[发明专利]用于锂离子电容器的复合物电极和锂离子电容器的生产方法

说明书

锂离子电容器包括阴极、阳极以及置于阴极和阳极之间的多孔分隔器。采用活性炭形成阴极，从包含锂钛氧化物和碳材料(例如硬碳或石墨)的复合材料形成阳极。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§120，要求2013年3月28日提交的美国申请系列第13/852,053号的优先权，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

本发明一般地涉及电化学储能装置，更具体地，涉及锂离子电容器及其生产方法。

背景技术

电容器，包括双层电容器(例如超级电容器)已经被用于要求脉冲功率的许多电子应用中。锂离子电容器，其含有法拉第电极(阳极)和其中不存在法拉第反应的活性炭电极(阴极)，可具有显著高于标准超级电容器的功率密度。

锂离子电容器具有与电池(对于其高能量密度)和电容器(对于其高功率容量)相关的优势。例如，相比于2.5-2.7V的典型电双层电容器(EDLC)装置电压，锂离子电容器可提供较高的运行电压(约为3.8-4V)。

提出锂离子电容器来解决超级电容器和其他标准电容器中能量密度不足的问题。但是，对于基于锂离子的电容器，目前提出的模型要求除了阴极和阳极之外，将锂金属电极结合到装置中。结果是实际上具有三个电极(阴极、阳极和锂金属电极)的电化学储能装置。

此类三电极装置要求使用多孔阴极结合孔型集电器，从而有助于锂传输进入电池并在其中传输。多孔电极的制造以及三电极电容器的整体构造设计会是复杂的，该电池的制造可能是昂贵的。此外，在电容器中存在锂金属电极存在设计困难，因为在存在空气的情况下，锂金属是潜在可燃的。

发明内容

根据本发明的实施方式，锂离子电容器包括：阴极、阳极以及置于阴极和阳极之间的多孔分隔器，其中，所述阴极包含活性炭，所述阳极包含锂钛氧化物(LTO)和选自硬碳和石墨的碳材料。具体来说，包含LTO和碳材料的复合物的阳极可有效地将施加到阴极上的电压限制到低于阴极的稳定性限值，这实现了在提升的电势下运行锂离子电容器，以及随之而来实现了更高的能量密度和更高的功率密度。

在运行中，可以在整个阴极、阳极和分隔器结合电解质溶液。电解质溶液包含溶于溶剂中的电解质材料(溶质)。

任选地，锂离子电容器还可包括形成在阴极和阳极中的至少一个的朝向分隔器的表面上的锂复合物颗粒。锂复合物颗粒包括锂金属芯和包覆了芯的一层络合锂盐。在该实施方式中，在组装结构中，来自电解质的溶剂可以溶解络合锂盐，使得电解质材料包含络合锂盐或者基本由络合锂盐构成。因而，锂复合物颗粒可以同时是电解质材料和电容器的锂的来源。在相关实施方式中，在锂复合物材料溶解之后，锂离子电容器包括阴极、阳极、置于阴极和阳极之间的分隔器，以及电解质溶液，即电容器不含第三、锂金属电极。

在以下的详细描述中提出了本发明的主题的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对于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的主题而被认识。

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的主题的实施方式，用来提供理解要求保护的本发明的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是根据一个实施方式的锂离子电容器的示意图；