[发明专利]一种无需预嵌锂型锂离子电容器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种无需预嵌锂型电容器及其制备方法，属于电容器技术领域。本发明的无需预嵌锂型锂离子电容器正极片由多孔碳/Li₅FeO₄复合材料制成，该复合材料由多孔碳和Li₅FeO₄物理混合获得，制备过程简单、可控以及易于实现工业化生产；多孔碳/Li₅FeO₄复合材料、导电剂、粘结剂通过合适的质量比混合后，涂覆于铝箔上形成正极，石墨或硬碳、导电剂、粘结剂通过合适的质量比混合后，涂覆于铜箔上形成负极，正极、负极、电解液装配形成锂离子电容器，该制备过程中无需使用多孔铝箔和铜箔，无需预嵌锂工艺，且制备的锂离子电容器具有高能量密度。

技术领域

本发明涉及一种无需预嵌锂型电容器及其制备方法，属于电容器技术领域。

背景技术

1999年，富士重工报道了一种使用活性炭正极，嵌锂石墨负极和锂盐电解液的混合电容器，其工作电压区间可达3.0～4.2V，该种器件被称为锂离子电容器(Lithium-ionCapacitor,LIC)。LIC的功率密度可达8kW/kg以上，能量密度可达20Wh/kg，性能优于双电层超级电容器。但是LIC制备过程相当复杂，主要存在两大问题：(1)负极必须预嵌锂以保持电解液锂源足量，但是预嵌锂技术不成熟，存在安全问题；(2)集流体必须采用多孔铜箔(负极)和多孔铝箔(正极)，保证预嵌锂时锂在器件极片组中的穿梭，但是多孔铜箔(负极)和多孔铝箔(正极)制备困难，且材料涂覆工艺复杂，导致LIC产业化程度不够，价格偏高。因此，开发新型、工艺简单、高能量密度的锂离子电容器是一种趋势。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述问题，提供一种具有高能量密度，且无需使用多孔箔的无需预嵌锂型锂离子电容器。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种无需预嵌锂型锂离子电容器，包括一正极片、一负极片和电解液，所述正极片由多孔碳/Li₅FeO₄复合材料制成。

Li₅FeO₄是一种理想的正极锂源，其比容量可达到867mAh/g，理论上每摩尔的Li₅FeO₄可以提供5个Li+，能在首次充电时释放大量锂离子，可以显著的提高锂离子电容器首次效率和能量密度，并且释放锂离子后的产物活性极低，不会发生再次嵌锂或者溶解。多孔碳的比表面积大，吸附能力强，能够有效吸附Li₅FeO₄，无需多孔箔的使用也可以改善电池在充放电过程中，Li₅FeO₄溶于电解质而导致活性物质损失的问题。多孔碳也具有良好的导电性能，与Li₅FeO₄复合后增大了离子和电子的转移速率，两者之间的协同作用使复合材料的能量密度和循环稳定性得到显著提高。

作为优先，所述的多孔碳/Li₅FeO₄复合材料由以下步骤制备而成：将LiOH与Fe(NO₃)₃均匀混合，并压制成片，在氮气保护气氛下以1-5℃/min的升温速度升至700-1200℃，保温10-20h,后自然降温到室温，得到Li₅FeO₄材料；利用高速分散机将多孔碳和Li₅FeO₄物理混合，制备得到多孔碳/Li₅FeO₄复合材料。

作为优选，所述LiOH与Fe(NO₃)₃的Li/Fe摩尔比为(7-12)：1。