活性炭材料作正极的锂离子电池及活性炭材料制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化学电源技术领域，特别是涉及一种活性炭材料作正极的锂离子电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，随着电动汽车领域的快速发展，市场对动力电池提出了更高的要求一一‘决速充放电以及长续航能力。超级电容器具备大电流快速充放电的能力，但是由于仅仅只是利用电极材料中孔物理吸附电解液中的离子而形成双电层储能，存在着能量密度低的问题。而的商业化锂离子电池材料具有高的比能量，但是它们几乎都是一种锂离子嵌入式的材料，在先天上无法实现大电流的充放电，因而亟需开发一种可快速充放电的电极材料。
[0003]超级电容活性炭是一种新型高吸附活性炭，主要用于超级电容器(也称双电层电容器、电化学电容器)，具有超大的比表面积，电化学性能好，容量高等特点。采用活性炭为电极材料的超级电容器介于电池与平板电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，放电时利用移动导体间的电子(而不依靠化学反应)释放电流，从而为设备提供电源。活性炭的比容主要来自微孔比表面积的贡献，中孔对比容的贡献很小，其作用主要是改善功率特性。为了获得高比容和高功率密度，活性炭应该具有尽可能多的大孔径微孔和适量的小孔径中孔。由于在超级电容器体系中，活性炭储能没有涉及到化学反应，单纯依靠物理吸附而形成的双电层储能，导致超级电容器的能量密度非常低(<5wh/kg)，完全无法满足纯电动汽车对长续航能力的要求。
【发明内容】
[0004]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种活性炭材料作正极的锂离子电池及其制备方法。
[0005]本发明是提供一种可用于锂离子电池体系的具有快速充放电能力和较高比能量的碳电极材料，这种碳材料是一种具有高比表面积的超级电容器用活性炭，经过硝酸处理后用于锂离子电池体系正极的活性物质。
[0006]本发明的目的之一是提供一种具备储锂能力强，组分简单易得，活性炭电极具有非常好的循环稳定性和倍率性能，在50°C的高温条件下依然表现出了非常好的循环稳定性等特点的活性炭材料作正极的锂离子电池。
[0007]本发明活性炭材料作正极的锂离子电池所采取的技术方案是:
[0008]一种活性炭材料作正极的锂离子电池，包括电池正极、电池负极和电解质，其特点是:锂离子电池正极为活性炭材料。
[0009]本发明活性炭材料作正极的锂离子电池还可以采用如下技术方案:
[0010]所述的活性炭材料作正极的锂离子电池，其特点是:锂离子电池正极的活性炭材料为超级电容器用活性炭材料。
[0011]所述的活性炭材料作正极的锂离子电池，其特点是:离子电池正极的活性炭材料经过硝酸热处理得到的活性炭材料。
[0012]本发明的目的之二是提供一种制备工艺简单、操作方便，产品储锂能力强，循环稳定性和倍率性能好等特点的锂离子电池正极用活性炭材料制备方法。
[0013]本发明锂离子电池正极用活性炭材料的制备方法所采取的技术方案是:
[0014]—种锂离子电池正极用活性炭材料的制备方法，其特点是:活性炭材料制备过程包括以下工艺步骤:
[0015](I)稀硝酸热处理
[0016]采用溶剂为稀硝酸溶液，将活性炭材料加入稀硝酸溶液中进行热处理；
[0017](2)冷却、洗涤
[0018]将硝酸热处理过的活性炭材料，进行冷却后，用去离子水对活性炭材料进行洗涤；
[0019]⑶干燥
[0020]洗涤后的活动性炭材料，经过干燥，得到锂离子电池正极用活性炭材料。
[0021]本发明活性炭材料制备方法还可以采用如下技术方案:
