[發明專利]負極片及其制備方法、鋰離子超級電容器

在審

• 申請號: 201410404950.0
• 申請日: 2014-08-15
• 公開（公告）號: CN104157463A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 姜冬冬;陳宇澄;王臣;羅旭芳;楊紅平;袁美蓉;宋宇;徐永進
• 申請（專利權）人: 萬星光電子(東莞)有限公司;深圳清華大學研究院
• 主分類號: H01G11/22
• 分類號: H01G11/22;H01G11/50;H01G11/86
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 生啟

技術領域

本發明涉及儲能器件制備領域，特別是涉及一種負極片及其制備方法、以及采用該負極片的鋰離子超級電容器。

背景技術

隨著能源消耗，環境污染問題越來越突出，開發利用新能源越來越受關注。風能、太陽能等可再生能源受自然環境的影響，其電力輸出具有不連續和不穩定性，解決風能、太陽能等新能源并網需要尋求高能量、高功率、長壽命的儲能器件。同時電動汽車，能量回收系統，電動工具，功率脈沖電源等也需要高能量、高功率、長壽命的儲能器件。

目前常用的儲能器件有鋰離子電池和超級電容器，廣泛應用于電子設備，電動車，電動工具，后備電源，新能源并網儲能電源等領域。鋰離子電池具有能量密度高的優點，但存在使用壽命短，功率密度低的缺點。超級電容器具有輸出功率大、循環壽命長的優點，但存在能量密度低的問題。因此，開發高能量密度、高功率、長壽命的儲能器件顯得越來越迫切。

近年來，一種由雙電層電容正極和鋰離子電池負極構成的電化學混合超級電容器逐漸成為研究熱點，因其負極采用與鋰離子電池體系相同的儲能機理，富士重工SUBARU技術研究中心的Osamu?Hatozaki等人將其稱為鋰離子超級電容器。其工作機理是：充電時，有機電解液中的鋰離子嵌入到負極中形成嵌鋰化合物，電解液中的陰離子則吸附在活性炭正極表面形成雙電層；而放電時，鋰離子從負極材料中脫出，正極與電解液界面產生的雙電層解離，陰離子從正極表面釋放。

傳統超級電容器的電壓通常在2.5～3V，而鋰離子超級電容器負極采用石墨等嵌鋰材料，其工作電壓可以提高到4V，負極靜電容量也大幅提高，與傳統超級電容器相比，鋰離子超級電容器的單元能量密度可提高3～4倍。

鋰離子超級電容器的關鍵技術在于負極預嵌鋰的實現，傳統的做法是以金屬鋰片作為鋰極(CN?101138058)，置于電極單元的上下兩端，通過負極與鋰極短路方法，實現負極的預嵌鋰。為保證在短時間內使負極預嵌鋰，采用穿孔箔作為正負極集流體，這樣鋰離子可以穿過電極移動，而不被電極阻斷。然而，這種方法存在著負極片嵌鋰量不均勻的問題，尤其在層疊片數多的結構中，在遠離金屬鋰片的負極片的嵌鋰量會比靠近金屬鋰片的負極片的嵌鋰量少很多。

發明內容

基于此，有必要提供嵌鋰量均勻的負極片及其制備方法。

此外，還有必要提供一種采用上述負極片的鋰離子超級電容器。

一種負極片制備方法，包括如下步驟：

在集流體的表面涂覆負極活性物質漿料，烘干后輥壓制成負極片半成品，其中，所述負極活性物質漿料中含有可嵌入脫出鋰離子的活性材料；

在保護氣體氛圍下，將鋰粉和有機催化劑溶解于有機溶劑中得到有機鋰溶液；以及

在保護氣體氛圍下，將所述有機鋰溶液噴涂或刷涂在所述負極片半成品表面，使有機鋰溶液中的鋰離子被還原成金屬鋰并嵌入所述負極片半成品內，最后將所述負極片半成品清洗后干燥，即為所述負極片。

在一個實施例中，所述可嵌入脫出鋰離子的活性材料為石墨、中間相碳微球、硬碳、軟碳、聚并苯、納米碳材料、聚吡咯、聚噻吩、鈦酸鋰、鈦氧化物、錫氧化物、硅氧化物、錫和硅中的至少一種；

所述可嵌入脫出鋰離子的活性材料占所述負極活性物質漿料的質量百分數為20％～40％。

在一個實施例中，所述負極活性物質漿料按照質量百分數還包括50％～80％的溶劑、0.4％～10％的導電劑和0.4％～10％的粘結劑。

在一個實施例中，所述有機鋰溶液中，鋰離子的濃度為0.02mol/L～0.4mol/L。

在一個實施例中，所述有機催化劑為蒽、菲和萘中的至少一種。

在一個實施例中，所述有機鋰溶液中，所述有機催化劑的濃度為0.1mol/L～0.5mol/L。

在一個實施例中，所述有機溶劑為二甲氧基乙烷、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇甲乙醚、三乙二醇二甲醚、叔丁基甲基醚和苯醚中的至少一種。

在一個實施例中，將所述負極片半成品清洗的操作為：用碳酸酯將所述負極片半成品清洗。

一種負極片，采用上述的負極片制備方法制備得到。

一種鋰離子超級電容器，包括正極片、隔膜、負極片和電解液；所述負極片為如上述的負極片。