[发明专利]锂离子电容器正极片及其制备方法、锂离子电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，特别涉及一种锂离子电容器正极片制备方法及由该方法制备得到的锂离子电容器正极片、以及含有该正极片的锂离子电容器及其制备方法。

背景技术

锂离子电容器在设计上采用了双电层电容器的原理，同时又在负极添加了锂离子，从而提高了电容器的能量密度。日本旭化成电子公司和FDK公司都曾研制过在电解液中采用锂氧化物的电容器，但都没有实现产品化。转机发生在2005年，富士重工业公司公开了锂离子电容器的制造技术：电容器负极采用多并苯类材料，并在其中掺杂大量的锂离子，电容器的正极材料则仍沿用以往的活性炭。此后，多家厂商利用这样的技术，制造出既具有双电层电容器的高输出、长寿命特性，同时又能提供较高能量密度的电容器。2008年末，旭化成电子、ACT(高级电容器技术)、NEC、JM Energy、太阳诱电等多家公司都在开发锂离子电容器产品，其中ACT和JM Energy两家公司的产品已进入量产。

锂离子电容器的能量密度得到提高的主要原因在于电容器单元的电压和负极静电容量的增加。传统电容器的电压通常为2.5V~3.0V，而在添加了锂离子之后就可提高到4.0V。与正极采用相同材料的普通电容器相比，锂离子电容器的单元能量可提高3.5倍。由于需要在电容器单元中加入锂离子，因此需要在传统的制备工艺增加锂注入步骤，由于锂是非常活泼的金属，这个操作必须在无氧无水的环境下完成，需要的锂注入工艺要求较高；同时，金属锂片在电池中过量就会导致锂枝晶的产生，造成电池短路，存在着一定的安全隐患，因而增加了锂离子电容器的工艺难度。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种能够简化锂离子电容器的制备的锂离子电容器正极片的制备方法及由该方法制备得到的锂离子电容器正极片、以及较为简单的锂离子电容器及其制备方法。

一种锂离子电容器正极片的制备方法，包括如下步骤：

在无氧条件下，将氧化石墨加热至900℃~1200℃反应30秒~150秒，得到石墨烯；

将所述石墨烯、第一粘结剂及第一导电剂按照质量比为85~90:5~810:2~5混合，加入N-甲基吡咯烷酮，得到混合浆料；将所述混合浆料涂覆于正极集流体上，干燥得到极片；及

将有机锂化合物溶液涂覆于所述极片上，在无氧条件下，加热至50℃~70℃保温1小时~3小时，然后再加热至100℃~120℃保温12小时~36小时，冷却，经轧膜、切边处理，得到锂离子电容器正极片。

在其中一个实施例中，所述第一粘结剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯；所述第一导电剂为乙炔黑、导电炭黑或碳纳米管。

在其中一个实施例中，所述有机锂化合物溶液通过将有机锂化合物溶解于有机溶剂中制备得到；其中，所述有机锂化合物为正丁基锂、苯基锂或甲基锂；所述有机溶剂为正己烷、环己烷或石油醚。

在其中一个实施例中，所述有机锂化合物溶液的浓度为0.5mol/L~2mol/L。

一种由上述锂离子电容器正极片的制备方法制备得到的锂离子电容器正极片。

一种锂离子电容器的制备方法，包括如下步骤：

制备锂离子电容器负极片；及

将上述制得的锂离子电容器正极片、隔膜及锂离子电容器负极片的顺序叠合组装成电芯，再将所述电芯置入电容器壳体中后加注电解液，密封电容器壳体，得到锂离子电容器。

在其中一个实施例中，所述负极的制备方法包括如下步骤：

将负极活性材料、第二粘结剂及第二导电剂按照质量比为85~90:5~10:5~10混合，加入水或N-甲基吡咯烷酮，得到负极浆料；及

将所述负极浆料涂覆于负极集流体上，经干燥、轧膜及切边处理后，锂离子电容器负极片。

在其中一个实施例中，所述负极活性材料为石墨、软炭、硬炭、石墨烯或硅炭；所述第二粘结剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯；所述第二导电剂为乙炔黑、导电炭黑或碳纳米管。

在其中一个实施例中，所述电解液的溶质为LiPF₆、LiBF₄、LiN(SO₂CF₃)₂或LiN(SO₂F)₂；所述电解液的溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯及乙腈中的一种或多种混合。

本发明还涉及一种采用上述锂离子电容器制备方法制得的锂离子电容器。