[0022]所述的活性炭材料制备方法，其特点是:稀硝酸热处理时，稀硝酸溶液的重量百分比浓度为5 - 20%，活性炭材料加入稀硝酸溶液中在80 - 100°C条件下处理I 一 30h。
[0023]所述的活性炭材料制备方法，其特点是:稀硝酸热处理时，活性炭材料加入稀硝酸溶液中在100°C条件下进行回流热处理I 一 5h。
[0024]所述的活性炭材料制备方法，其特点是:稀硝酸溶液与活性碳材料的质量比为1- 10:1。
[0025]所述的活性炭材料制备方法，其特点是:去离子水对活性炭材料进行洗涤时，洗涤至近中性，pH为6.5-7ο
[0026]所述的活性炭材料制备方法，其特点是:干燥时，在80 - 150条件下干燥I 一 10h。
[0027]本发明具有的优点和积极效果是:
[0028]活性炭材料作正极的锂离子电池及其制备方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下特点:
[0029]1、本发明将超级电容器用的活性炭材料经过硝酸回流处理后，使其具备了更多的官能团进行储锂，增强了活性炭材料储锂能力；
[0030]2、本发明首次单独采用活性炭为锂离子电池电极的活性物质，不用添加任何其他的过渡金属氧化物或传统的锂离子电池正极材料；
[0031]3、本发明采用处理后的活性炭材料为正极，经过电化学测试结果表明，活性炭电极具有非常好的循环稳定性和倍率性能，在50°C的高温条件下依然表现出了非常好的循环稳定性。
【附图说明】
[0032]图1为活性炭为正极的锂离子电池在300mA g 1的电流密度下室温充放电测试的循环性能图；
[0033]图2为图1对应的不同周次的电压容量曲线图；
[0034]图3为活性炭正极锂离子电池的在50°C的高温条件下以300mA g 1的电流密度进行充放电测试的充放电比容量以及放电比能量图；
[0035]图4为图3对应的不同周次的电压容量曲线图；
[0036]图5为活性炭正极锂离子电池在室温下的倍率性能图(1C = 200mA g 。
【具体实施方式】
[0037]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0038]参阅附图1至图5。
[0039]实施例1
[0040]一种活性炭材料作正极的锂离子电池，包括电池正极、电池负极和电解质，其特点是:锂离子电池正极为活性炭材料。锂离子电池正极的活性炭材料为超级电容器用活性炭材料，经过硝酸热处理得到的活性炭材料。
[0041]实施例2
[0042]一种锂离子电池正极用活性炭材料的制备方法，制备过程包括以下工艺步骤:
[0043](I)稀硝酸热处理
[0044]采用溶剂为稀硝酸溶液，将活性炭材料加入稀硝酸溶液中进行热处理；稀硝酸溶液的重量百分比浓度为5 — 20%，活性炭材料加入稀硝酸溶液中在80 - 100°C条件下处理
1- 30ho稀硝酸溶液与活性碳材料的质量比为3:1。
[0045](2)冷却、洗涤
[0046]将硝酸热处理过的活性炭材料，进行冷却后，用去离子水对活性炭材料进行洗涤；洗涤至近中性，pH为6.9。
[0047](3)干燥
[0048]洗涤后的活性炭材料，在80 — 150°C条件下干燥I — 10h，得到锂离子电池正极用活性炭材料。
[0049]实施例3
[0050]一种活性炭材料作正极的锂离子电池及其制备方法，具体制备过程包括以下工艺步骤:
[0051]1、硝酸处理活性炭:
[0052]所采用的溶剂为10%含量的稀硝酸溶液，然后将活性炭材料加入溶液中进行热处理。具体制备步骤如下:
[0053]a)称取商业超级电容器用活性炭材料，并加入溶度为10%的稀硝酸，100°C加热回流处理3小时；稀硝酸溶液与活性碳材料的质量比为3:1。
[0054]b)将冷却后的活性炭材料过滤，并用去离子水多次洗涤近中性；
