[发明专利]锂离子混合型电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学储能器件，尤其涉及一种锂离子混合型电容器。

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。但是，锂离子电容器需要在负极预嵌入部分锂，一方面可以补偿负极在化成过程中锂的消耗，另一方面可以调控锂离子电容器在工作中正极和负极的电位，从而使锂离子电容器具有更高的能量密度和更佳的循环寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子混合型电容器，提高锂离子电容器的能量密度和循环寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

锂离子混合型电容器，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。所述的正极涂布层含有正极活性物质，所述的负极涂布层含有负极活性物质。负极电极片的预嵌锂容量为负极活性物质在相对于金属锂电极0.01～1.5V电位区间内容量的40～80％，且满足以下关系式：

C_n×m_n＝n×C_p×m_p

其中，C_n为负极活性物质相对于金属锂电极在0.1～0.5V电位区间内的比容量，m_n为负极活性物质的质量，C_p为正极活性物质相对于金属锂电极在2.0～4.2V电位区间内的比容量，m_p为正极活性物质的质量，n＝1.0～1.2。

所述的负极活性物质由硬碳和石墨化中间相碳微球按4:1～9:1的重量比组成。由于硬碳是不规则颗粒形貌，石墨化中间相碳微球是球状，两者按此比例与导电剂混合后堆积最为紧密，并且，具有高比容量的石墨化中间相碳微球被具有高倍率充放电性能的硬碳所包围，可以形成协同效应，既能保证高功率性能、又能有效降低过电位。另外，石墨化中间相碳微球的平台电位相对于金属锂电极在0.2V以下，而硬碳没有明显的充放电平台，采用两者混合制备复合负极，可以在0.2V以下形成锂的类似“蓄水池”效应，一方面可以降低负极电位、提高器件的电压，另一方面防止在低温、大电流嵌锂的情况下在负极表面形成锂的枝状晶。

所述的正极活性材料由可插嵌锂离子的正极材料和电容性碳材料组成，按100质量份计算，可插嵌锂离子的正极材料为0～50质量份，电容性碳材料为50～100质量份，可插嵌锂离子的正极材料为镍钴锰酸锂(LiNi_xCo_yMn_zO₂)或镍钴铝酸锂(LiNi_xCo_yAl_zO₂)或钴酸锂(LiCoO₂)或锰酸锂(LiMn₂O₄)，电容性碳材料为活性炭或活性的炭纤维或多孔导电炭黑或石墨烯。

锂离子混合型电容器可按如下步骤制备：将负极电极片、正极电极片和隔膜叠片或卷绕形成电芯，隔膜位于负极电极片与正极电极片之间。将电芯放入壳体中，正极和负极的极耳伸出壳体。金属锂电极放入壳体中，金属锂电极与电芯相对放置并用隔膜隔开。壳体注入过量电解液后，对壳体进行热封口。以金属锂电极作为对电极，对负极预嵌锂，嵌锂容量为负极在相对于金属锂电极0.01～1.5V电位区间内容量的40～80％。最后，取出金属锂电极，倒出多余的电解液，进行真空封口，得到锂离子混合型电容器。

附图说明

图1所示为实施例1的负极电极片的扫描电镜照片。

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。电极片的制备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含有2％～30％开孔率的贯穿孔的铝箔上，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含有2％～30％开孔率的贯穿孔的铜箔或镍箔上，制成负极电极片。