[发明专利]一种基于新型正极预嵌锂工艺锂离子电容器的制备方法

说明书

本发明属于化学电源技术领域，特别是一种基于新型正极预嵌锂工艺锂离子电容器的制备方法。该制备方法包括如下步骤：步骤一.将正极活性材料、正极锂化有机功能材料、正极导电剂和正极粘结剂混合于强极性溶剂和弱极性溶剂组成的混合溶剂中，处理得到正极浆料，将正极浆料加热后涂覆于正极集流体的正反两面，经过干燥、碾压、切片后获得正极极片；步骤二.将负极活性材料、负极导电剂、负极粘结剂混合于氮甲基吡咯烷酮中，处理得到负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体正反两面，经过干燥、碾压、切片后获得负极极片；步骤三.将正极极片、隔膜及负极极片制作电芯，经真空干燥、注入电解液、封装后获得锂离子电容器。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，特别是一种基于新型正极预嵌锂工艺锂离子电容器的制备方法。

背景技术

锂离子电容器是一种结合了锂离子电池和化学超级电容器充放电特性的新型储能器件，一般来说，这类电容器采用具有超大比表面积的炭基材料作为正极活性物质，采用具有低电位可逆脱嵌锂特性的材料为负极活性物质。在充电-放电过程中，其正极的电化学反应机制为离子表面吸附和离子交换反应，负极的电化学反应机制为离子的可逆嵌入-脱出过程，正是这一杂化电化学反应机制，使得锂离子电容器的能量密度高于传统的双电层电容器，同时功率密度大于锂离子电池。

然而在锂离子电容器生产过程中，由于正极材料采用炭基材料，不含有锂源，因此会导致正负极容量的严重不匹配，使得锂离子电容器性能明显低于最佳值。因此，在锂离子电容器制备过程中，为了实现锂离子电容器性能的最优化，发展预锂技术尤为重要。目前的锂离子电容器制备工艺中，一般包括三类，基于正极预嵌锂的锂离子电容器制备工艺、基于电解液预嵌锂的锂离子电容器制备工艺和基于负极预锂化的锂离子电容器制备工艺。基于负极预嵌锂的锂离子电容器制备工艺具有补锂效率高的优点，但是由于采用金属锂箔或锂粉，使得生产过程存在安全性差、生产条件苛刻等缺点，这也是目前锂离子电容器常用的制备工艺，极大限制了锂离子电容器的产量并提高了其生产成本。基于电解液预嵌锂工艺的锂离子电容器制备工艺具有安全性好、工艺简单，且不会在电极中引入多余组成，但其缺点是以损失锂离子电容器循环稳定性和功率特性为代价，因此在产品应用时存在较大的瓶颈。对于基于正极预嵌锂的锂离子电容器制备工艺，目前广泛使用富锂金属氧化物材料，其优点是安全性好、工艺简单，然而其缺点是补锂后在正极中引入了不溶的金属氧化物副产物，不利于正极表面的电化学反应过程，且预嵌锂电势高(＞4.5V)，容易造成电解液分解产气，不利于锂离子电容器器件的循环特性。对比现有三张基于不同方式的锂离子电容器制备工艺，通过在正极中引入含锂材料进行预嵌锂的技术路线更符合产业化发展趋势。但是现有的基于富锂金属氧化物材料预嵌锂的锂离子电容器制备工艺无法满足应用要求。

从未来产业化应用来看，锂离子电容器的制备要求制备工艺中采用的预锂化材料稳定性好、预锂化过程安全、电极层残留组分少、不影响正负极电化学性能发挥工艺简单、易于大规模生产。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明而提供了一种基于新型正极预嵌锂工艺锂离子电容器的制备方法：首先采用一定比例的强极性和弱极性混合溶剂作为锂化有机功能材料和炭基正极活性材料的溶剂体系，采用低速机械球磨的方法充分混合浆料，将浆料加热至一定温度后采用狭缝挤出方式进行涂布；负极电极涂布制备工艺使用常规的工艺，采用叠片工艺制备锂离子电容器器件。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

本发明的一种基于新型正极预嵌锂工艺锂离子电容器的制备方法，该方法中的所述锂离子电容器包括正极、负极，所述正极包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性材料和正极锂化有机功能材料复合材料；所述负极包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性材料。

所述锂离子电容器的制备方法如下：