[發明專利]一種鈦酸鋰基鋰離子電容器

在審

• 申請號: 201610852165.0
• 申請日: 2016-09-26
• 公開（公告）號: CN107871848A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 李輝
• 申請（專利權）人: 青島九洲千和機械有限公司
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/36;H01M4/62;H01G11/50;H01G11/30
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技術領域

本發明涉及一種鋰離子電容器，尤其是涉及一種負極采用鈦酸鋰復合電極的鋰離子電容器。

背景技術

鋰離子電容器是一種新型的功率型儲能器件，與鋰離子電池相比其高倍率放電和循環壽命更佳，與雙電層的超級電容器相比能量密度可以提高3-6倍。通常鋰離子電容器的正極采用活性炭材料，負極采用石墨、硬碳或軟碳材料。由于碳基負極材料在充電過程中發生鋰的嵌入反應，鋰離子嵌入石墨的層間，此過程需要克服較大的勢壘，因而限制了材料的倍率性能；另外，碳基材料負極的低溫性能不佳，限制了鋰離子電容器的應用。采用鈦酸鋰基負極材料可以克服這些缺陷。

發明內容

本發明的目的是提供一種高容量的鈦酸鋰基鋰離子電容器。

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種鈦酸鋰基鋰離子電容器，包括殼體、置于殼體內部的電芯和含浸于電芯內的電解液；所述的電芯是由正極電極片、負極電極片和置于正極電極片與負極電極片之間的隔膜通過卷繞或疊片的方式得到的，所述的正極電極片包括正極集流體和涂覆于正極集流體上的正極涂布層，所述的負極電極片包括負極集流體和涂覆于負極集流體上的負極涂布層，所述的正極涂布層包括正極活性材料、導電劑和粘結劑，所述的負極涂布層包括負極活性材料、導電劑和粘結劑，所述的正極活性材料為高比表面積的碳材料；所述的負極活性材料為鈦酸鋰與碳材料的復合材料，且對所述的負極電極片進行了預嵌鋰處理。

作為優選，所述負極活性材料的預嵌鋰量為30～100mAh/g。

作為優選，所述的正極活性材料與負極活性材料的質量之比為2～3.5∶1。

所述的高比表面積碳材料，其比表面積不低于500m 2/g。作為優選，所述的高比表面積碳材料為活性炭或活性的碳纖維或石墨烯。所述的鈦酸鋰與碳材料的復合材料為鈦酸鋰與石墨烯或鈦酸鋰與納米碳纖維或鈦酸鋰與納米碳管的復合材料。所述的鈦酸鋰與碳材料的復合材料中，碳含量為5～30重量％。

所述的粘結劑選擇聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)或羧甲基纖維素鈉(CMC)或丁苯橡膠(SBR)或成都茵地樂產的LA系列水性粘結劑等。所述的導電劑選自導電炭黑、導電石墨或碳納米管。

具體實施方式

本發明將負極電極片、正極電極片和隔在負極電極片與正極電極片之間的隔膜疊片或卷繞形成電芯。電極片采用涂布的方法制成：將包含正極活性物質、導電劑和粘結劑漿料涂布到鋁箔上，制成正極電極片；將包含負極活性物質、導電劑和粘結劑的漿料涂布到鋁箔或銅箔上，制成負極電極片，所述的鋁箔或銅箔含有2％～30％開孔率的貫穿孔。

所述的粘結劑選擇聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)或羧甲基纖維素鈉(CMC)或丁苯橡膠(SBR)或成都茵地樂產的LA系列水性粘結劑等。所述的導電劑選自導炭黑、導電石墨或碳納米管。正極活性材料為活性炭或活性的碳纖維或石墨烯中的一種或多種；負極活性材料為鈦酸鋰與石墨烯或鈦酸鋰與納米碳纖維或鈦酸鋰與納米碳管的復合材料，復合材料中碳含量為5～30重量％。

鋰離子電容器可按如下步驟制備：將負極電極片、正極電極片和隔膜疊片或卷繞形成電芯，隔膜位于負極電極片與正極電極片之間；將電芯放入殼體中，正極和負極的極耳伸出殼體；金屬鋰電極放入殼體中，金屬鋰電極與電芯相對放置并用隔膜隔開；殼體注入過量電解液后，對殼體進行熱封口；以金屬鋰電極作為對電極，對負極預嵌鋰，嵌鋰容量為30～100mAh/g。最后，取出金屬鋰電極，倒出多余的電解液，進行真空封口，得到鋰離子混合型電容器。

以下結合實施例對本發明作進一步說明。

實施例1正極電極片的制備

取用5質量份的羧甲基纖維素鈉溶于2000質量份的去離子水中，再加入30質量份的丁苯橡膠混合均勻，再先后加入50質量份的導電炭黑和500質量份的活性炭，混合均勻，制成漿料。將漿料涂布到開孔率為20％的鋁箔上，通過干燥、輥壓、分切等工藝，制成正極電極片。

實施例2正極電極片的制備

取用30質量份的LA135粘結劑和5質量份的聚四氟乙烯粘結劑溶于2000質量的去離子水中，加入40質量份的導電炭黑、10質量份的導電石墨和400質量份的活性炭、50質量份的活性的碳纖維、50質量份的石墨烯，混合均勻，制成漿料。將漿料涂布到開孔率為30％的鋁箔上，通過干燥、輥壓、分切等工藝，制成正極電極片。

實施例3負極電極片的制備