[发明专利]一种具有预钠化负极极片的锂离子电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有预钠化负极极片的锂离子电容器及其制备方法，锂离子电容器，包括负极片、正极片、隔膜和电解液，所述负极片包括负极集流体和附着于负极集流体上的负极涂布层；负极涂布层的活性材料为碳素材料，且碳素材料进行预钠化处理。锂离子电容器在首次充放电过程中，电解液易在电极表面发生分解，形成SEI层。通过对电极进行预钠化处理，在负极材料表面预先形成一层SEI层，减少了负极在首次充放电过程中的电解质消耗，补充了钠源；与此同时还能扩宽电压工作窗口、提升电容器的能量密度。

技术领域

本发明属于锂离子电容器技术领域，具体涉及一种具有预钠化负极极片的锂离子电容器及其制备方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

锂离子电容器是介于锂离子电池和超级电容器之间的一种新型储能器件。由电池型负极材料和电容型正极材料构成，同时结合了锂离子电池与超级电容器的优点，具有高能量密度、高功率密度、快速充放电和长循环寿命等特点，在电动汽车、轨道交通、新能源发电、航空航天等领域有着广泛的应用前景。

由于价格低廉、性能稳定，且在使用过程中产气量小、容易分散、易于制备负极浆料等优点，碳素材料被广泛应用于锂离子电容器中。但由于碳素材料自身的结构特点，在锂离子电容器首次充放电的过程中，碳素材料表面容易形成SEI膜，从而消耗了一部分锂源；除此之外，循环过程中，当电压迅速降低到碳素材料的低电压状态(接近0V)并保持该状态时，也需要消耗一部分锂源，但碳素材料本身并不存在锂源。为了解决这一问题，通过对负极材料进行预嵌锂能够补偿首次循环时负极产生的不可逆容量的损失，显著降低锂离子电容器负极的电位，由此提高锂离子电容器的电压窗口，从而大大提高锂离子电容器的能量密度和循环寿命。

通过预嵌锂可以解决以上问题，但是考虑到锂元素在地壳中含量少(0.0065％)，成本高，难以应对以后对锂离子电容器大规模要求这一问题，与锂元素具有相似物理化学性质，储量丰富、成本低的钠元素引起了研究人员的关注。本发明通过对负极材料进行预钠化处理，达到了与预锂化相同的要求，但成本更低，利于大规模工业生产。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种具有预钠化负极极片的锂离子电容器及其制备方法，通过对负极材料进行预钠化处理，在负极材料表面优先形成一层致密的含钠SEI层，减少了首次充放电过程中电解液的分解，降低了电极电压，扩大了锂离子电容器的电压窗口，同时补充了金属源，使锂离子电容器具有良好的循环稳定性、能量密度及功率密度，且成本低，有利于工业化生产。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种具有预钠化负极极片的锂离子电容器，包括负极片、正极片、隔膜和电解液，所述负极片包括负极集流体和附着于负极集流体上的负极涂布层；

负极涂布层的活性材料为碳素材料，且碳素材料进行预钠化处理。

第二方面，本发明提供了所述具有预钠化负极极片的锂离子电容器的制备方法，包括如下步骤：

将碳素材料、导电剂和粘结剂混合后涂覆在负极集流体上，得到负极前驱体；

将负极前驱体进行预钠化，形成负极片；

将负极片、正极片、隔膜和电解液进行组装，得到锂离子电容器。

上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：

(1)碳素材料的价格低廉、性能稳定，且在使用过程中产气量小、容易分散、易于制备负极浆料；

(2)锂离子电容器在首次充放电过程中，电解液易在电极表面发生分解，形成SEI层。通过对电极进行预钠化处理，在负极材料表面预先形成一层SEI层，减少了负极在首次充放电过程中的电解质消耗，补充了钠源；与此同时还能扩宽电压工作窗口、提升电容器的能量密度。