[发明专利]负极片及其制备方法、锂离子超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及储能器件制备领域，特别是涉及一种负极片及其制备方法、以及采用该负极片的锂离子超级电容器。

背景技术

随着能源消耗，环境污染问题越来越突出，开发利用新能源越来越受关注。风能、太阳能等可再生能源受自然环境的影响，其电力输出具有不连续和不稳定性，解决风能、太阳能等新能源并网需要寻求高能量、高功率、长寿命的储能器件。同时电动汽车，能量回收系统，电动工具，功率脉冲电源等也需要高能量、高功率、长寿命的储能器件。

目前常用的储能器件有锂离子电池和超级电容器，广泛应用于电子设备，电动车，电动工具，后备电源，新能源并网储能电源等领域。锂离子电池具有能量密度高的优点，但存在使用寿命短，功率密度低的缺点。超级电容器具有输出功率大、循环寿命长的优点，但存在能量密度低的问题。因此，开发高能量密度、高功率、长寿命的储能器件显得越来越迫切。

近年来，一种由双电层电容正极和锂离子电池负极构成的电化学混合超级电容器逐渐成为研究热点，因其负极采用与锂离子电池体系相同的储能机理，富士重工SUBARU技术研究中心的Osamu Hatozaki等人将其称为锂离子超级电容器。其工作机理是：充电时，有机电解液中的锂离子嵌入到负极中形成嵌锂化合物，电解液中的阴离子则吸附在活性炭正极表面形成双电层；而放电时，锂离子从负极材料中脱出，正极与电解液界面产生的双电层解离，阴离子从正极表面释放。

传统超级电容器的电压通常在2.5～3V，而锂离子超级电容器负极采用石墨等嵌锂材料，其工作电压可以提高到4V，负极静电容量也大幅提高，与传统超级电容器相比，锂离子超级电容器的单元能量密度可提高3～4倍。

锂离子超级电容器的关键技术在于负极预嵌锂的实现，传统的做法是以金属锂片作为锂极(CN 101138058)，置于电极单元的上下两端，通过负极与锂极短路方法，实现负极的预嵌锂。为保证在短时间内使负极预嵌锂，采用穿孔箔作为正负极集流体，这样锂离子可以穿过电极移动，而不被电极阻断。然而，这种方法存在着负极片嵌锂量不均匀的问题，尤其在层叠片数多的结构中，在远离金属锂片的负极片的嵌锂量会比靠近金属锂片的负极片的嵌锂量少很多。

发明内容

基于此，有必要提供嵌锂量均匀的负极片及其制备方法。

此外，还有必要提供一种采用上述负极片的锂离子超级电容器。

一种负极片制备方法，包括如下步骤：

在集流体的表面涂覆负极活性物质浆料，烘干后辊压制成负极片半成品，其中，所述负极活性物质浆料中含有可嵌入脱出锂离子的活性材料；

在保护气体氛围下，将锂粉和有机催化剂溶解于有机溶剂中得到有机锂溶液；以及

在保护气体氛围下，将所述有机锂溶液喷涂或刷涂在所述负极片半成品表面，使有机锂溶液中的锂离子被还原成金属锂并嵌入所述负极片半成品内，最后将所述负极片半成品清洗后干燥，即为所述负极片。

在一个实施例中，所述可嵌入脱出锂离子的活性材料为石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、聚并苯、纳米碳材料、聚吡咯、聚噻吩、钛酸锂、钛氧化物、锡氧化物、硅氧化物、锡和硅中的至少一种；

所述可嵌入脱出锂离子的活性材料占所述负极活性物质浆料的质量百分数为20％～40％。

在一个实施例中，所述负极活性物质浆料按照质量百分数还包括50％～80％的溶剂、0.4％～10％的导电剂和0.4％～10％的粘结剂。

在一个实施例中，所述有机锂溶液中，锂离子的浓度为0.02mol/L～0.4mol/L。

在一个实施例中，所述有机催化剂为蒽、菲和萘中的至少一种。

在一个实施例中，所述有机锂溶液中，所述有机催化剂的浓度为0.1mol/L～0.5mol/L。

在一个实施例中，所述有机溶剂为二甲氧基乙烷、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇甲乙醚、三乙二醇二甲醚、叔丁基甲基醚和苯醚中的至少一种。

在一个实施例中，将所述负极片半成品清洗的操作为：用碳酸酯将所述负极片半成品清洗。

一种负极片，采用上述的负极片制备方法制备得到。

一种锂离子超级电容器，包括正极片、隔膜、负极片和电解液；所述负极片为如上述的负极片。