[发明专利]一种采用第三电极对锂离子电容器的嵌锂方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电容器的制造技术领域，特别是涉及一种采用第三电极对锂离子电容器的嵌锂方法。

背景技术

锂离子电容器是将锂离子电池与双电层超级电容器“内并”的新型混合储能器件，兼具锂离子电池的高比能量与超级电容器高比功率、长寿命等优点，在军工航天、绿色能源等领域具有广泛的应用前景。目前锂离子电容器的嵌锂方法一般采用富士重工业发明专利CN101138058B中的方法，即以锂金属为锂源，使用具有通孔的金属箔为集流体，将锂金属放置于负极相对的位置，通过短接锂金属与负极，利用锂金属与负极之间的电势差放电从而将锂嵌入负极中。该方法可得到能量密度和输出功率高的大容量大型蓄电装置，并具有良好的充放电特性，但存在以下问题：(1)锂箔化学性质极为活泼，使得锂离子电容器的生产对环境要求极高；(2)锂的用量需要精准控制，锂量过少对电压的改善达不到预期的效果，锂量过多又会使单体存在较大的安全隐患，因此单体一致性差；(3)锂离子电容器制造工艺复杂，且原材料成本、制造成本居高不下。

中国专利CN104681311A公开了将短接负极与锂金属的短路放电嵌锂方式改为在电芯在电解液中充放电，实现负极的嵌锂，取出电芯重新封装注液，该方法可以对锂离子电容器单体负极嵌锂起到不用到锂金属，过程比较安全的目的，但电解液里面的锂量较少，不能提供足够的锂给负极，嵌锂后重新封装过程中对环境要求高，工艺复杂，生产成本高。

郑剑平课题组有文章报道，使用表面具有钝化的纳米级金属锂粉作为锂源，与硬炭混合后用干法工艺制成负极，活性炭为正极组装成锂离子电容器单体。相比富士重工使用锂金属箔的结构，该结构的锂离子电容器可在干燥房中进行制造，无需要在手套箱内的苛刻环境下进行，大大增加了可操作性。但是钝化锂粉的价格高，干法工艺制备含钝化锂负极工艺复杂，不能大规模生产，锂金属嵌入负极上的碳材料后，电极上出现空隙，电导率下降，活性物质容易脱落。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用第三电极对锂离子电容器的嵌锂方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)以活性炭作为活性物质的浆料附着在有孔铝箔上制成正极；以硬炭材料作为活性物质的浆料附着于有孔铜箔上制成负极；PP/PE/PP三层聚合物为隔膜；将负极、隔膜、正极隔膜依次层叠或卷绕成电芯，并用胶带固定；将三个电芯的正极集流体跟正极的极耳焊接在一起，将三个电芯的负集流体跟极负极的极耳焊接在一起，然后并联焊接，把焊接好的电芯用铝塑封装膜封装，留一侧为注液口；

2)制作含锂金属第三电极，即在铜网上附着石墨浆料，再压上锂箔制成；

3)将第三电极的极片分别插入并联的极组之间，即在三个电芯两侧插入第三电极的极片，封装成待注液的电芯；从注液口注入含有锂盐的有机溶液；

4)将负极、第三电极分别连接充放电测试仪正负极，进行充电，完成对负极的嵌锂；完成负极嵌锂时间为2min～6min；

5)完成负极嵌锂后取出第三电极,抽气到10-20Pa,封口，完成锂离子电容器单体的制作；锂离子电容器内部不会出现锂金属嵌入负极后留下的空间，不会影响单体外观。

所述正极和负极中集流体为有孔集流体。

所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等可溶于有机溶剂的锂盐至少一种；有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯等中至少一种。

所述步骤4)中进行充电是用充放电测试仪的正负极分别接负极、第三电极，以10C的电流充电，充电至3.0V；

本发明的有益效果是与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)通过引入第三电极来对负极进行开口在线嵌锂，替代锂箔、纳米金属锂，大大降低了生产过程中的安全性；

(2)通过用不同极组并联组成电芯，极组间插入带锂第三电极对负极进行嵌锂，大大减短了嵌锂时间提高生产效率，开口嵌锂减少了制造程序，减少生产过程设备的使用，对降低成本起到关键作用；

(3)嵌锂过程使用大电流嵌锂，负极材料采用不定型碳材料，能够实现快速充电，同时不影响锂离子电容器的循环寿命。

(4)第三电极完成嵌锂后取出，成品中无多余的电极，不影响成品外观情况，简化工艺流程，可大规模工业化生产。

为了解决嵌锂时间长，负极嵌锂过程实现可控有利于电容器产品的循环，制造成本过高，可以提高生产过程的安全性，负极加入锂金属的同时不引入其他电极产品不影响产品外观，简化工艺流程，适用于工业化生产。

附图说明

图1为锂离子电容器单体结构示意图。