【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及于锂离子电池，尤其涉及一种锂离子超级电容器单体及其化成方法。
技术介绍
1、锂离子超级电容器（以下简称锂超容）是一种兼具高能量密度，高功率密度，长循环寿命的混合储能器件。其在储能机理上融合了锂离子电池的法拉第储能及超级电容器的非法拉第储能，同时在一定程度上也具备了两者的优点。
2、目前，锂超容阳极材料为锂电池阳极活性物质与超级电容器常用碳材料的混合，阳极材料为无定形碳，电解液成分与锂电池基本一致。因此，同锂离子电池相似的，锂超容在完成装配后也需要化成充电以达到激活正负极活性材料，并在负极表面形成sei膜的过程。不同的是，锂超容做为一种高功率密度，长循环寿命的混合储能器件需要在≥5c循环电流的条件下，至少完成万次循环的目的。为此，需要探究合适的电芯化成工艺，以达到激活电极材料、改善电芯界面、自放电、软包电池硬度等一系列参数的目的。
3、而硬碳作为一种常用于锂超容阳极的无定形碳材料，却受限于其材料本身的官能团、杂质及微孔缺陷导致的容量不可逆，面临着化成首效偏低的问题。同时，若是无法在化成阶段充分消耗硬碳的不可逆活性位点并形成稳定的sei膜（界面电解质膜），锂超容在后续的5c高倍率循环过程中也将面临着容量快速衰减，循环寿命大打折扣的问题。
4、现有技术中，cn102916224a公开了一种活性物质包含无定形碳材料的锂离子电池化成方法，所述化成过程至少包括充电和静置两个步骤，其特征在于：所述锂离子电池的电池平衡比为(1.04-1)：1，同时化成结束时阳极电位在0.03-0v之间。cn11
5、但上述专利申请中的技术方案多为1左右的电池设计平衡比，此类方案在石墨负极类电池体系下可有效解决负极防析锂及生产工序能力的问题，但由于硬碳材料不易析锂的特性，可适当放宽平衡比。同时，硬碳在高倍率条件下易发生容量衰减，尤其是孔吸附区贡献容量的下降，会对循环寿命造成一定的影响。为此，提升n/p比，让负极处于浅充放状态有利于万次循环寿命保持及荷电性能的提升。
技术实现思路
1、硬碳作为一种无定形碳其层间距d002比石墨大，脱嵌锂电位高于石墨，具有优异的倍率充放电、低温性能，但由于热处理温度低、材料比表面积大，与磷酸铁锂、镍钴锰酸锂等组成电池后，首次化成充电时消耗阳极大量锂离子，造成首效偏低，进而影响电池容量的问题。目前已有的大量使用无定形碳的化成工艺趋向于将电池的平衡比值控制在0.7~1.04之间，设计的阳极容量与阳极容量基本保持一致，甚至低于阳极容量，但并未明显提升高倍率循环的电芯寿命及高温荷电能力。
2、而本专利技术发现，通过进一步增大电池的平衡比，能够改善高倍率循环器件的循环稳定性及荷电能力。
3、基于此，本专利技术具有如下技术方案：
4、第一方面，本专利技术提供一种锂离子超级电容器单体，锂超容的平衡比为（1.1~2.2）：1；
5、所述平衡比的计算公式为：(ac×ad×al)/(cc×cd×cl)；
6、其中，ac为阳极活性物质的放电克容量，单位为mah/g；
7、ad为阳极材料的面密度，单位为g/m2；
8、al为阳极活性物质在阳极整体中的负载占比，
9、cc为阴极活性物质的放电克容量，单位为mah/g；
10、cd为阴极材料的面密度，单位为g/m2；
11、cl为阴极活性物质在阴极整体中的负载占比。
12、本专利技术中，锂超容的平衡比为可以为1.1：1、1.2：1、1.3：1、1.4：1、1.5：1、1.6：1、1.7：1、1.8：1、1.9：1、2：1、2.1：1或2.2：1等数值。
13、本专利技术中，所述锂离子超级电容器单体包括阳极、阴极、隔膜、电解液、结构件及辅料。
14、作为优选，所述阳极活性物质包括石墨、硅化物、无定型碳、活性炭和碳微球中的一种或几种；其中，所述无定型碳占阳极活性物质总质量的10~95%。
15、更优选地，所述无定型碳占阳极活性物质总质量的5~50%；进一步优选地，所述无定型碳占阳极活性物质总质量的5~30%；例如，5%、10%、15%、20%、25%或30%等数值。
16、作为优选，所述阴极活性物质包括锂镍钴锰、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、钴酸锂和磷酸钒锂中的一种或几种，其中磷酸铁锂占阴极活性物质总质量的10~95%。
17、更优选地，磷酸铁锂占阴极活性物质总质量的50~95%；例如，50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%或95%等数值。
18、在本专利技术中，所述隔膜允许离子在电解液中自由移动，以维持电容器的充放电过程，本领域技术人员可以根据需要选择本领域已经公开的、常规的隔膜，在此不对其进行进一步限定。
