[发明专利]纳米过渡金属-纳米氧化锂-多孔碳复合材料及锂离子电容器的制备方法及锂离子电容器

说明书

一种纳米过渡金属‑纳米氧化锂‑多孔碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：将金属锂粉、纳米金属氧化物和多孔碳材料混合均匀得到混合物，在惰性气氛下，缓慢加热混合物并保温，再冷却至室温得到纳米过渡金属‑纳米氧化锂‑多孔碳复合材料。本发明还提供一种锂离子电容器的制备方法。本发明中纳米过渡金属‑纳米氧化锂‑多孔碳复合材料对环境要求不苛刻，可以和正极材料一起进行涂覆，操作简单，负极极片的预锂化程度可控，效果明显，并且可在现有锂电制造条件下实现，可大大降低生产成本。

技术领域

本发明属于储能器件领域，尤其涉及一种电容器及纳米过渡金属-纳米氧化锂-多孔碳复合材料的制备方法及电容器。

背景技术

锂离子电容器是一种新型的储能器件，它具有比双电层电容器更高的能量密度及比锂电池更高的功率密度。在新兴能源领域如风力发电、电动汽车、发电工业设备等方面有着巨大的应用潜力。锂离子电容器最大的特点是通过预锂化技术，降低负极的电势，提高整个器件的工作电压，从而提高能量密度。因此，预锂化技术是锂离子电容器制造的关键技术。

目前，锂电容中常用的预锂化技术主要为负极喷涂锂粉法，虽然这种方法工艺相对简易，但存在金属锂利用不充分、补偿量难控制、混浆不均致局部锂化过多等问题。因此，开发出简单、高效的预锂化技术具有极其重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种能量密度高、操作简单的锂离子电容器及纳米过渡金属-纳米氧化锂-多孔碳的制备方法，并相应提供其制备得到的锂离子电容器。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种纳米过渡金属-纳米氧化锂-多孔碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：将金属锂粉、纳米金属氧化物和多孔碳材料混合均匀得到混合物，在惰性气氛下，缓慢加热混合物并保温，再冷却至室温得到纳米过渡金属-纳米氧化锂-多孔碳复合材料。

上述纳米过渡金属-纳米氧化锂-多孔碳复合材料的制备方法中，优选的，所述金属锂粉的粒径小于50μm，所述多孔碳材料含有微孔、介孔和大孔，且孔径大于20nm的孔占所有孔的比例大于30％。若孔径大于20nm的孔太少，制备的纳米材料无法进入多孔碳中，发明人研究测定，孔径大于20nm的孔占所有孔的比例大于30％时效果最佳。

上述纳米过渡金属-纳米氧化锂-多孔碳复合材料的制备方法中，优选的，所述金属锂粉与纳米金属氧化物的摩尔比为1～8：1，所述多孔碳材料与纳米金属氧化物的质量比为1～10：1。

上述纳米过渡金属-纳米氧化锂-多孔碳复合材料的制备方法中，优选的，所述加热混合物时，控制升温速率为1～5℃·min^-1，并升温至180～240℃再保温1～5h，所述冷却时，控制降温速率为1～5℃·min^-1。控制升降温速率可以使材料反应更充分，有利于复合材料的合成。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种锂离子电容器的制备方法，包括以下步骤：将正极活性材料、纳米过渡金属-纳米氧化锂-多孔碳复合材料、导电剂和粘结剂混合均匀后经后续处理得到锂离子电容器的正极极片，将负极活性材料、导电剂和粘结剂混合均匀后经后续处理得到锂离子电容器的负极极片，再将正负极片组装后经活化处理实现负极材料的预锂化得到锂离子电容器。

上述锂离子电容器的制备方法中，优选的，所述纳米过渡金属-纳米氧化锂-多孔碳复合材料由上述纳米过渡金属-纳米氧化锂-多孔碳复合材料的制备方法制备得到。

上述锂离子电容器的制备方法中，优选的，所述正极活性材料为活性炭、石墨烯和碳气凝胶中的一种或几种，所述负极活性材料为石墨、硬碳和软碳中的一种或几种。