[发明专利]锂离子电容器及其制备方法

说明书

一种锂离子电容器可包括阴极、阳极、设置在阴极和阳极之间的隔离物、锂复合材料和电解质溶液。阴极和阳极可为非多孔的。锂复合材料包括锂金属芯体和包封芯体的络合锂盐涂层。使用时，络合锂盐可溶解于电解质溶液并构成电解质溶液的一部分。

相关申请交叉参考

本申请根据35U.S.C.§120，要求2012年11月28日提交的美国申请系列号13/687,161的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

背景

技术领域

本发明总体涉及电化学储能设备，具体来说，涉及锂离子电容器及其制备方法。

背景技术

包括双层电容器的电容器已应用需要脉冲功率的许多电气应用中。有些锂离子电容器的功率密度可显著高于标准超级电容器的功率密度。但是，对于选定的目的，许多超级电容器具有较低的能量密度。

锂离子电容器包含法拉第电极(阳极)和其中没有法拉第反应的活性碳电极(阴极)。这些电容器具有与电池(相对于它们的高能量密度)和电容器(相对于它们的高功率容量)相关的优势。例如,与EDLC设备2.5-2.7V的电压相比，锂离子电容器可提供较高的操作电压(～3.8-4V)。

已提出锂离子电容器来解决超级电容器和其它标准电容器中能量密度不足的问题。对于基于锂离子的电容器,目前提出的模型需要将锂金属电极以及阴极和阳极结合进入设备。结果是具有3个电极的(阴极、阳极和锂金属电极)的电化学储能设备。

这种3电极设备要求使用多孔阴极和网状集电器，从而促进锂电池和在电池之内的传输。制造多孔电极和整体3电极电容器设计的构造可较复杂，且这种电池制造成本昂贵。此外，电容器中存在锂金属电极提供设计挑战，因为当存在空气时锂金属是潜在的可燃的。

发明内容

根据本发明的实施方式，一种锂离子电容器包括非多孔阴极、非多孔阳极、设置在阴极和阳极之间的隔离物、设置在阳极和隔离物之间的锂复合材料和电解质溶液。电解质溶液包括溶解于溶剂中的电解质材料(溶质)。锂复合材料包括锂金属芯体和包封芯体的络合锂盐层。

在组装的结构中,溶剂可溶解络合锂盐，从而电解质材料包括下述或主要由下述组成：络合锂盐。锂复合材料可同时是电解质材料和用于电容器的锂的来源,例如锂的唯一来源。

在其他实施方式中，溶解锂复合材料之后，锂离子电容器包括非多孔阴极、非多孔阳极、设置在阴极和阳极之间的隔离物和电解质溶液。

在以下的详细描述中提出了本发明主题的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明主题而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述给出了本发明主题的实施方式，用来提供理解要求保护的本发明主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明内容的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本发明的内容各种实施方式，并与描述一起用来解释本发明内容的原理和操作。此外，附图和说明仅仅是示例性的，并不试图以任意方式限制权利要求的范围。

附图说明

当结合以下附图阅读下面对本发明的具体实施方式的详细描述时，可对其形成最好的理解，附图中相同的结构用相同的附图标记表示，其中：

图1是根据实施方式的锂离子电容器的示意图；

图2是锂复合材料颗粒的横截面视图；

图3是用于根据一种实施方式的示例锂离子电容器的恒电流放电曲线图；

图4用于示例锂离子电容器的一系列拉贡(Ragone)图；