[发明专利]一种锂离子电容器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电容器及其制备方法。该锂离子电容器的正极材料选自多孔活性炭、掺杂多孔活性炭、LiNi_0.5Mn_1.5O₄‑多孔石墨烯复合材料中的一种；锂离子电容器的负极材料选自掺氮多孔炭、锂片、含硅颗粒‑掺氮多孔炭复合材料、金属锂‑多孔炭复合材料、金属锂‑多孔石墨烯复合材料、磷‑多孔炭复合材料、磷‑多孔石墨烯复合材料中的一种。本发明的锂离子电容器的正极材料具有较大的比表面积，高达2000m²/g以上；能量密度高达185Wh/kg，具有较高的比容量和良好的倍率性能，以及优良的循环稳定性能。

技术领域

本发明属于电化学储能技术领域，具体涉及一种锂离子电容器及其制备方法。

背景技术

锂离子电容器具有充放电速度快、循环稳定性好的优点，比传统的超级电容器具有更高的能量密度，因而受到了广泛关注。现有锂离子电容器通常采用活性炭作为正极，预锂化的石墨作为负极，能量密度通常为30-40wh/kg，相对偏低，而且预锂化工艺仍然不够成熟。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂离子电容器，采用高比表面积多孔活性炭，或掺杂多孔活性炭，或LiNi_0.5Mn_1.5O₄-多孔石墨烯复合材料作为锂离子电容器制备的正极材料；采用掺氮多孔炭，或锂片，或含硅颗粒-掺氮多孔炭复合材料，或磷-多孔石墨烯复合材料，或金属锂-多孔炭复合材料，或金属锂-多孔石墨烯复合材料，或磷-多孔炭复合材料作为锂离子电容器制备的负极材料。这种匹配可以获得较高的能量密度、优异的循环稳定性，并且可以十分方便地实现电极预锂化。

本发明的目的通过以下技术手段得以实现：

一方面，本发明提供一种锂离子电容器，所述锂离子电容器的正极材料选自多孔活性炭、掺杂多孔活性炭、LiNi_0.5Mn_1.5O₄-多孔石墨烯复合材料中的一种；

所述锂离子电容器的负极材料选自掺氮多孔炭、锂片、含硅颗粒-掺氮多孔炭复合材料、金属锂-多孔炭复合材料、金属锂-多孔石墨烯复合材料、磷-多孔炭复合材料、磷-多孔石墨烯复合材料中的一种。

本发明的锂离子电容器采取掺氮多孔炭作为锂离子电容器的负极材料，比常用的石墨具有更高的比容量。

本发明采用多孔活性炭为正极材料与掺氮多孔炭为负极材料组合制得的锂离子电容器的能量密度可达185Wh/kg，远高于常规的锂离子电容器能量密度40-60Wh/kg。

本发明采用LiNi_0.5Mn_1.5O₄与多孔石墨烯复合可有效提高正极的电位，并且同时有利于改善LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的循环稳定性。

本发明采用含硅颗粒与掺氮多孔炭复合获得的复合材料能够有效提高负极的比容量，并且同时有利于改善含硅负极材料的循环稳定性。

本发明中，金属锂具有高比容量，但是循环稳定性不好，通过本发明中的方法进行复合，得到的金属锂-多孔炭复合材料(或石墨烯)具有显著提高的循环稳定性，并保持了高容量，磷的复合也具备同等类似的效果。

上述的锂离子电容器中，优选地，所述多孔活性炭的比表面积大于2000m²/g，形貌上具有多孔泡沫形态，且同时具有介孔和微孔结构。

上述的锂离子电容器中，优选地，所述多孔活性炭的制备方法为：

将沥青喷雾造粒获得沥青颗粒；

将沥青颗粒与活化剂混合高温下碳化并活化；