[发明专利]一种锂电容负极电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极，尤其涉及一种锂电容负极电极及其制备方法。

背景技术

典型的锂离子电池和超电容的电极是通过在粘合剂的存在下将活性材料用涂布的方法涂在金属集电板上而构成的，该粘合剂能使活性材料粘结在一起和活性材料粘结在集电体板表面。粘合剂通常与炭黑结合用于提高导电性。在锂离子电池中常用的负极活性材料是炭(石墨)或硅，而用于正极的常用材料为锂金属氧化物、混合金属氧化物。负极的集电极通常是铜箔，正极的集电极通常是铝箔。所述电解质可以是含有锂盐的有机碳酸盐的混合物和有机碳酸酯。有机碳酸酯可以包括碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯或它们的组合。锂盐LiPF6可以包括，LiAsF6，LiCF3SO3、Li(SO2CF3)2或其组合。隔膜通常由聚乙烯、聚丙烯或其组合的拉伸的微孔多层膜制成。在传统的超电容中的正极和负极活性材料都是活性炭。集电体板材料通常是铝箔。电解质一般是不含锂的盐的溶解在有机溶液中。

锂离子电池和超电容的性能主要取决于所用的活性材料种类以及电极中所含的粘结剂种类。例如，它们的循环寿命、功率、容量和低温特性都可能取决于粘合剂的类型。在理想的电极组合物中，粘合剂不仅在活性物质颗粒之间提供机械结合，而且还允许离子在电解液中能有效地向活性物质迁移。因此，粘合剂是双重功能，并提供机械结合和离子运输。通过对粘合剂的量进行调整，以达成妥协。

传统双电层电容器的能量密度只有不到锂离子电池的10％，所以人们在如何提高双电层电容器的能量密度上投入了大量的研究。在过去所有研发的储能设备中，锂离子电容表现出了最大的潜力，因为锂离子电容有着比双电层电容器更高的能量密度，而在功率和循环寿命的表现上又明显优于锂离子电池。因此，锂离子电容适用于需要高能量密度、高功率密度和长循环寿命的应用，如电动车、风力发电、备用电源等。锂离子电容的核心组件包括预先嵌锂的锂离子电池负极、双电层电容器的正极和带有锂盐的有机电解质。传统活性炭电极多采用在铝箔表面直接涂覆活性碳浆料的方法制备，该方法与锂离子电池电极制备方法类似，具有工艺成熟、简单等优点，但是其电极密度受到了限制，因为铝箔在承受巨大压力时会变形褶皱。

发明内容

本发明的目的针对现有技术中电极无法承受高温挤压，最终使得锂电容的电极密度和能量密度等性能参数受到限制，进而限制锂电容的应用，为此，提供一种锂电容负极电极，该锂电容负极电极能使得锂电容的电极密度和能量密度等性能参数得到提升，应用范围变广。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种锂电容负极电极，所述电极由能嵌出锂的炭、粘结剂、和溶剂形成的固态炭膜和涂有导电层的铜箔复合而成，所述固态炭膜由能嵌出锂的炭、粘结剂、和溶剂经均匀搅拌混合、高速旋转粉碎、高温滚轧形成。

进一步地，所述能嵌出锂的炭为硬炭、软炭、石墨中的一种。

进一步地，所述能嵌出的炭为粉末状。

进一步地，所述能嵌出锂的炭的比表面积为5-50㎡/g，平均粒径分布为1-5μm。

进一步地，所述粘结剂包含聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、丁苯橡胶中的一种或多种。

进一步地，所述溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、丙酮中的一种。

进一步地，所述固态炭膜厚度为50-200μm，密度为1.0-2.0g/cm³。

进一步地，所述铜箔上的导电层厚度为1-8μm。

进一步地，一种锂电容负极电极的制备方法，其制备步骤如下：

1)按下述质量份称取原材料：能嵌出锂的炭85-95份、粘结剂5-15份和溶剂，其中溶剂为嵌出锂的炭质量的25-200％；

2)称重完成后，将嵌出锂的炭、粘结剂、溶剂倒入混料机中进行均匀搅拌混合5-10min，然后经高速旋转粉碎机形成固态混合物，再将所得固态混合物进行高温滚轧，温度为80-150℃，经过多次高温滚轧后得到理想厚度的成卷固态炭膜；

3)通过预先向腐蚀过的铜箔表面涂一层导电胶后，形成导电涂层，将步骤2)中所得的固态炭膜和铜箔进行高温滚压复合，温度为100-200℃，使导电涂层融化并经滚压复合，最终得到成卷的锂电容负极电极。

有益效果：本发明的锂电容负极电极极在制备过程杜绝了因铝箔在承受巨大压力时会产生变形褶皱现象，同时该电容电极减少了对储能电极密度和能量密度等性能参数的限制而且使得电容电极的能量密度高、功率密度高，循环寿命长，可广泛推广于新能源汽车、风力发电、备用电源、电动工具等领域，市场潜力巨大。

具体实施方式