[发明专利]一种锂离子电容器及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种锂离子电容器及其制备方法和用途。所述锂离子电容器包括正极、负极、隔膜和电解液；所述正极的材料包括磷酸铁锂、双电层材料、导电剂和粘结剂；所述负极的材料包括晶面间距d002至少为0.345nm的碳材料、导电剂和粘结剂。本发明通过优选合适参数的正负极活性物质，优化材料复配和配比，降低集流体内阻，优选高孔隙率低透气度的隔膜，提高电解液在常温和低温下的电导率，对压实密度和面电阻进行精确控制，提高极片的导电能力和电解液的浸润性，减小极化，从而提高了使用磷酸铁锂锂离子电容器的倍率性能和低温性能。

技术领域

本发明属于储能领域，涉及一种锂离子电容器及其制备方法和用途。

背景技术

锂离子电容器是一种介于双电层电容器和锂离子电池之间的储能器件，结合了双电层电容器高功率密度、长循环寿命和锂离子电池高能量密度的优点，在轨道交通，公共交通、船舶交通、电机车、AGV、重载设备、储能等领域得到广泛的关注和应用。

磷酸铁锂具有优异的安全性能、高温性能、环保无污染的特点，广泛用于锂离子电池正极材料，但其低温性能差，内阻大和锂离子迁移速率低造成倍率性能差，直接限制了磷酸铁锂在锂离子电容器中的推广应用。

CN109994724A中公开了一种高比能量锂离子电池，正极活性物质采用复合多孔炭的磷酸铁锂或掺杂金属后裹覆多孔炭层的微纳结构磷酸铁锂，负极活性物质采用硬碳材料或由硬碳材料包覆纳米硅或纳米硅裹覆导电层后与硬碳材料复合，制备的锂离子电池具有高比能量、高倍率充放电、长循环寿命和优越的低温性能。但锂离子电池的制备仅着眼于正负极材料的组合配对，未对整个单体的制作工艺包括正负极片的制作工艺、隔膜、电解液、集流体等进行优化改善。

CN102751496A公开了一种通过制备Fe₂O₃/石墨烯复合物作为前驱体，然后通过溶剂热反应得到LiFePO₄/石墨烯复合物的制备方法，然而其过程比较繁琐，所得复合材料的电化学性能不稳定。同时现在制备石墨烯成本过高，同时中国石墨烯产量不高，使用石墨烯制备得到的复合电极材料性能并没有特别大的提升，所以使磷酸铁锂/石墨烯复合电极材料很难进行产业化应用。

CN101752561A公开了一种石墨烯改性磷酸铁锂正极复合材料及其制备方法和基于该正极活性材料的锂离子二次电池，该方法是将石墨烯或者氧化石墨烯与磷酸铁锂分散于水溶液中，通过搅拌和超声使其均匀混合，随后通过干燥和退火得到石墨烯改性的磷酸铁锂正极活性材料。这种方法虽然可以改性磷酸铁锂，但是其使用氢气作为还原气体和保护气体，安全性能低，使用有机电解液，环境污染大。并且由于是将预先制备的磷酸铁锂与石墨烯或者氧化石墨烯通过简单的机械方法混合，获得石墨烯共混改性的磷酸铁锂正极活性材料，磷酸铁锂不能有效地与石墨烯复合而充分地利用石墨烯优异的电化学性能。此外由于石墨的层间距较小，不能够有效地与其他物质插入复合，

如何解决磷酸铁锂应用于锂离子电容器时出现的低温性能差，内阻大和锂离子迁移速率低造成倍率性能差等问题，是值得考虑的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电容器及其制备方法和用途。本发明通过优选合适参数的正负极活性物质，优化材料复配和配比，降低集流体内阻，优选高孔隙率低透气度的隔膜，提高电解液在常温和低温下的电导率，对压实密度和面电阻进行精确控制，提高极片的导电能力和电解液的浸润性，减小极化，从而提高了使用磷酸铁锂锂离子电容器的倍率性能和低温性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种锂离子电容器，所述锂离子电容器包括正极、负极、隔膜和电解液；所述正极的材料包括磷酸铁锂、双电层材料、导电剂和粘结剂；所述负极的材料包括晶面间距d002至少为0.345nm的碳材料、导电剂和粘结剂。