超级锂离子电容器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种超级锂离子电容器及其制备方法，所述电容器包括正极、负极和电解液，所述正极包括第一集流体和设置于所述第一集流体表面的第一含碳活性层，所述负极包括第二集流体和设置于所述第二集流体表面的第二含碳活性层，所述电解液与所述正极和所述负极物理接触和电接触，还包括由锂粉与锂盐的混合物形成的片状的第三活性层，所述第三活性层设置在第一含碳活性层或第二含碳活性层表面，用于为第一含碳活性层或第二含碳活性层提供锂离子。本发明专利技术的优点在于，第三活性层采用锂粉与锂盐混合，减少了锂粉的用量，使锂粉得到充分的利用，同时使第三活性层中锂粉的分布更均匀，节省成本，且提高超级锂离子电容器的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学电源领域，尤其涉及一种具有高能量密度和长循环寿命的超级锂 离子电容器及其制备方法。
技术介绍
近年来，锂离子二次电池得到了很大的发展，这种电池负极一般使用石墨等炭素 材料，正极使用钴酸锂、锰酸锂等含锂金属氧化物。这种电池组装以后，充电时正极向负极 提供锂离子，而在放电时负极的锂离子又返回正极，因此被称为摇椅式电池。与使用金属 锂的锂电池相比，这种电池具有高安全性和高循环寿命的特点。 但是，由于负极材料在脱嵌锂的过程中容易发生结构的变形，因此，锂离子二次电 池的循环寿命仍受到制约。因此，近年来，把锂离子二次电池和双层电容器结合在一起的体 系研究成为新的热点。 锂离子电容器一般负极材料选用石墨、硬碳等炭素材料，正极材料选用双电层特 性的活性炭材料，通过对负极材料进行锂离子的预掺杂，使负极电位大幅度下降，从而提高 能量密度。 专利CN200580001492. 8中公开了一种锂电子电容器，这种锂电子电容器使用的 正极集流体和负极集流体均有贯穿正反面的孔，分别由正极活性物质和负极活性物质形成 电极层，通过对负极进行电化学接触，预先把锂离子承载在负极中。专利CN200780024069. 6 中公开了一种电化学电容器用负极的预处理方法，通过气相法或液相法在基板上形成锂 层，然后将该锂层转印到负极的电极层。这些预掺杂的方法涉及到的工艺比较复杂，且对原 材料需要进行特殊处理，给制造过程带来一定难度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种其能够 在减少锂粉用量的同时使锂粉更容易均匀地分布在正极或负极上。 为了解决上述问题，本专利技术提供了一种超级锂离子电容器，包括正极、负极和电解 液，所述正极包括第一集流体和设置于所述第一集流体表面的第一含碳活性层，所述负极 包括第二集流体和设置于所述第二集流体表面的第二含碳活性层，所述电解液与所述正极 和所述负极物理接触和电接触，还包括由锂粉与锂盐的混合物形成的片状的第三活性层， 所述第三活性层设置在第一含碳活性层或第二含碳活性层表面，用于为第一含碳活性层或 第二含碳活性层提供锂离子。 进一步，所述第三活性层的密度范围为3克/立方米?30克/立方米。 进一步，所述锂粉与所述锂盐的重量比为70 :30?97 :3。 进一步，所述锂盐为碳酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂和锰酸锂中的一种或多种的混合。 进一步，所述锂粉为纯锂粉、钝化锂粉其中之一或两者混合物。 进一步，所述第一含碳活性层含有活性炭，所述第二含碳活性层含有硬碳，或者所 述第一含碳活性层含有硬碳，所述第二含碳活性层含有活性炭。 进一步，在所述第一集流体与所述第一含碳活性层之间及第二集流体与所述第二 含碳活性层之间还分别设置有导电层。 本专利技术还提供一种制备上述的超级锂离子电容器的方法，包括如下步骤：提供一 第一集流体及第二集流体；在所述第一集流体及第二集流体表面分别覆盖第一含碳活性层 及第二含碳活性层，形成正极及负极；在所述第一含碳活性层或第二含碳活性层表面覆盖 由锂粉与锂盐的混合物形成的片状的第三活性层，所述第三活性层用于为第一含碳活性层 或第二含碳活性层提供锂离子；充入所述电解液，组装成超级锂离子电容器。 在所述第一含碳活性层或第二含碳活性层表面覆盖第三活性层的方法进一步包 括如下步骤：将所述锂粉与所述锂盐混合；碾压混合物，形成由锂粉与锂盐的混合物形成 的片状的第三活性层。 进一步，在组装成超级锂离子电容器之后，还包括一对所述超级锂离子电容器进 行初始充电或放电步骤，以使得所述超级锂离子电容器的负极的初始荷电状态达到10%? 80%。 本专利技术的优点在于，在所述第一含碳活性层或第二含碳活性层表面设置由锂粉与 锂盐混合形成的片状的第三活性层。与采用纯锂粉相比，由于本专利技术第三活性层采用锂粉 与锂盐混合，在减少了锂粉的用量的同时使第三活性层中锂粉的分布更均匀，极大提高了 锂粉的使用率，节省成本且提高超级锂离子电容器的电化学性能。本专利技术超级锂离子电容 器的工作电压可达到4. 0V，比能量可达到22WH/kg以上，循环寿命可达到10万次以上。 