[发明专利]一种用于锂离子电容器的复合正极材料及其应用

说明书

本发明提供了一种用于锂离子电容器的复合正极材料及其应用，所述复合正极材料包括磷酸铁锰锂和多孔碳材料，所述多孔碳材料和磷酸铁锰锂的质量比为(60～90):(5～25)。本发明采用合适比例的碳材料和磷酸铁锰锂制备复合正极材料，磷酸铁锰锂结构稳定，充电平台较高(约为4V)，高压下不易释放氧气，与多孔碳材料复合后，依然可以保持较高的循环寿命和倍率性能；同时，磷酸铁锰锂在高压工作环境下能够抑制多孔碳材料的产气，制备得到的复合正极材料用于锂离子电容器中，能够提高锂离子电容器的循环寿命、倍率性能和安全性能。

技术领域

本发明涉及电容器技术领域，具体涉及一种用于锂离子电容器的复合正极材料及其应用。

背景技术

锂离子电容器是一种实现了锂离子电池和电容器的原理和技术的结合的新型储能器件，兼具了高能量密度与高功率密度，并且拥有超长的循环寿命，目前在新能源汽车、轨道交通、储能领域等得到广泛应用。

常见的锂离子电容器结构可以分为以下两类：1)正极活性物质使用电容器的多孔碳材料，负极活性物质采用锂电池的负极碳材料；2)正极活性物质使用多孔碳材料与金属氧化物材料的复配材料，负极活性物质使用锂电池的负极碳材料。其中，前类锂离子电容器的功率特性更优异，但能量密度较低；后类锂离子电容器使用金属氧化物材料进行复配，虽然能量密度有所提高，但安全性能也随之降低，且部分金属氧化物材料，例如三元镍钴锰等材料结构不稳定，在寿命测试后期可能会出现结构坍塌等，影响循环性能。

CN112992553A公开了一种三元复合材料正极片以及其制备的锂离子电容器，其以具有电化学双电层特性的碳材料为骨架，导电聚合物通过单体的聚合反应生长在碳骨架上，在导电聚合物单体发生聚合反应的过程前或者反应完成后加入锂盐，最后得到碳材料/导电聚合物/锂盐三元复合材料；CN101840787A公开了一种锂离子电容器正极片的制作方法，其在集流体铝箔上涂布含有超级电容器活性材料的浆料并烘干，然后在涂布有超级电容器活性材料的集流体铝箔上再涂布锂离子电池的正极浆料，经过烘干、冷压、再烘干、裁片、分条工艺制得锂离子电容器的正极片。CN103515111A公开了一种锂离子电容器正极片的制备方法，其采用氧化石墨烯制备正极片，并在极片上涂覆有机锂化合物，依次进行加热、冷却、轧膜和切边，得到正极，简化了制备工艺。

现有技术提供了多种锂离子电容器的正极，但是上述正极均存在在寿命测试中衰减较快，循环稳定性低的缺点，并没有很好地体现出锂离子电容器长寿命的优势，限制了其商业化应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于锂离子电容器的复合正极材料及其应用。本发明采用合适比例的多孔碳材料和磷酸铁锰锂制备复合正极材料，磷酸铁锰锂结构稳定，充电平台较高(约为4V)，高压下不易释放氧气，与多孔碳材料复合后，依然可以保持较高的循环寿命和倍率性能；同时，磷酸铁锰锂在高压工作环境下能够抑制多孔碳材料的产气，制备得到的复合正极材料用于锂离子电容器中，能够提高锂离子电容器的循环寿命、倍率性能和安全性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种复合正极材料，所述复合正极材料包括磷酸铁锰锂和多孔碳材料，所述多孔碳材料和磷酸铁锰锂的质量比为(60～90):(5～25)。

本发明中，多孔碳材料和磷酸铁锰锂的质量比为(60～90):(5～25)，其中，多孔碳材料的选择范围(60～90)例如可以是60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88或90等，磷酸铁锰锂的选择范围(5～25)例如可以是5、8、10、12、14、16、18、20、22、24或25等。