[发明专利]一种钛酸锂基锂离子电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电容器，尤其是涉及一种负极采用钛酸锂复合电极的锂离子电容器。

背景技术

锂离子电容器是一种新型的功率型储能器件，与锂离子电池相比其高倍率放电和循环寿命更佳，与双电层的超级电容器相比能量密度可以提高3-6倍。通常锂离子电容器的正极采用活性炭材料，负极采用石墨、硬碳或软碳材料。由于碳基负极材料在充电过程中发生锂的嵌入反应，锂离子嵌入石墨的层间，此过程需要克服较大的势垒，因而限制了材料的倍率性能；另外，碳基材料负极的低温性能不佳，限制了锂离子电容器的应用。采用钛酸锂基负极材料可以克服这些缺陷。《Energy&Environmental Science》2012年第5卷第11期第9363页报道了采用活性炭为正极、采用纳米钛酸锂与纳米碳纤维的复合材料为负极的锂离子电容器，并认为钛酸锂基负极不需要预嵌锂。但是，钛酸锂基负极材料在充电过程的起始阶段和终止阶段都有一部分的容量是偏离平台电位的(～1.55V)，在放电过程也是如此，造成锂离子电容器有部分的容量不能发挥出来。

发明内容

本发明的目的是提供一种高容量的钛酸锂基锂离子电容器。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种钛酸锂基锂离子电容器，包括壳体、置于壳体内部的电芯和含浸于电芯内的电解液；所述的电芯是由正极电极片、负极电极片和置于正极电极片与负极电极片之间的隔膜通过卷绕或叠片的方式得到的，所述的正极电极片包括正极集流体和涂覆于正极集流体上的正极涂布层，所述的负极电极片包括负极集流体和涂覆于负极集流体上的负极涂布层，所述的正极涂布层包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述的负极涂布层包括负极活性材料、导电剂和粘结剂，所述的正极活性材料为高比表面积的碳材料；所述的负极活性材料为钛酸锂与碳材料的复合材料，且对所述的负极电极片进行了预嵌锂处理。

作为优选的实施方式，所述的负极电极片的预嵌锂量满足以下关系：

m_p×C_ps+m_n×C_ns≤m_n×C_nl≤m_n×C_nt-m_p×C_pt

其中，m_p为正极活性材料的质量，C_ps为正极活性材料相对于金属锂电极在2.0～3.0V电位区间内的比容量，m_n为负极活性材料的质量，C_ns为负极活性材料相对于金属锂电极在3.0～1.55V电位区间内的充电比容量，C_nl为负极活性材料预嵌锂的比容量，C_nt为负极活性材料相对于金属锂电极在3.0～1.0V电位区间内的充电比容量，C_pt为正极活性材料相对于金属锂电极在2.0～4.2V电位区间内的比容量。这里所说的“充电比容量”，是指通过电化学方法使负极电位降低的过程中，负极活性材料的比容量。

作为优选，所述负极活性材料的预嵌锂量为30～100mAh/g。

作为优选，所述的正极活性材料与负极活性材料的质量之比为2～3.5：1。

所述的高比表面积碳材料，其比表面积不低于500m²/g。作为优选，所述的高比表面积碳材料为活性炭或活性的碳纤维或石墨烯。所述的钛酸锂与碳材料的复合材料为钛酸锂与石墨烯或钛酸锂与纳米碳纤维或钛酸锂与纳米碳管的复合材料。所述的钛酸锂与碳材料的复合材料中，碳含量为5～30重量％。

所述的粘结剂选择聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)或羧甲基纤维素钠(CMC)或丁苯橡胶(SBR)或成都茵地乐产的LA系列水性粘结剂等。所述的导电剂选自导电炭黑、导电石墨或碳纳米管。

附图说明

图1所示为实施例6的钛酸锂基锂离子电容器充放电曲线；

图2所示为实施例9的钛酸锂基锂离子电容器充放电曲线。

具体实施方式

本发明将负极电极片、正极电极片和隔在负极电极片与正极电极片之间的隔膜叠片或卷绕形成电芯。电极片采用涂布的方法制成：将包含正极活性物质、导电剂和粘结剂的浆料涂布到铝箔上，制成正极电极片；将包含负极活性物质、导电剂和粘结剂的浆料涂布到铝箔或铜箔上，制成负极电极片，所述的铝箔或铜箔含有2％～30％开孔率的贯穿孔。