[发明专利]锂离子电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电容器技术领域，具体来说，涉及一种锂离子电容器及其制备方法。

背景技术

近年来，电动汽车(EV)或将内燃机和电动机组合而成的混合电动汽车(HEV)用的清洁能源得以快速发展。但是车载用的能量储存器件与普通电子器件相比，有更严格的使用条件，不仅要求高能量密度，而且要求更高的循环寿命和倍率性能。锂离子电池虽然能量密度高，但是在安全性、循环寿命和倍率性能仍存在问题。超级电容器虽然具有较高的功率密度，但其能量密度较低，难以满足电动汽车对续航里程的进一步要求。锂离子电容器兼顾了锂离子电池的高能量密度、超级电池器的高倍率性能和长循环寿命，凭借其优良的大倍率充放电性能和几千乃至上万次的循环寿命，使其有潜力作为电动汽车优良的能源器件。

常见的锂离子电容器主要是由电容特性的多孔碳正极材料和电池特性的嵌锂碳负极材料组成。在保持正负极质量比一定的情况下，正极材料很大程度上限制了锂离子电容的能量密度。而作为嵌锂的负极材料，通常有石墨、硬碳，但是二者都存在一定的问题；石墨的层状结构不利于锂离子的快速脱嵌，很大程度上限制了材料在锂离子电容器中的大倍率充放电性能；硬碳虽然大倍率充放电性能良好，但是没有明显的嵌锂平台和其相对较小的嵌锂容量，在一定程度上限制了其在锂电容中的应用。从锂离子电容器器件来看，正负极材料的成本占整个器件成本的很大一部分；由于正负极材料的要求不同，往往需要采用不同的原料和工艺分别制备正负极材料，增加了设备和工艺的成本，极大地限制了锂离子电容在市场中的应用。因此，开发制备锂离子电容器正负极材料的高效可控方法，成为推动锂离子电容器发展的重要手段。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种锂离子电容器，其中正极材料电极材料电容量大，负极材料具有一定的电压平台、较高的容量和更好的倍率性能。还提供了上述锂离子电容器的制备方法，制备过程简单、可控。

为解决上述技术问题，本发明提供一种锂离子电容器，包括正极材料和负极材料，所述正极材料为多孔碳材料；所述负极材料为石墨化碳材料；所述多孔碳材料以造孔剂或造孔剂和催化剂的混合物为原料，与碳源混合后、热处理制备得到；所述石墨化碳材料以将催化剂或造孔剂和催化剂的混合物原料，与碳源混合后、热处理制备得到。

上述的锂离子电容器，优选的，所述多孔碳材料采用以下方法制备得到：

S1-1、原料混合：将造孔剂或造孔剂和催化剂的混合物，与碳源混合得到第一混合物；

S1-2、热处理：将所述第一混合物加水研磨后，在惰性气体的保护下，进行去水、碳化和造孔处理得到第一热处理产物；

S1-3、洗涤：将所述第一热处理产物进行酸洗涤、去离子水洗涤得到多孔碳材料。

上述的锂离子电容器，优选的，所述S1-1步骤中，

当采用造孔剂和催化剂的混合物与碳源混合时，所述造孔剂和催化剂的质量比为1∶100～100∶1，所述造孔剂和催化剂的混合物与碳源的质量比为0.01～20∶1；

当采用造孔剂与碳源混合时，所述造孔剂与碳源的质量比为0.01～20∶1。进一步优选的，所述造孔剂和催化剂的质量比为1～100∶1。

上述的锂离子电容器，优选的，所述S1-2步骤中，所述热处理步骤具体为：在110℃下除水2h，500～700℃下炭化0.5～10h，然后500～800℃下造孔0.5～10h。

上述的锂离子电容器，优选的，所述石墨化碳材料采用以下方法制备得到：

S2-1、原料混合：将催化剂或造孔剂和催化剂的混合物，与碳源混合得到第二混合物；

S2-2、热处理：将所述第二混合物加水研磨后，在惰性气体的保护下，进行去水、碳化和石墨化处理得到第二热处理产物；

S2-3、洗涤：将所述第二热处理产物进行酸洗涤、去离子水洗涤。

上述的锂离子电容器，优选的，所述S2-1步骤中，

当采用造孔剂和催化剂与碳源混合时，所述造孔剂和催化剂的质量比为0.01∶1～1∶1，所述造孔剂和催化剂的混合物与碳源的质量比为0.01～20∶1；

当采用催化剂与碳源混合时，所述催化剂与碳源的质量比为0.01～20∶1。

上述的锂离子电容器，优选的，所述S2-2步骤中，所述热处理步骤具体为：在110℃下除水2h，500～700℃下炭化0.5～10h，然后850～1300℃下石墨化1～10h。