[发明专利]一种锂离子电容器

说明书

技术领域

本发明涉及化学电源领域，特别地涉及一种具有高能量密度和长循环寿命的锂离子电容器。 

背景技术

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然受到制约。因此近年来，把锂离子二次电池和双电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、硬炭等炭素材料，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中公开了一种锂离子电容器，这种锂离子电容器使用的正极集流体和负极集流体均具有贯穿正反面的孔，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。 

发明内容

本发明克服现有技术中的不足，提出一种锂离子电容器，包括正极、负极、隔膜和电解液，其特征在于：所述正极和负极由活性物质和无孔集流体组成，所述正极的活性物质为活性炭材料和金属锂片，负极的活性物质为硬炭。 

较优地，所述负极活性物质的容量与正极活性物质活性炭的容量的比例为5：1～10：1。 

较优地，所述金属锂片活性物质的容量是负极硬炭活性物质的容量的10%-80%。 

较优地，所述正极无孔集流体为阴极箔，负极无孔集流体为铜箔。 

较优地，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酯组成，添加剂有成膜稳定剂、高温稳定剂和高压过充保护剂等。 

其中，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；所述链状碳酸酯包括二甲基碳酸酯（DMC），二乙基碳酸酯（DEC），乙基甲基碳酸酯（EMC），碳酸甲乙酯（MPC）等一种或几种。 

其中，所述成膜稳定剂选自碳酸亚乙烯酯（VC）、乙酸乙烯酯（VA）、烯丙基乙基碳酸酯(AEC)、乙烯基碳酸乙烯酯(VEC)、二氧化碳（CO₂）、二氧化硫（SO₂）、亚硫酸乙烯酯（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。 

其中，所述高温保护剂选自双草酸硼酸锂（LiBOB）、二甲基乙酰胺（DMAC）中的一种或几种。 

其中，所述高压过充保护剂选自联苯（BP）、环已基苯（CHB）、焦炭酸酯、萘、环已烷、环已烯、苯、甲苯、苯基金刚烷、金刚烷、1，3，5-三氰基苯、咪唑钠、噻蒽、蒽或丁基二茂铁等中的一种或几种。 

其中，所述隔膜包括聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、复合膜、无机陶瓷膜、纸隔膜。 

一种制备上述锂离子电容器的方法，其特征在于包括如下步骤： 

1）正极片的制作：将活性炭、导电剂和粘结剂混合，调成浆料，然后涂布在无孔集流体上，经烘干、碾压、裁片、真空干燥制作成极片；将锂片辊压、裁成与活性炭极片一样的尺寸，压制在活性炭极片表面；

2）负极片的制作：将硬炭、导电剂和粘结剂混合调成浆料，涂布在无孔集流体上，经烘干、碾压、裁片、真空干燥制作成负极片；

3）放入隔膜，注入电解液，组装成电容器；

4）用电流对电容器进行充电，使得负极的荷电状态（SOC）为80%。

本发明提出的电容器，正负极均采用无孔集流体，正极活性物质为活性炭和锂片，负极活性物质为硬炭，用电化学的预掺杂方法使得硬炭的初始荷电状态达到10%-80%，制备过程简单，集流体不需要经过特殊处理，容易获得。最终得到的电容器的工作电压可达到3.8V，比能量可达到20Wh/kg，循环寿命可达到10万次。 

具体实施方式

下面结合具体实施例详细说明本发明的技术方案。