[发明专利]一种(LMO‑NCM‑AC)/(LTO‑AC)混合电池电容电极材料及电极片

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池电容电极材料及电极片，尤其涉及一种(LMO-NCM-AC)/(LTO-AC)混合电池电容电极材料及电极片，属于新能源储能器件领域。

本发明中下列表达式的意义为：

LMO：LiMn₂O₄

NCM：Li[Ni-Co-Mn]O₂

LTO：Li₄Ti₅O₁₂

AC：活性碳

背景技术

锂离子混合超级电容器即电池电容兼具锂离子电池和超级电容器的双重特性，它比常规超级电容器的能量密度大，比锂离子电池功率密度高，寿命长，安全性高，有望应用于电动汽车、电气设备、军事和航空航天设施等高能量大功率型电子产品领域。

尖晶石Li₄Ti₅O₁₂(LTO)理论比容量为177mAh/g，在锂离子脱嵌过程中几乎为零应变材料，在锂离子电池中表现出极好的循环性能和倍率性能。但因平均锂脱嵌电位较高(1.55V vs.Li/Li⁺)，需要选择高电位的正极材料匹配，相对于其他负极材料并没有表现出太多的能量密度优势，因此限制其作为商用锂离子电池负极材料的应用。LiMn₂O₄(LMO)材料电极电位高、廉价易得、容易制备且无毒，是理想的钛酸锂电池正极材料。但是LiMn₂O₄由于Jahn-Teller效应和锰溶解致使电池循环寿命短、高温性能差且比容量偏低，一般可逆容量只有110mAh/g。而层状镍钴锰三元材料的容量较高且循环性能好，三元层状结构的Li[Ni-Co-Mn]O₂(NCM)理论比容量高、结构稳定、热稳定性好、循环性能佳、电子传导率高、成本低，但倍率性能有待改善。

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，提出了一种大容量、循环寿命长、安全廉价的(LMO-NCM-AC)/(LTO-AC)混合电池电容电极材料。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种(LMO-NCM-AC)/(LTO-AC)混合电池电容电极材料，包括正极材料和负极材料(正极材料和负极材料为将正极浆料和负极浆料烘干后剩下的物质)，正极材料包括以下质量百分比成分：AC：4-6％，粘结剂：5-8％，导电剂：3-10％，LMO-NCM：余量。

本发明为了满足不同电器的需要，采用以LMO-NCM、AC的混合物作为电池电容正极材料，利用性能互补的LMO、NCM等正极材料进行物理混合，改进其倍率性能及过充安全性能，并应用于本发明电池电容中获得了良好的效果。本发明正极材料的混合不同于化学包覆，其制备过程不发生化学反应，仅仅是物理过程，物理混合不仅能降低成本，还能改善材料单一性能。从而制作出具有大容量、循环寿命长、安全廉价的(LMO-NCM-AC)/(LTO-AC)混合电池电容。

作为优选，LMO和NCM的质量比为(0.1-9):1。本发明通过改变LMO和NCM的质量比来控制正极理论容量。

在上述的一种(LMO-NCM-AC)/(LTO-AC)混合电池电容电极材料中，负极材料包括以下质量百分比成分：AC：3-8％、粘结剂：5-8％、导电剂：3-10％，LTO：余量。

在上述的一种(LMO-NCM-AC)/(LTO-AC)混合电池电容电极材料中，导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纳米管中的一种或多种。

在上述的一种(LMO-NCM-AC)/(LTO-AC)混合电池电容电极材料中，粘结剂为水系粘结剂。

本发明粘结剂的粘结性好、安全、成本低、不仅能包覆在活性物质LMO-NCM、LTO和导电剂表面，形成弹性空间，可以适应电极充放电过程中的体积变化，同时还能提高浆料分散性，帮助活性物质和导电剂之间构建良好的导电网络，且在有机溶剂中稳定存在，能有效提高电池电容的能量密度和功率密度。

在上述的一种(LMO-NCM-AC)/(LTO-AC)混合电池电容电极材料中，水系粘结剂为LA132、PEO、PEG、PAAS、明胶中的一种或多种。

作为优选，PEO的相对分子质量为10⁵-10⁷，

作为优选，PEG为PEG-200、PEG-400、PEG-6000、PEG-8000、PEG-10000、PEG-20000中的一种或多种。