[发明专利]一种能量型电容电池

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种能量型电容电池，属于新能源储能器件技术领域。

背景技术

超级电容和锂离子电池是目前市场上最为热门的两个储能器件。锂离子电池是一种能量密度大，平均输出电压高，自放电小并且不含有毒物质的绿色二次电池。经过了将近二十年的发展，锂离子电池已经能达到100Wh/kg到150Wh/kg，工作电压最大可达4V。超级电容是基于双电层储能原理以及可逆性较高的氧化还原准电容原理的储能器件，具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等优点，同时也具有能量密度相对较低等劣势。

锂离子电池和超级电容在比能量和比功率上的差异决定了两者充放电速率的差异，而在实际的应用中，由于超级电容和锂离子电池具有各自突出的优点以及局限性，两者结合起来的并联式或者串联式电容电池的应用弥补了这一块的空白。由于锂离子电容电池自身的突出特性，往往将其应用在动力电源等相关领域，在实际使用过程中，动力电源存在的问题就是大电流充电以及反复充放的问题。

基于目前轨道交通领域对于纯电动驱动或者混合电动驱动的交通工具对于储能器件的要求，混合型的电池电容是目前最有前景的解决方案。其方法为，在锂电的正负极一极或者两极中加入一定比例的电容碳，用于改善大电流充放电能力和循环寿命，效果显著。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种高比能量的能量型电容电池。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种能量型电容电池，包括正极、隔膜、负极，正极或/和负极由复合电极材料制备，所述的复合电极材料包括A类活性物质、B类活性物质、粘结剂和导电剂，其中，A类活性物质与B类活性物质的质量比为1-4：1。

本发明能量型电容电池用A类活性物质与B类活性物质复合的电极材料按质量比1-4：1制成，可以大幅度提高电容电池的比能量、比功率和循环高稳定性的综合性能。在本发明能量型电容电池中若A类活性物质的含量过多，会使电容电池的比功率下降，循环寿命下降；若B类活性物质过多，电容电池的比能量会急剧下降。

在上述的能量型电容电池中，用复合电极材料制成正极时，A类活性物质包括LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiMnO₂、LiNiO₂、LiFePO₄、LiMnPO₄、LiNi_0.8Co_0.2O₂、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂中的一种或多种。

在上述的能量型电容电池中，用复合电极材料制成负极时，A类活性物质包括钛酸锂、石墨、人造石墨、MCMB、软炭、硬碳中的一种或多种。

在上述的能量型电容电池中，复合电极材料中A类活性物质与B类活性物质的粒径比为7:3到8:2。本发明将电极中A类活性物质与B类活性物质的粒径比控制在7:3到8:2，其原因在于空间堆叠中八面体空隙和四面体空隙的大球小球直径比在此范围，B类活性物质正好填充于A类活性物质的紧密堆积之中，可提高电极密度，提高电容电池的比能量。且无论A类活性物质与B类活性物质的粒径比是过大还是过小都会导致堆积密度下降、比能量下降、比功率下降。

进一步优选，A类活性物质与B类活性物质的粒径比为8：3到10：3。

在上述的能量型电容电池中，复合电极材料中B类活性物质包括活性炭、介孔碳、碳气凝胶、碳纤维、碳纳米管、炭黑、硬炭、石墨烯中的一种或多种。用上述种类的B类活性物质分别与正负极的A类活性物质复配，可进一步提高电容电池的比功率和使用寿命。

在上述的能量型电容电池中，复合电极材料中粘结剂包括SBR、CMC、PTFE、PVDF中的一种或者几种。

在上述的能量型电容电池中，复合电极材料中导电剂包括导电炭黑、科琴炭、石墨烯、碳纳米管中的一种或者几种。

与现有技术相比，本发明正极或/和负极通过采用A类活性物质与B类活性物质的复合，并通过控制电极活性物质的粒径，进一步提高电容电池电极的密度，提高电容电池的比能量，从而使得其在满足应用工况的情况下达到最佳的循环寿命。

附图说明

图1为本发明实施例3中电容电池的复合负极的SEM扫描图。

图2为本发明实施例3中电容电池的复合正极的SEM扫描图。

具体实施方式