[实用新型]一种长寿命补偿式锂离子电容器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电化学储能器件，特别涉及一种长寿命补偿式锂离子电容器。 

背景技术

随着社会的发展，人类即面临着煤、石油等不可再生能源的日益枯竭，也面临着严重的环境污染问题。以太阳能、风能等为代表的新能源领域，以及采用高性能储能元器件代替石油驱动汽车以实现减排的电动汽车行业，对储能装置的能量密度、功率密度和使用寿命提出了更加深刻的要求。 

锂离子电容器是一种新型储能器件，正极与负极充放电原理不同。在设计上采用了双电层电容器和电化学储锂的原理，在构造上采用了锂离子电池的负极材料与双电层电容器的正极材料之组合（即负极采用石墨等储锂炭材料，正极采用活性炭）；锂离子电容器的工作电压（2.0～4.0 V）可以与锂离子电池相媲美，从而大大提高了电容器的能量密度（30 Wh/kg）；锂离子电容器具有与双电层电容器相似的快速充电速度，而能量密度却远高于双电层电容器（< 5 Wh/kg），自放电也小；相比锂离子电池，锂离子电容器的安全性也更高。在太阳能发电、风力发电、电动汽车、不间断电源系统(UPS)、建设工程电梯等领域中，展示了很好的应用前景。 

在以锂盐为电解质的电解液中，正极活性炭的开路电位为 ~ 3V vs. Li⁺/Li，负极石墨材料的开路电位也为 ~ 3 V vs. Li⁺/Li，且石墨材料的嵌锂容量是活性炭材料的5 倍左右。 

为了使该体系下的锂离子电容器能够正常稳定工作，且能量密度最大化，一般采用预嵌锂方式，将石墨电位降到嵌锂平台0.2 V vs. Li⁺/Li 以下，再与正极活性炭组合构成锂离子电容器。 

但目前存在的问题是，在反复的充放电过程中，由于负极石墨中的锂离子缓慢的自放电或迁移出石墨层，造成石墨一端电势对金属锂逐渐升高，此时为了保持恒定的工作电压，正极活性炭的电位也在逐渐上升（> 0.2 V vs. Li⁺/Li），从而锂离子电容器的容量开始衰减，相应的能量密度逐渐降低，严重影响了锂离子电容器的长期使用寿命。 

发明内容

本实用新型的目的就是要提供一种具有长寿命补偿式锂离子电容器。 

本实用新型的目的是这样实现的，该锂离子电容器包括锂辅助电极、正极、负极、 

隔膜、电解液，电容器单元可以采用叠层或卷绕结构，所述的锂单独构成一个辅助电极，该

电极通过集流体和极耳引出。

所述的锂离子电容器，锂可以为金属单质锂，其形态可以为片状、粉末。 

所述的锂离子电容器，锂辅助电极是将金属单质锂压实并填充于铜网、钛网或不锈 

钢网等集流体上，并通过极耳引出，形成单独的辅助电极。

所述锂离子电容器，锂辅助电极在电容器单元中的位置，若采用多层叠片结构，锂辅 

助电极可以位于电芯的最外一端，也可以位于叠片结构中的多层；若采用卷绕结构，锂辅助

电极可以位于电芯的最中间位置或外侧。

本实用新型具有以下优点和积极效果： 

本实用新型中，当锂离子电容器在反复充放电使用过程中，当负极锂离子由于自放电或迁移

出石墨层时，可以将负极石墨与锂辅助电极构成回路，多次通过向石墨电极中补偿锂离子，

从而达到石墨电极电势始终保持在 0.2 vs. Li⁺/Li 以下平台工作，锂离子电容器的容量得以

保持，能量密度得以维持，大大延长了电容器的长期有效使用寿命。

附图说明

附图1 为本实用新型一种采用叠片结构组成的补偿式锂离子电容器结构单元，锂辅 

助电极位于电芯的最外一端。图中1为锂辅助电极，2为正极，3为负极，4为隔膜，5为极耳，6为电解液，外壳，1a为辅助电极集流体，2a为正极集流体，3a为负极集流体，5a为正极极耳，5b为负极极耳，5c为辅助电极极耳。

附图2 为本实用新型另外一种采用叠片结构组成的补偿式锂离子电容器结构单元，锂辅助电极位于电芯中多个位置。图中1为锂辅助电极，2为正极，3为负极，4为隔膜，5为极耳，6为电解液，外壳，1a为辅助电极集流体，2a为正极集流体，3a为负极集流体，5a为正极极耳，5b为负极极耳，5c为辅助电极极耳。 

附图3 为本实用新型一种采用卷绕结构组成的补偿式锂离子电容器结构单元，锂辅