[发明专利]一种锂离子超级电容器负极预嵌锂的方法

说明书

本发明涉及一种锂离子超级电容器负极预嵌锂的方法，包括正极、隔膜、负极，以及位于正极与负极之间的电解液；所述的正极材料包括活性材料和预嵌锂添加剂；其中，预嵌锂添加剂与负极材料的质量比为1：100～10：1；将正极、隔膜、负极组装成锂离子超级电容器，加入电解液后对电池充电预嵌锂。较没有预嵌锂的锂离子电容器的循环稳定性更好，安全、可靠、成本低。

技术领域

本发明涉及电化学储能领域。

背景技术

锂离子超级电容器作为一种储能器件，具有安全性高，使用寿命长，功率高等优点，它结合了普通的双电层电容器和锂离子电池的优势，所以在移动通讯、启动电源、备用电源等领域都有更好的应用前景。

锂离子超级电容器具有以下特点：(1)相对于锂离子电池来说，拥有更高的功率密度，在大电流应用场合特别是高能脉冲环境，可以更好的满足功率要求。(2)充放电循环时间很短，远远小于蓄电池的充放循环时间。(3)电池使用寿命长，终身无须维护。(4)运行温度宽可以在-45～85℃的范围内正常工作。

大部分锂离子超级电容器均采用炭质材料为负极。为了提高电容器的循环性，都需要使用预嵌锂技术。

早在2006年富士重工公布的一种锂离子超级电容器，其比能量可达12-30Wh/kg，30万次循环后容量保持率仍在96％以上，其优异的循环性得益于预嵌锂处理。

预嵌锂技术是锂离子超级电容器制造技术中至关重要的一环，制造成本高且工艺复杂，是公认的技术难点。现有资料已经揭示了锂离子超级电容器的多种制作技术，锂源的选择、赋锂过程实现方式、锂掺杂量等因素决定着器件性能、制造成本、可靠性。

富士重工使用多孔金属箔作为集流体，在最外层负极相对的位置放置一片锂箔，这样即使是含有多层电极的单体，Li+也可自由通过附着于集流体上的涂层而在电极层叠单元内移动，从而将Li+掺杂到负极中。这种预嵌锂方法需要使用金属锂作为锂源，对制成环境要求苛刻，而且有极大的安全隐患。

同济大学的郑剑平教授使用粒径为10～200nm、表面具有钝化膜的稳定金属锂粉(SLMP)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LIC单体，测试结果表明，单体比能量约为25Wh/kg，44C倍率的放电比能量约为2.4C时的60％，600次循环后单体的电容减少量低于3％。相比富士重工使用锂金属箔的结构，该结构的LIC可在干燥房中进行制造，而无需手套箱的苛刻环境，大大增加了可操作性。

北京理工大学的吴峰等采用具有一定不可逆脱锂性质的富锂化合物，如钴酸锂，锰酸锂等，使锂离子超级电容器的组装工艺得到极大改善，电容器的制造成本以及安全性有明显改善的同时，也会给电池增加一部分不必要的质量，降低了电池的能量密度，特别是在需要预嵌锂程度很大的情况下。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种锂离子超级电容器以及负极预嵌锂的方法，这种方法既能在正常的锂电池涂布环境中制备电极，又很好的安全性的同时，也不会增加电池的质量，能够极大的降低成本。

为达到上述目的，采用的具体技术方案如下，

一种锂离子超级电容器负极预嵌锂的方法，包括正极、隔膜、负极，以及位于正极与负极之间的电解液；

所述的正极材料包括活性材料和预嵌锂添加剂；

所述的负极材料包括天然石墨、硬炭、中间相微珠炭、无定形炭、硅、二氧化硅、炭硅复合物、钛酸锂中的一种或者两种以上；

其中，预嵌锂添加剂与负极材料的质量比为1：100～10：1；

将正极、隔膜、负极组装成锂离子超级电容器，加入电解液后对电池充电预嵌锂。

电池充电预嵌锂方法包括恒流预嵌锂或恒压预嵌锂；