【附图说明】 图1是本专利技术超级锂离子电容器的结构示意图； 图2是本专利技术超级锂离子电容器的另一结构示意图； 图3是本专利技术超级锂离子电容器的制备方法步骤示意图。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术提供的的【具体实施方式】 做详细说明。 参见图1，一种超级锂离子电容器，包括正极10、负极20和电解液（图中未示）。 所述正极10包括第一集流体11和设置于所述第一集流体11表面的第一含碳活 性层12。所述第一含碳活性层12的碳材料可以为硬碳、活性炭、碳纤维、碳纳米管及碳气凝 胶等物质，优选地，所述第一含碳活性层12的碳材料为硬碳。所述第一含碳活性层12中的 碳材料与粘结剂混合，以便于所述第一含碳活性层12覆盖在所述第一集流体11上。在本 【具体实施方式】中，所述第一集流体11为铜箔。 所述负极20包括第二集流体21和设置于所述第二集流体21表面的第二含碳活 性层22。所述第二含碳活性层22的碳材料可以为硬碳、活性炭、碳纤维、碳纳米管及碳气凝 胶等物质，优选地，所述第二含碳活性层22的碳材料为活性炭。所述第二含碳活性层22中 的碳材料与粘结剂混合，以便于所述第二含碳活性层22覆盖在所述第二集流体21上。在 本【具体实施方式】中，所述第二集流体21为铝箔。在本专利技术其他【具体实施方式】中，所述第一 集流体11为铜箔，则第二集流体21就为铝箔，所述第一集流体11为铝箔，则第二集流体21 就为铜箔。 所述正极10的第一含碳活性层12及负极20的第二含碳活性层22的活性物质的 比例与现有技术中正负极的活性物质的比例相同，在此不赘述。 所述电解液与所述正极10和所述负极20物理接触和电接触。所述电解液由溶质、 溶剂和添加剂组成，溶质为六氟磷酸锂（LiPF6)，溶剂为环状碳酸酯和链状碳酸酯两类脂组 成，添加剂有成膜稳定剂、低温和高温稳定剂和高压过充保护剂等。 所述环状碳酸酯包括丙烯碳酸酯（PC)，乙烯碳酸酯（EC)中的一种或几种。所述 链状碳酸脂包括二甲基碳酸酯（DMC)，二乙基碳酸酯（DEC)，乙基甲基碳酸酯（EMC)，碳酸甲 乙脂（MPC)中的一种或几种。所述成膜稳定剂选自碳酸亚乙烯脂（VC)、乙酸乙烯至（VA)、 烯丙基乙基碳酸酯（AEC)、乙烯基碳酸乙烯脂（VEC)、二氧化碳（CO2)、二氧化硫（SO2)、亚硫 酸乙烯脂（ES)、1，2-三氟乙酸基乙烷（BTE)、二硫化碳（CS2)或碳酸锂（LI2CO3)中的一 种或几种。所述高温保护剂选自双草酸硼酸锂（LiBOB)、二甲基乙烷胺（DMC)中的一种或 几种；所述高压过充保护剂选自联苯（BP)、环乙基苯（CHB)、焦炭酸酯、萘、环乙烷、环乙烯、 苯、甲苯、本基金刚烷、金刚烷、1，3, 5-三氰基苯、咪唑钠、噻蒽、蒽或丁基二茂铁中的一种 或几种。 所述超级锂离子电容器还包括由锂粉与锂盐的混合物形成的片状的第三活性层 30。所述第三活性层30设置在第一含碳活性层21或第二含碳活性层22表面，用于为第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级锂离子电容器，包括正极、负极和电解液，所述正极包括第一集流体和设置于所述第一集流体表面的第一含碳活性层，所述负极包括第二集流体和设置于所述第二集流体表面的第二含碳活性层，所述电解液与所述正极和所述负极物理接触和电接触，其特征在于，还包括由锂粉与锂盐的混合物形成的片状的第三活性层，所述第三活性层设置在第一含碳活性层或第二含碳活性层表面，用于为第一含碳活性层或第二含碳活性层提供锂离子。

【技术特征摘要】
1. 一种超级锂离子电容器，包括正极、负极和电解液，所述正极包括第一集流体和设置 于所述第一集流体表面的第一含碳活性层，所述负极包括第二集流体和设置于所述第二集 流体表面的第二含碳活性层，所述电解液与所述正极和所述负极物理接触和电接触，其特 征在于，还包括由锂粉与锂盐的混合物形成的片状的第三活性层，所述第三活性层设置在 第一含碳活性层或第二含碳活性层表面，用于为第一含碳活性层或第二含碳活性层提供锂 离子。2. 根据权利要求1所述的超级锂离子电容器，其特征在于，所述第三活性层的密度范 围为3克/立方米?30克/立方米。3. 根据权利要求1所述的超级锂离子电容器，其特征在于，所述锂粉与所述锂盐的重 量比为70 :30?97 :3。4. 根据权利要求1所述的超级锂离子电容器，其特征在于，所述锂盐为碳酸锂、磷酸铁 锂、钴酸锂和锰酸锂中的一种或多种的混合。5. 根据权利要求1所述的超级锂离子电容器，其特征在于，所述锂粉为纯锂粉、钝化锂 粉其中之一或两者混合物。6. 根据权利要求1所述的超级锂离子电容器，其特征在于，所述第一含碳活性层含有 活性炭，所述第二含碳活性层含有硬碳，或者所述第一含碳活性层含有硬碳，所述第二含碳 活性层...

【专利技术属性】
技术研发人员：王福英，
申请(专利权)人：凌容新能源科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31