19、本专利技术中，结构件包括电容器的外壳、端子、连接件等，为电容器提供机械支撑和保护。辅料包括粘合剂、导电剂、电解液添加剂等，用于改善电容器的性能和稳定性。
20、第二方面，本专利技术提供一种锂离子超级电容器单体的化成方法，包括：
21、s1：恒流充电至电芯化成充电容量的5~15%；
22、s2：静置后恒流充电至电芯化成充电容量的25~35%；
23、s3：静置后恒流充电至3.65v的截止电压；
24、s4：静置后恒流充电至3.75~3.85v的截止电压，停止充电。
25、本专利技术中，一方面通过阶梯状小电流的化成充电工艺，在无定型碳负极表面形成均匀稳定的sei膜，并通过提高化成截止电压的方式，使得电池在首次充电结束时，阳极最低电位达到0.06v左右，从而消耗了部分不可逆活性点。另一方面，由于阳极容量的过量设计，使得电芯在高截止电压状态下，也能杜绝阳极表面的析锂现象，进而大大提升了电池的安全性能；同时，过量的阳极也保证了锂超容在高倍率充放电下的循环寿命。
26、作为优选，s1中的充电电流为0.01~0.05 c，例如，0.01 c、0.02 c、0.03 c、0.04 c以及0.05 c等数值。
27、作为优选，s2中的充电电流为0.1~0.2 c，例如，0.1 c、0.2 c、0.3 c、0.4 c以及0.5 c等数值。
28、作为优选，s3中的充电方式为恒流恒压充电，截止电流0.05 c。
29、作为优选，所述静置的时间为3~5 min，例如，3 m本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂离子超级电容器单体，其特征在于，锂超容的平衡比为（1.1~2.2）：1；
2.根据权利要求1所述的锂离子超级电容器单体，其特征在于，所述阳极活性物质包括石墨、硅化物、无定型碳、活性炭和碳微球中的一种或几种；其中，所述无定型碳占阳极活性物质总质量的10~95%。
3.根据权利要求2所述的锂离子超级电容器单体，其特征在于，所述无定型碳占阳极活性物质总质量的5~50%；优选地，所述无定型碳占阳极活性物质总质量的5~30%。
4.根据权利要求2所述的锂离子超级电容器单体，其特征在于，所述阴极活性物质包括锂镍钴锰、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、钴酸锂和磷酸钒锂中的一种或几种，其中磷酸铁锂占阴极活性物质总质量的10~95%。
5.根据权利要求4所述的锂离子超级电容器单体，其特征在于，磷酸铁锂占阴极活性物质总质量的50~95%。
6.一种锂离子超级电容器单体的化成方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的锂离子超级电容器单体的化成方法，其特征在于，S1中的充电电流为0.01~0.05 C；和/或，S2中的
8.根据权利要求6所述的锂离子超级电容器单体的化成方法，其特征在于，S3中的充电方式为恒流恒压充电，截止电流0.05 C。
9.根据权利要求6所述的锂离子超级电容器单体的化成方法，其特征在于，所述静置的时间为3~5 min。
10.根据权利要求6所述的锂离子超级电容器单体的化成方法，其特征在于，所述化成的温度为30~45 ℃。
...【技术特征摘要】
1.一种锂离子超级电容器单体，其特征在于，锂超容的平衡比为（1.1~2.2）：1；
2.根据权利要求1所述的锂离子超级电容器单体，其特征在于，所述阳极活性物质包括石墨、硅化物、无定型碳、活性炭和碳微球中的一种或几种；其中，所述无定型碳占阳极活性物质总质量的10~95%。
3.根据权利要求2所述的锂离子超级电容器单体，其特征在于，所述无定型碳占阳极活性物质总质量的5~50%；优选地，所述无定型碳占阳极活性物质总质量的5~30%。
4.根据权利要求2所述的锂离子超级电容器单体，其特征在于，所述阴极活性物质包括锂镍钴锰、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、钴酸锂和磷酸钒锂中的一种或几种，其中磷酸铁锂占阴极活性物质总质量的10~95%。
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：施伟博，缪永华，杨伟，任大卫，吴文静，李兰心，
申请(专利权)人：中天储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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