锂离子电容器中的源自酚醛树脂的碳阳极制造技术

生产用于锂离子电容器的阳极的方法，碳材料基于酚醛树脂来源。该方法包括：在950‑1150℃的惰性气氛中对酚醛树脂进行热处理以产生碳颗粒的第一步骤，然后用酸对颗粒进行处理，之后用碱对它们进行处理，在950‑1700℃的惰性气氛中对经过酸和碱处理的碳颗粒进行第二次热处理，将经过第二次热处理的碳颗粒与粘合剂和溶剂混合以形成混合物，以及将混合物施涂到导电集流器上以形成电极。

Carbon anode derived from phenolic resin in lithium ion capacitor

A method for producing anodes for lithium ion capacitors, based on phenolic resin sources. The method includes: heat treatment of phenolic resin in an inert atmosphere of 950 1150 DEG C to produce carbon particles first step, and then use the acid of granule treatment, after they were treated with alkali, second times of heat treatment on carbon particles treated by alkali and acid in an inert atmosphere of 950 1700 C in the second after heat treatment of carbon particles and a binder and a solvent to form a mixture, and the mixture is applied to the collector to form a conductive electrode.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂离子电容器中的源自酚醛树脂的碳阳极优先权申请的交叉参考本申请根据35U.S.C.§120，要求2015年1月30日提交的美国申请序列第14/610848号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。相关申请的交叉参考本申请涉及如下同时提交的且共同拥有和转让的USSN申请：2015年1月30日提交的题为“COKESOURCEDANODEFORLITHIUMIONCAPACITOR(用于锂离子电容器的源自焦炭的阳极)”的第14/610,752号；2015年1月30日提交的题为“ANODEFORLITHIUMIONCAPACITOR(用于锂离子电容器的阳极)”的第14/610782号；2015年1月30日提交的题为“POLY-VINYLIDENEDIFLUORIDEANODEINALITHIUMIONCAPACITOR(锂离子电容器中的聚偏二氟乙烯阳极)”的第14/610811号；以及2015年1月30日提交的题为“CATHODEFORLITHIUMIONCAPACITOR(用于锂离子电容器的阴极)”的第14/610868号，但是本文没有要求它们的优先权。本文所述的出版物或专利文献的全文内容分别通过参考结合于本文。
技术介绍
本公开涉及锂离子电容器(LIC)、LIC中的阳极以及阳极中的碳组合物。
技术实现思路
在一些实施方式中，本公开提供了用于锂离子电容器中的阳极的源自酚醛树脂的碳组合物。在一些实施方式中，本公开提供了用于锂离子电容器的阳极，其具有由酚醛树脂来源获得的1-500m2/g的低表面积碳。附图说明在本公开的实施方式中：图1显示如下不同碳的拉曼谱图频移和强度对比：碳1(比较例1)(100)；碳2(比较例2)(110)；碳3(实施例1)(120)；以及碳4(实施例2)(130)。图2显示基于不同源材料或不同加工的碳1至4的调节循环的放电容量。图3所示的体积拉贡图对比了来自不同源材料或不同加工的碳1至4的速率性能。具体实施方式下面将参考附图(如果存在的话)详细描述本文的各种实施方式。对各种实施方式的参考不限制本专利技术的范围，本专利技术范围仅受所附权利要求书的范围的限制。此外，在本说明书中列出的任何实施例都不是限制性的，且仅列出要求保护的本专利技术的诸多可能实施方式中的一些实施方式。任一项权利要求所述的特征或方面一般在本专利技术的所有方面适用。在任一项权利要求中所述的任意单个或多个特征或方面可以结合或与任一项或多项其它权利要求中所述的任意其它特征或方面结合或置换。定义“碳”、“碳组合物”、“阳极碳”或者类似术语指的是本专利技术的源自酚醛树脂的碳材料，其在惰性气氛中经过热处理并且表面积为1-500m2/g。“活性炭”、“阴极碳”、“康宁(Corning)碳”或者类似术语指的是已知的源自小麦粉的碳材料，其在惰性气氛中经过热处理并且具有高孔隙度和高表面积。“拉曼结构分析”、“拉曼分析”或者类似术语涉及且依赖于无序峰(D峰)、石墨峰(G峰)以及峰强度比ID/IG的考虑。D峰强度(ID)涉及碳中的无序程度，而G峰强度(IG)涉及高度取向的石墨平面的程度。峰强度比ID/IG得到了碳结构的量化。ID/IG的峰比越高，碳的无序越高。“阳极”、“阳极电极”、“负电极”或者类似术语指的是这样的电极，通过该电极，正电荷流入极化电子器件中，以及电子流出电极到达外部电路。“包括”、“包含”或者类似术语表示包括但不限于，即内含而非排它。本文所述的实施方式中用来对例如组合物中成分的量、浓度、体积、加工温度、加工时间、产率、流速、压力、粘度和类似数值及其范围或者组件的尺寸以及类似数值及其范围进行修饰的“约”是指可能发生的数值量的改变，例如，源自制备材料、组合物、复合体、浓缩物、组件部件、制品或使用制剂所用的常规测量和操作过程；源自这些过程中的偶然性误差；源自用来实施所述方法的起始材料或成分的制造、来源或纯度的差异；以及类似因素。