[发明专利]超级锂离子电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学电源领域，尤其涉及一种具有高能量密度和长循环寿命的超级锂离子电容器及其制备方法。

背景技术

近年来，锂离子二次电池得到了很大的发展，这种电池负极一般使用石墨等炭素材料，正极使用钴酸锂、锰酸锂等含锂金属氧化物。这种电池组装以后，充电时正极向负极提供锂离子，而在放电时负极的锂离子又返回正极，因此被称为“摇椅式电池”。与使用金属锂的锂电池相比，这种电池具有高安全性和高循环寿命的特点。

但是，由于负极材料在脱嵌锂的过程中容易发生结构的变形，因此，锂离子二次电池的循环寿命仍受到制约。因此，近年来，把锂离子二次电池和双层电容器结合在一起的体系研究成为新的热点。

锂离子电容器一般负极材料选用石墨、硬碳等炭素材料，正极材料选用双电层特性的活性炭材料，通过对负极材料进行锂离子的预掺杂，使负极电位大幅度下降，从而提高能量密度。

专利CN200580001492.8中公开了一种锂电子电容器，这种锂电子电容器使用的正极集流体和负极集流体均有贯穿正反面的孔，分别由正极活性物质和负极活性物质形成电极层，通过对负极进行电化学接触，预先把锂离子承载在负极中。专利CN200780024069.6中公开了一种电化学电容器用负极的预处理方法，通过气相法或液相法在基板上形成锂层，然后将该锂层转印到负极的电极层。这些预掺杂的方法涉及到的工艺比较复杂，且对原材料需要进行特殊处理，给制造过程带来一定难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种超级锂离子电容器及其制备方法其能够在减少锂粉用量的同时使锂粉更容易均匀地分布在正极或负极上。

为了解决上述问题，本发明提供了一种超级锂离子电容器，包括正极、负极和电解液，所述正极包括第一集流体和设置于所述第一集流体表面的第一含碳活性层，所述负极包括第二集流体和设置于所述第二集流体表面的第二含碳活性层，所述电解液与所述正极和所述负极物理接触和电接触，还包括由锂粉与锂盐的混合物形成的片状的第三活性层，所述第三活性层设置在第一含碳活性层或第二含碳活性层表面，用于为第一含碳活性层或第二含碳活性层提供锂离子。

进一步，所述第三活性层的密度范围为3克/立方米～30克/立方米。

进一步，所述锂粉与所述锂盐的重量比为70：30～97：3。

进一步，所述锂盐为碳酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂和锰酸锂中的一种或多种的混合。

进一步，所述锂粉为纯锂粉、钝化锂粉其中之一或两者混合物。

进一步，所述第一含碳活性层含有活性炭，所述第二含碳活性层含有硬碳，或者所述第一含碳活性层含有硬碳，所述第二含碳活性层含有活性炭。

进一步，在所述第一集流体与所述第一含碳活性层之间及第二集流体与所述第二含碳活性层之间还分别设置有导电层。

本发明还提供一种制备上述的超级锂离子电容器的方法，包括如下步骤：提供一第一集流体及第二集流体；在所述第一集流体及第二集流体表面分别覆盖第一含碳活性层及第二含碳活性层，形成正极及负极；在所述第一含碳活性层或第二含碳活性层表面覆盖由锂粉与锂盐的混合物形成的片状的第三活性层，所述第三活性层用于为第一含碳活性层或第二含碳活性层提供锂离子；充入所述电解液，组装成超级锂离子电容器。

在所述第一含碳活性层或第二含碳活性层表面覆盖第三活性层的方法进一步包括如下步骤：将所述锂粉与所述锂盐混合；碾压混合物，形成由锂粉与锂盐的混合物形成的片状的第三活性层。

进一步，在组装成超级锂离子电容器之后，还包括一对所述超级锂离子电容器进行初始充电或放电步骤，以使得所述超级锂离子电容器的负极的初始荷电状态达到10％～80％。

本发明的优点在于，在所述第一含碳活性层或第二含碳活性层表面设置由锂粉与锂盐混合形成的片状的第三活性层。与采用纯锂粉相比，由于本发明第三活性层采用锂粉与锂盐混合，在减少了锂粉的用量的同时使第三活性层中锂粉的分布更均匀，极大提高了锂粉的使用率，节省成本且提高超级锂离子电容器的电化学性能。本发明超级锂离子电容器的工作电压可达到4.0V，比能量可达到22WH/kg以上，循环寿命可达到10万次以上。

附图说明

图1是本发明超级锂离子电容器的结构示意图；

图2是本发明超级锂离子电容器的另一结构示意图；

图3是本发明超级锂离子电容器的制备方法步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的超级锂离子电容器及其制备方法的具体实施方式做详细说明。