[发明专利]一种锂离子电容电池

说明书

技术领域

本发明涉及储能领域，具体涉及一种锂离子电容电池。

背景技术

21世纪以来，能源危机和环境污染已成为困扰各个国家的世界性难题，大力推广清洁替代能源是解决上述问题的关键，储能是推广清洁替代能源道路上的重要一环，储能技术的大规模应用不仅可以提升新能源发电安全稳定并网的比例，还可以用于电网削峰填谷、稳压调频和通讯基站等领域。

现阶段，各类型储能技术并行发展，其中的锂离子电池和超级电容器是目前市场上最受青睐的储能技术，但是两者都各有利弊，现有的锂离子电池能量密度大，平台电压输出高，但功率密度低；现有的超级电容器功率密度大，循环寿命长，但能量密度低。

储能器件的各应用场景往往要求其能够兼顾能量输出和功率响应，因此，结合锂离子电池的高能量和超级电容器的高功率成为了储能器件研发的重要方向，结合电网储能对储能器件的要求，兼顾能量输出和功率响应的混合型的电容电池是目前最有前景的解决方案，在提升大电流充放电能力和循环稳定性等方面效果显著。

但是，现有技术中还未出现一种兼顾能量输出和功率响应的电容电池。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种锂离子电容电池，兼顾了能量输出和功率响应，可作为并网接入、电网削峰填谷和稳压调频领域的应用。

本发明通过如下技术方案实现：

一种锂离子电容电池，包括正极、隔膜、电解液、粘合剂、导电添加剂和负极，所述电容电池的能量密度和功率密度分别为10-100Wh/kg和1-5kW/kg；所述正极包括石墨烯和磷酸铁锂，按质量百分数计，所述石墨烯占正极的20％-90％；所述负极包括碳材料。

优选的，按质量百分数计，所述石墨烯占正极的55％-80％。

优选的，按质量百分数计，所述石墨烯占正极的72％。

优选的，所述石墨烯在正极中的层数为1-10层，每层尺寸为1-10μm。

优选的，所述石墨烯为含氧量5％-50％、比表面积500-1500m²/g的三维多孔结构。

优选的，所述碳材料为介孔碳、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种。

优选的，所述石墨烯的制法如下：

1)在超声波振荡的条件下，于溶剂中分散氧化石墨，得到氧化石墨烯悬浮液；

2)按质量份计，向所述悬浮液中加入质量比为3:7-10的铝和碱溶液，反应后得到混合液；

3)将所述混合液依次经过滤、洗涤和干燥后得到石墨烯。

优选的，所述悬浮液的浓度为5g/L-12g/L。

优选的，所述磷酸铁锂由固相合成法制备，其制法如下：

1)于溶剂中球磨锂源、铁源和磷酸根源组成的混合液；

2)干燥和破碎所述混合液，得到混和颗粒；

3)于惰性气氛下，将所述混合颗粒加入反应器中，在460-520℃下保温1.5-2.5h；

4)停止通入惰性气体，在650-800℃下保温3-6h，得到磷酸铁锂。

优选的，所述磷酸铁锂为尺寸在0.1-10μm的橄榄石型颗粒。

优选的，所述粘结剂为从SBR、CMC、PTFE、PVDF中选取的一种或者几种。

优选的，所述导电添加剂为从导电炭黑、科琴炭、石墨烯、碳纳米管中选取的一种或者几种。

优选的，所述的一种锂离子电容电池作为并网接入、电网削峰填谷和稳压调频的应用。

和最接近的现有技术比，本发明还具有如下有益效果：

(1)本发明提供的技术方案，于正极中加入质量百分数为20％-30％石墨烯，，有效提升了电池中锂离子的脱嵌和吸附能力，大大增强了电极材料的大电流充放电能力及循环稳定性，解决了目前锂离子电池功率低的问题，满足了电网对高功率储能锂离子电池的的需求。

(2)本发明提供的技术方案，正极加入的石墨烯为含氧量和比表面积分别为5％-50％和500-1500m²/g的三维多孔结构，以表面吸附和脱附方式分别实现了能量的存储和输出；

(3)本发明提供的技术方案以改变正极复合材料中石墨烯与磷酸铁锂的尺寸和比例兼顾电池能量密度和功率密度，制备的锂离子电容电池的能量密度和功率密度分别可以达到10-100Wh/kg和1-5kW/kg，可应用于新能源安全稳定并网接入、电网削峰填谷和稳压调频等领域。

附图说明

图1为本发明的正极中磷酸铁锂颗粒的SEM扫描电镜图。

图2为本发明的正极中石墨烯的SEM扫描电镜图。