[0055]c)然后将得到的材料收集，并在120°C的烘箱中干燥处理。
[0056]2、电极的制备:
[0057]a)称取部分第I步骤所得到的粉末材料，并与导电剂Super P和粘结剂PVDF(6%，N-甲基吡咯烷酮为溶剂)按质量比8:1:1的比例混合成均匀的浆料；
[0058]b)将得到的浆料涂覆到铝箔上面，然后在空气氛围80°C下做初步烘干处理，最后在100°C的真空干燥箱中过夜。
[0059]3、电池的组装:
[0060]将2步骤所得到的电极裁剪成直径为16mm的电极片为正极，采用金属锂为负极，IM LiPF6EC:DMC:DEC(1:1:1，v/v/v)为电解液，隔膜为 PP/PE/PP celgard 三层隔膜；然后组装成扣式电池进行测试。
[0061]本实施例具有所述的储锂能力强，组分简单易得，活性炭电极具有非常好的循环稳定性和倍率性能，在50°C的高温条件下依然表现出了非常好的循环稳定性，制备工艺简单、操作方便，性能稳定可靠等积极效果。
【主权项】
1.一种活性炭材料作正极的锂离子电池，包括电池正极、电池负极和电解质，其特征是:锂离子电池正极为活性炭材料。2.根据权利要求1所述的活性炭材料作正极的锂离子电池，其特征是:锂离子电池正极的活性炭材料为超级电容器用活性炭材料。3.根据权利要求1或2所述的活性炭材料作正极的锂离子电池，其特征是:离子电池正极的活性炭材料经过硝酸热处理得到的活性炭材料。4.一种锂离子电池正极用活性炭材料的制备方法，其特征是:活性炭材料制备过程包括以下工艺步骤: (1)稀硝酸热处理 采用溶剂为稀硝酸溶液，将活性炭材料加入稀硝酸溶液中进行热处理； (2)冷却、洗涤 将硝酸热处理过的活性炭材料，进行冷却后，用去离子水对活性炭材料进行洗涤； (3)干燥 洗涤后的活动性炭材料，经过干燥，得到锂离子电池正极用活性炭材料。5.根据权利要求4所述的锂离子电池正极用活性炭材料的制备方法，其特征是:稀硝酸热处理时，稀硝酸溶液的重量百分比浓度为5 - 20%，活性炭材料加入稀硝酸溶液中在80 - 100°C条件下处理I 一 30h。6.根据权利要求4所述的锂离子电池正极用活性炭材料的制备方法，其特征是:稀硝酸热处理时，活性炭材料加入稀硝酸溶液中在100°c条件下进行回流热处理I 一 5h。7.根据权利要求5或6所述的锂离子电池正极用活性炭材料的制备方法，其特征是:稀硝酸溶液与活性碳材料的质量比为1-10:1。8.根据权利要求4所述的锂离子电池正极用活性炭材料的制备方法，其特征是:去离子水对活性炭材料进行洗涤时，洗涤至近中性，PH为6.5-7ο9.根据权利要求4所述的锂离子电池正极用活性炭材料的制备方法，其特征是:干燥时，在80 - 150°C条件下干燥I 一 10h。
【专利摘要】本发明涉及一种活性炭材料作正极的锂离子电池及其制备方法。本发明属于化学电源技术领域。一种活性炭材料作正极的锂离子电池，包括电池正极、电池负极和电解质，其特点是：锂离子电池正极为活性炭材料。一种锂离子电池正极用活性炭材料的制备方法：(1)稀硝酸热处理：采用溶剂为稀硝酸溶液，将活性炭材料加入稀硝酸溶液中进行热处理；(2)冷却、洗涤：将硝酸热处理过的活性炭材料，进行冷却后，用去离子水对活性炭材料进行洗涤；(3)干燥：洗涤后的活动性炭材料，经过干燥，得到锂离子电池正极用活性炭材料。本发明具有储锂能力强，循环稳定性和倍率性能好，可以提升锂离子电池快速充放电性能以及相对较高的比能量密度等优点。
【IPC分类】H01M10/0525, H01M4/587, C01B31/12
【公开号】CN105186000
【申请号】CN201510506143
【发明人】钟海, 丁飞, 刘凯, 徐志彬
【申请人】中国电子科技集团公司第十八研究所
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月17日