[發明專利]一種電極材料及包括該材料制作的電極以及包括該電極制作的電化學儲能器件

無效

• 申請號: 200810246633.5
• 申請日: 2008-12-29
• 公開（公告）號: CN101442118A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發明（設計）人: 劉靖華;朱經緯;雷鈞
• 申請（專利權）人: 劉靖華;朱經緯;雷鈞
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/02;H01M10/38;H01M2/02;H01G9/042;H01G9/00
• 代理公司: 北京金碩果知識產權代理事務所
• 代理人: 張 玫

技術領域

本發明涉及一種采用新材料制作、具有新結構的電化學儲能器件，可以用作電池，也可以用作不對稱電容。

背景技術

目前，市場上電池的種類很多，用途廣泛。但現有可反復充放電的電池其問題也很突出：常溫下，高倍率反復充電嚴重損失壽命，不能快速充電；低溫下充放電庫侖效率很低，經歷低溫循環后，其容量和快速充放電能力都不能恢復到原來的水平。正、負電極和安全閥設置在同一個平面上，高功率使用時，存在安全隱患。

發明內容

本發明的目的是提出一種電極材料、及包括該材料制作的電極、以及包括該電極制作的電化學儲能器件和用途。本發明采用納米管、納米線和納米顆粒材料制作的正、負電極組成的電化學儲能器件，能有效解決上述技術問題，具有低溫下可高倍率反復充放電和高功率的技術特性。

本發明的技術解決方案是：

一種電極材料，該材料用下述方法制備：

(1.1)將鈦白粉在堿液中進行超聲波處理，加熱，洗滌中和到偏酸性，放置6-9小時，真空干燥得產物1；

(1.2)將產物1在空氣中熱處理得產物2；將產物1與有機小分子物質交換浸漬數次，真空干燥，在空氣中熱處理得產物3；將產物3在氫氧化鋰溶液中加熱，洗滌，真空干燥，在空氣中熱處理得產物4；將產物1在氫氧化鋰溶液中加熱，洗滌，真空干燥，在空氣中熱處理得產物5；

所述產物1、產物2、產物3、產物4或產物5表征為由薄片卷繞形成的兩端開口納米管、或在較高溫度下為兩端不開口的納米線、或在高溫度下為納米顆粒。

上述電極材料中，所述鈦白粉采用工業級的銳鈦礦型或金紅石型鈦白粉。

上述電極材料中，(1.1)步驟中堿液加熱溫度為100～200℃；(1.2)步驟中所述有機小分子物質為有機醇類；所述空氣中熱處理溫度均為200～800℃；(1.1)和(1.2)步驟中所述真空干燥加熱溫度均為60～500℃。

一種包括上述電極材料制作的電極，該電極采用以下重量配比的電極漿料制備：

(7.1)所述產物1、產物2、產物3、產物4、產物5中的一種或其組合，100份；

(7.2)粘結劑，30～50份；

(7.3)去離子水，40～70份；

(7.4)導電劑，1～20份。

上述電極中，電極漿料所用的粘結劑可以采用通式為CH2＝CR1R2親水性單體的聚合物，導電劑采用碳黑、石墨、碳纖維、碳納米管中的一種或其組合。

上述電極中，電極漿料采用下述方法制備：將產物1、產物2、產物3、產物4、產物5中的一種或其組合(7.1)放入定量的乙醇或NMP中分散后成為混合液，將粘結劑(7.2)放入去離子水(7.3)中攪拌溶解后，依次加入導電劑(7.4)攪拌均勻，加入所述混合液攪拌均勻后過篩。

上述電極采用以下方法制備：將上述電極漿料流延涂布在金屬箔上，或流延在塑料薄膜上，將電極膜與塑料薄膜分離后熱粘合在金屬網上；真空除水后，通過對輥壓實后，沖切成各種形狀的電極片。所述金屬箔采用鋁箔、銅箔、不銹鋼箔、或鐵箔。所述金屬網采用鋁網、銅網、不銹鋼網、鐵網、以及鋁箔或銅箔上沖孔制成的網其中的一種。

一種包括上述電極制作的電化學儲能器件，包括安全閥，其內部結構組成如下：

(14.1)正、負電極配對方式采用以下三種方式之一：

方式1：負電極采用上述電極，正電極漿料流延涂布或熱粘合導電基體材料同負電極，但表面涂覆的電極漿料采用層狀結構的鋰鹽；

方式2：正電極采用上述電極，負電極漿料流延涂布或熱粘合導電基體材料同正電極，但表面涂覆的電極漿料采用碳、或碳鋰復合材料；

方式3：正電極采用上述電極，負電極采用鋰片；

(14.2)隔離膜：采用微孔塑料薄膜、或超細玻璃纖維氈；

(14.3)電解液：含鋰鹽的PC溶液、或含鋰鹽的PC+PA溶液。

上述電化學儲能器件中，所述正電極、負電極的引出端與安全閥不在同一個平面內。電化學儲能器件的外表面上設有圓形、方形、矩形、或橢圓形等幾何形狀的凸臺。電化學儲能器件上設有1個或2個安全閥。電化學儲能器件的外殼材料采用金屬、金屬類合金、各類塑料、塑料和金屬的復合材料(如鋁箔、銅箔、或不銹鋼箔分別與塑料薄膜復合)中的一種或其組合。

上述電化學儲能器件可以用作電池或不對稱電容。

本發明的有益效果是：

(1)本發明電極漿料的原料(即產物1、產物2、產物3、產物4和產物5)采用工業級的鈦白粉即可制備，而且是新型的納米級材料，可以大幅節約成本。