术语“约”还包括由于具有特定初始浓度或混合物的组合物或制剂的老化而不同的量，以及由于混合或加工具有特定初始浓度或混合物的组合物或制剂而不同的量。“任选的”或“任选地”指的是随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，描述内容包括事件或情况发生的场合以及事件或情况没有发生的场合。除非另外说明，否则本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其相应的定冠词“该”表示至少一(个/种)，或者一(个/种)或多(个/种)。可采用本领域普通技术人员熟知的缩写(例如，表示小时的“h”或“hr”，表示克的“g”或“gm”，表示毫升的“mL”，表示室温的“rt”，表示纳米的“nm”以及类似缩写)。在组分、成分、添加剂、尺度、条件、时间和类似方面公开的具体和优选的值及其范围仅用于说明，它们不排除其他限定值或限定范围内的其他值。本文的组合物和方法可包括本文所述的任何数值或数值、具体数值、更具体的数值和优选数值的任何组合，包括明示或暗示的中间值和范围。锂离子电容器(LIC)是一类新的创新型混合储能装置。不同于基于两个电极上的双层机制储存能量的EDLC，混合锂离子电容器在阴极上经由双层机制储存能量而在阳极上经由法拉第机制储存能量。作为结果，此类装置中的能量密度会是例如EDLC的五倍，同时维持功率也是EDLC功率的3-4倍。尽管存在法拉第储能机制，这些LIC装置仍然显示出非常高的循环寿命，例如，超过200,000次循环，使得装置对于许多应用具有吸引力。LIC在正电极(即，阴极)上采用高表面积(通常大于1000m2/g)碳，在负电极(即，阳极)上插入具有低孔隙度和低表面积(通常小于300m2/g)的碳，高表面积碳与低表面积碳的组合支撑了锂离子的快速插入和脱出。在充电和放电过程中，在阳极的块体中发生锂的插入和脱出，而在阴极处发生阴离子的吸附和解吸附。正电极上的吸附和解吸附是非法拉第反应，这比负电极上的锂离子插入和脱出相对更快。在锂离子电容器中，负电极(插入和脱出)可以预掺杂锂金属。锂离子电容器的预掺杂能够实现将电压增加到近似约为3.8伏特。锂离子电容器允许比EDLC高约1.5倍的电压。电池容量(C＝Q/V)可以通过充电-放电曲线描述。由于能量密度和功率两者都与电压的平方成比例，因此装置具有明显的能量和功率密度的增加。除了电压相关的增加之外，法拉第反应还具有与其相关的明显更大的能量，得到能量和功率密度的增加。在电池的充电和放电过程中，负电极保持恒定或者平坦电势。阳极的性质对于装置的性能是重要的。这些性质主要源自构成阳极的材料，例如碳材料。虽然都涉及将锂离子插入碳结构中，但是Li离子电容器阳极所需的性质与Li离子电池阳极所需的性质是不同的。Li离子电容器是能源装置，因此离子的快速插入-脱出是必需的，而对于Li离子电池而言，缓慢的插入速率是可接受的。在一些实施方式中，本公开提供了用于锂离子电容器的阳极的碳。在所需的高充电-放电速率获得了所提供的数据。在锂离子电池中，阴极电化学过程是速率控制，而在锂离子电容器中，阳极电化学过程是速率控制。阳极侧基本上控制了主要性质，例如充电和放电容量，这直接影响锂离子电容器的能量和功率性能。已经评估了不同类型的碳作为锂离子电容器中的阳极材料。石墨是一种材料选择，但是也评估了硬碳材料(即具有低表面积的非石墨材料)。由于结构差异，硬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电容器中的阳极，其包括：碳组合物，其包含：85‑95重量％的源自酚醛树脂的碳；1‑8重量％的导电碳；以及3‑10重量％的粘合剂；以及支撑了所述碳组合物的导电基材，其中，通过拉曼分析得到的所述源自酚醛树脂的碳的无序峰(D峰)与石墨峰(G峰)强度比是1.40‑1.9；氢含量是0.05‑0.5重量％；氮含量是0.05‑0.5重量％；以及氧含量是0.05‑1.75重量％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.30 US 14/610,8481.一种锂离子电容器中的阳极，其包括：碳组合物，其包含：85-95重量％的源自酚醛树脂的碳；1-8重量％的导电碳；以及3-10重量％的粘合剂；以及支撑了所述碳组合物的导电基材，其中，通过拉曼分析得到的所述源自酚醛树脂的碳的无序峰(D峰)与石墨峰(G峰)强度比是1.40-1.9；氢含量是0.05-0.5重量％；氮含量是0.05-0.5重量％；以及氧含量是0.05-1.75重量％。2.如权利要求1所述的阳极电极，其特征在于：所述源自酚醛树脂的碳是88-92重量％；所述导电碳是4-7重量％；以及所述粘合剂是4-6重量％的PVDF，并且分子量是300,000至1,000,000。3.如权利要求1-2中任一项所述的阳极电极，其特征在于，通过拉曼分析，所述源自酚醛树脂的碳具有1.55-1.95的无序峰(D峰)与石墨峰(G峰)强度比。4.如权利要求1-3中任一项所述的阳极，所述阳极还包含涂覆在所述阳极的至少一部分表面上的锂复合物粉末。5.如权利要求1-4中任一项所述的阳极电极，其特征在于，所述源自酚醛树脂的碳的氢含量为0.05-0.25重量％、氮含量为0.05-0.5重量％以及氧含量为0.05-0.5重量％。6.如权利要求1-5中任一项所述的阳极电极，其特征在于，所述源自酚醛树脂的碳具有1-500m2/g的低表面积和1-30微米的...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·P·加德卡埃，R·S·卡达姆，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US