原料(即产物1、产物2、产物3、产物4和产物5)采用工业级的钛白粉即可制备，而且是新型的纳米级材料，可以大幅节约成本。