[发明专利]超级混合电容电池及其制造方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及电化学储能器件领域，特别是涉及一种超级混合电容电池及其制造方法。

【背景技术】

近年来，无线通讯、电子信息、电动工具等应用领域对储能器件的功率密度要求越来越高。尤其是自20世纪90年代以来，对电动汽车的开发以及对功率脉冲电源的需求，更是对储能器件的比能量和比功率提出了越来越高的要求。

目前常用的储能器件为锂电池和超级电容器。锂电池具有高比能量特性和工作电压高的优点，但存在使用寿命短和功率密度低的缺点。超级电容器具有高比功率特性、循环寿命长等优点，但存在能量密度低的问题。因此，开发高比功率特性和高比能力特性的储能器件成为当前亟待解决的问题。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种兼具高比功率特性和高比能量特性的超级混合电容电池。

进一步，提供一种超级混合电容电池的制造方法。

一种超级混合电容电池，包括正极片、负极片、介于所述正极片和所述负极片之间的隔膜和电解液，所述正极片、所述负极片和所述隔膜浸泡于所述电解液中，所述负极片包括负极集流体和涂布在所述负极集流体上的负极活性材料，所述负极活性材料包括硅合金纳米颗粒-石墨烯复合材料，所述硅合金纳米颗粒-石墨烯复合材料中，所述硅合金纳米颗粒和所述石墨烯的质量比为1∶5～1∶100，所述硅合金纳米颗粒中，硅的质量百分数为1％～50％。

优选的，所述硅合金纳米颗粒-石墨烯复合材料中的硅合金纳米颗粒选自硅钴合金纳米颗粒、硅铬合金纳米颗粒、硅锰合金纳米颗粒、硅镍合金纳米颗粒、硅钒合金纳米颗粒、硅锆合金纳米颗粒、硅钙合金纳米颗粒、硅镁合金纳米颗粒和硅锡合金纳米颗粒中的至少一种。

优选的，所述正极片包括正极活性材料，所述正极活性材料为碳素材料或由碳素材料和锂离子材料组成，当所述正极活性材料由碳素材料和锂离子材料组成时，所述锂离子材料的质量百分数为x，则0＜x≤30％。。

优选的，所述碳素材料选自活性碳、碳纳米管、热解炭、活性碳纤维和碳气凝胶中的至少一种，所述锂离子材料选自磷酸铁锂、锂镍钴锰氧、锂钴氧、锂锰氧、磷酸钴锂、磷酸锰锂、钛酸锂、钒酸锂、锂镍锰氧、锂镍钴氧、锂钒氧和硅酸铁锂中的至少一种。

一种超级混合电容电池的制造方法，包括下述步骤：

步骤一、制备正极活性材料；按质量比1∶5～1∶100将硅合金纳米颗粒和石墨烯材料混合制备负极活性材料，所述硅合金纳米颗粒中，硅的质量分数为1％～50％；

步骤二、将所述正极活性材料和第一粘结剂混合制备正极浆料，再加入溶剂调节所述正极浆料的粘度至1500～3000牛顿秒/平方米，将正极浆料涂布在正极集流体上，然后经干燥、轧膜、分切制作成正极片；

将所述负极活性材料和第二粘结剂混合制备负极浆料，再加入溶剂调节所述负极浆料的粘度至1500～3000牛顿秒/平方米，将负极浆料涂布在负极集流体上，然后经干燥、轧膜、分切制作成负极片；及

步骤三、将所述正极片、隔膜、负极片依次贴合组装后浸泡于电解液中，得到所述超级混合电容电池。

优选的，步骤一中所述负极活性材料的制备方法为：将硅合金纳米颗粒与氧化石墨粉混合后进行球磨，将球磨后的混合物放入含有还原性气体管式炉中以10～100℃/min的速度缓慢升温至200～1200℃，加热1～10小时，再将粉末在氢气的氛围中随炉冷却至室温，得到负极活性材料。

优选的，步骤二中，进一步加入第一导电剂，并将所述第一导电剂与所述正极活性材料和第一粘结剂混合，所述正极活性材料、第一粘结剂和第一导电剂的质量比为85∶10∶5；进一步加入第二导电剂，并将所述第二导电剂与所述负极活性材料和第二粘结剂混合，所述负极活性材料、第二粘结剂和第二导电剂的质量比为85∶10∶5。

优选的，步骤二中所述正极浆料和负极浆料的粘度均为2500～3000牛顿秒/平方米。

优选的，步骤二中正极片、负极片和隔膜采用多芯卷绕并联的方式组装。

优选的，步骤三的电解液包括有机溶剂和溶于所述有机溶剂的锂离子电解质盐。