[发明专利]锂离子电容器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学储能器件，特别是涉及一种锂离子电容器及其制作方法。

背景技术

锂离子电容器由于具有高功率、充放电速度快、低自放电、高电压和高比能量的特点，在瞬间补偿装置和不间断电源（UPS）等电力备用市场、电力车和混合动力车等电力再生市场、太阳能发电和风力发电等负荷平均化市场以及复印机等电力辅助市场具有广泛的应用前景，尤其是在电力再生市场规模最大。

锂离子电容器主要包括外壳、正极、负极、隔膜和电解液。其中正极一般使用锂金属氧化物作为活性材料，负极一般使用石墨、硬炭等碳素材料作为活性材料。

现有的锂离子电容器存在的最大问题是能量密度较低，一般在20～30Wh/kg（如中国专利文献CN103050295A、CN104599859A、CN104157466A、CN104392846A等等），也有一些文献报道可将能量密度提高到50Wh/kg以上甚至100Wh/kg左右的，但是这些文献存在制作成本昂贵、制作工艺复杂等缺陷，不适于规模化生产。

发明内容

本发明的目的之一在于解决上述问题，提供一种能量密度较高且制作工艺简单、制作成本较低、适于规模化生产的锂离子电容器。

本发明的目的之二在于提供上述锂离子电容器的制作方法。

实现本发明目的之一的技术方案是：一种锂离子电容器，包括外壳、正极、负极、隔膜和电解液。

申请人在进行锂离子电容器的研发过程中意外地发现：以LiMn₂O₄作为正极的活性材料同时以Li₄Ti₅O₁₂作为负极的活性材料，并且在正极和负极中均加入适量的活性炭则能够明显提高锂离子电容器的能量密度。

因此，上述正极由LiMn₂O₄、活性炭、导电剂以及粘结剂制成；上述负极由Li₄Ti₅O₁₂、活性炭、导电剂以及粘结剂制成。

对于活性炭的选取，以比表面积不小于1500m²/g的活性炭为佳。

申请人还发现：活性炭的加入量对于整个锂离子电容器的性能也是有较大影响的，活性炭的加入量过多，势必会减少锂金属氧化物的加入量，这样会大大影响锂离子电容器的性能，但是活性炭的加入量过少，则对于整个锂离子电容器的性能提升效果不明显。

因此，上述正极中，LiMn₂O₄的重量份为40～80，活性炭的重量份为10～40，导电剂的重量份为5～10，粘结剂的重量份为10～20；优选为LiMn₂O₄的重量份为60～80，活性炭的重量份为10～20，导电剂的重量份为5～10，粘结剂的重量份为10～20；更优选为LiMn₂O₄的重量份为80，活性炭的重量份为20，导电剂的重量份为10，粘结剂的重量份为10。

上述负极中，Li₄Ti₅O₁₂的重量份为40～70，活性炭的重量份为10～40，导电剂的重量份为5～10，粘结剂的重量份为10～20；优选为Li₄Ti₅O₁₂的重量份为60～70，活性炭的重量份为10～20，导电剂的重量份为5～10，粘结剂的重量份为10～20；更优选为Li₄Ti₅O₁₂的重量份为70，活性炭的重量份为10，导电剂的重量份为10，粘结剂的重量份为10。

申请人还发现：当上述正极中Li₄Ti₅O₁₂、活性炭以及导电剂的重量之和与上述负极中Li₄Ti₅O₁₂、活性炭以及导电剂的重量之和的比为0.5∶1～1.55∶1时，更有利于提高锂离子电容器的能量密度，增加其使用寿命；尤其以1.1∶1～1.3∶1的重量比最佳。

对于正极（和负极）中的导电剂和粘结剂，可以采用本领域的现有技术来实现，本发明在此不作具体限定。