[发明专利]一种分开式锂离子电池电容及其制备方法

说明书

本发明提供了一种分开式锂离子电池电容及其制备方法，涉及电化学储能器件技术领域。本发明不使正极电极片中的锂离子电池材料与超级电容材料直接混合，使锂离子电池材料与超级电容材料分别制成电池电极(负载锂离子电池材料的正极电极片)与电容电极(负载超级电容材料的正极电极片)，然后以并联的方式联结，这样，既实现了锂离子电池材料与超级电容器材料的内部并联设计，同时又避免了两种电极材料之间的相互影响，使锂离子电池电容具有更高的倍率性能和更小的内阻，进而提高了锂离子电池电容的能量效率。

技术领域

本发明涉及电化学储能器件技术领域，特别涉及一种分开式锂离子电池电容及其制备方法。

背景技术

锂离子电池电容是一种新型的电化学储能材料，中国超级电容产业联盟的定义是，至少有一个电极采用了电池材料和超级电容材料。锂离子电池电容由于同时采用了电池材料和电容材料，因此具有比超级电容器更高的能量密度、比锂离子电池更高的功率密度和循环寿命，在能量密度和功率密度这一矛盾性能之间取得了平衡。

通常，锂离子电池电容采用复合正极，包括超级电容器的活性材料和锂离子电池的正极活性材料，这两种电极材料在内部可看作是一种内部并联的关系，即锂离子电池和锂离子电容器的内部并联，在小倍率充电和放电时锂离子电池材料可以充分发挥高容量的优势，在大电流工况下超级电容器材料起到分流的作用，还可以提高电池材料的使用寿命。然而，在锂离子电池电容的内部，同时存在两种储能机制的竞争，即锂离子电池正极材料在充放电过程中锂离子的脱出和插嵌过程，这是一个氧化还原反应过程，动力学过程较慢；另一过程是发生在超级电容材料表面的离子吸脱附过程，这是一个不涉及电荷转移的物理过程，动力过程较快。然而，在超级电容材料表面多级孔和缺陷位点会对锂离子和阴离子的吸附和捕捉作用与锂离子在电池正极材料的锂离子脱嵌与插入过程之间形成竞争与不利影响。Journal of Power Sources期刊在2019年出版的第433卷第126689页报道了一种采用镍钴锰酸锂与活性炭的复合正极、负极采用硬碳电极的锂离子电池电容，可以观察到锂离子电池电容在充电与放电过程出现较大的平台电压差，表明该器件具有较大的电化学极化和较低的倍率性能。可见，现有技术中的锂离子电池电容存在电化学极化大、倍率性能低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种分开式锂离子电池电容及其制备方法。本发明提供的锂离子电池电容电化学极化小、倍率性能高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种分开式锂离子电池电容，包括壳体、电解液、正极极耳、负极极耳以及层叠设置负极电极片、隔膜和正极电极片，所述隔膜设置在所述负极电极片和正极电极片之间，所述层叠设置负极电极片、隔膜和正极电极片构成电极结构，所述正极电极片为单面负载或双面负载；

当所述正极电极片为单面负载时，所述单面负载的活性物质仅包含锂离子电池材料或仅包含超级电容材料，所述单面负载的正极电极片位于所述电极结构的最外侧，所述分开式锂离子电池电容中正极电极片的数量＞1；

当所述正极电极片为双面负载时，所述正极电极片的任一个面负载的活性物质仅包含锂离子电池材料或仅包含超级电容材料，所述双面负载的正极电极片位于所述电极结构的非最外侧，所述分开式锂离子电池电容中同时含有锂离子电池材料和超级电容材料，当单个正极电极片的双面负载的活性物质分别为锂离子电池材料和超级电容材料时，所述正极电极片的数量≥1；当单个正极电极片的双面负载的活性物质同时为锂离子电池材料或同时为超级电容材料时，所述分开式锂离子电池电容中正极电极片的数量＞1；

各个正极电极片通过超声焊接的方式并联；

所述分开式锂离子电池电容中锂离子电池材料和超级电容材料的质量比为19：1～1：19，所述正极电极片单个面负载的锂离子电池材料与单个面负载的超级电容材料的质量之比为1：10～10：1；

所述负极电极片经过预嵌锂处理得到，所述预嵌锂的量根据式1计算得到：