[發明專利]復合正極材料、電池——超級電容儲能器及制備方法

有效

• 申請號: 200710202484.8
• 申請日: 2007-11-12
• 公開（公告）號: CN101159329A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 鄧正華;潘中來;胡學步;劉力;懷永建;林子吉;李仁貴;索繼栓
• 申請（專利權）人: 成都中科來方能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/48;H01M4/04;H01M16/00;H01M14/00;H01M10/00;H01G9/042;H01G9/058;H01G9/00
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所
• 代理人: 武森濤

技術領域

本發明涉及一種新型儲能器，具體地說是電池——超級電容儲能器，屬于電池、電容器技術領域。

背景技術

由于能源短缺和城市環境污染的加劇，科學家早在20世紀60年代就提出了混合電動車的概念，其目的是節約燃油和降低廢氣排放。混合電動車的出現要求有與之相適應的動力電源。目前大多數的混合電動車的電源有兩類。一類是以二次電池作為動力電源，但是電池的功率密度小，不能滿足電動車啟動、加速、爬坡時的輸出功率要求；充放電電流小，充電時間較長，不能滿足短時間內大電流充放的要求；而且循環壽命較短。另一類是以超級電容器作為動力電源，它是一種綠色能源，具有比功率高、充電速度快、循環壽命長、等優點；但是比能量小，這是目前超級電容器的最大缺陷。近些年來的實驗證實，無論是二次電池還是超級電容器都無法從整體上達到作為混合電動車動力電源的最佳要求。

將超級電容器與二次電池組合使用，這樣可以在車輛加速、剎車或爬坡的時候提供車輛所需的高功率，同時減少了大電流對電池的沖擊作用，增加了電池使用壽命；而且減少啟動電池的使用數量，提高能量利用效率。但是這種方法的組合技術復雜，電路管理系統控制困難，而且成本較高。

為了使得高的能量密度與高的功率密度不能在同一儲能器件中同時存在，提出了新型儲能器件：電池——電容器復合儲能器，可得到比雙電層電容器大得多的電荷容量，是一種介于雙電層電容器與二次電池之間的新概念能量儲存器件。它是將鋰離子電池的離子嵌入——脫嵌機制與超電容的雙電層機制協調組合一個儲能器件中。在原理上與混合電容器存在明顯區別，混合電容器是由一個法拉第氧化——還原反應電極和一個雙電層吸附電極共同構成，它只有一個電極發生法拉第氧化——還原反應。而電池——電容器是由一個復合電極與一個法拉第氧化——還原反應電極共同構成，它的兩個電極均發生法拉第氧化——還原反應，且其中一個電極還發生雙電層吸附。與超級電容器相比，電池——電容器具有更大的能量密度；與二次電池相比，電池——電容器具有更大的功率密度和使用壽命。L.T.Lam?and?R.Louey，J.Power?Sources，158，1140(2006)公開了用PbO₂作為正極，Pb電極和活性碳電極共同作為負極，組裝了一種超級電池，它是鉛酸電池和超級電容器的聯合。這種儲能系統與二次電池相比，具有更大的功率密度，成本也相對較低；但是對環境的污染較大。G.Amatucci，U.S.Pat.6,517,972B1(2003)公開了用Li₄Ti₅O₁₂作為負極，活性碳和含鋰復合金屬氧化物材料(如LiMn₂O₄或LiCoO₂)的混合物作為正極，組裝了一種混合電池一超級電容器，它是鋰離子電池和超級電容器的聯合。這種儲能系統與超級電容器相比，具有更大的能量密度；與二次電池相比，具有更大的功率密度。相對于鉛酸超級電池，具有更大的質量能量密度，也更加環保，因而值得進一步的研究。但是該專利申請的正極是活性成分LiMn₂O₄與活性碳物理混合(機械混合)得到，導致物料之間混和均勻度不高，物料之間接觸面積不大，且是其正極材料為多相狀態，影響其能量密度和壽命。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型復合正極材料，其制備方法是將合成電化學活性物質的原料與活性炭在位合成得到這沖復合正極材料。產物在制備過程中在位生成，各物料之間更加均勻，趨于均相，各物料接觸更加全面。

具體地，所述復合正極材料是含鋰復合金屬氧化物材料的原料與多孔碳材料研磨均勻，并在丙酮或乙醇溶劑下將混合物研磨成均勻的漿料，然后在惰性氣氛下于250-450℃預熱一段時間使原料充分分解，達到熔融狀態，形成前驅體。取出研磨均勻后再在650-1000℃下，惰性氣氛焙燒18-48小時，待冷至室溫即得目標產物。本發明復合正極材料簡稱LAC。

其中，所述含鋰復合金屬氧化物材料是指LiFePO₄，LiCoO₂，LiMn₂O₄，LiMnO₂，LiNiO₂，LiNi_xCo_1-xO₂(0＜x＜1)，Li_1+xV₃O₈，LiVO₂中的一種。