[發(fā)明專利]一種無需預(yù)嵌鋰型鋰離子電容器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611231640.9
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106601489B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 阮殿波;喬志軍;黃慶福;傅冠生
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波中車新能源科技有限公司
• 主分類號: H01G11/06
• 分類號: H01G11/06;H01G11/24;H01G11/50;H01G11/46;H01G11/84
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 洪珊珊

本發(fā)明涉及一種無需預(yù)嵌鋰型電容器及其制備方法，屬于電容器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的無需預(yù)嵌鋰型鋰離子電容器正極片由多孔碳/Li₅FeO₄復(fù)合材料制成，該復(fù)合材料由多孔碳和Li₅FeO₄物理混合獲得，制備過程簡單、可控以及易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；多孔碳/Li₅FeO₄復(fù)合材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑通過合適的質(zhì)量比混合后，涂覆于鋁箔上形成正極，石墨或硬碳、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑通過合適的質(zhì)量比混合后，涂覆于銅箔上形成負(fù)極，正極、負(fù)極、電解液裝配形成鋰離子電容器，該制備過程中無需使用多孔鋁箔和銅箔，無需預(yù)嵌鋰工藝，且制備的鋰離子電容器具有高能量密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無需預(yù)嵌鋰型電容器及其制備方法，屬于電容器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

1999年，富士重工報道了一種使用活性炭正極，嵌鋰石墨負(fù)極和鋰鹽電解液的混合電容器，其工作電壓區(qū)間可達(dá)3.0～4.2V，該種器件被稱為鋰離子電容器(Lithium-ionCapacitor,LIC)。LIC的功率密度可達(dá)8kW/kg以上，能量密度可達(dá)20Wh/kg，性能優(yōu)于雙電層超級電容器。但是LIC制備過程相當(dāng)復(fù)雜，主要存在兩大問題：(1)負(fù)極必須預(yù)嵌鋰以保持電解液鋰源足量，但是預(yù)嵌鋰技術(shù)不成熟，存在安全問題；(2)集流體必須采用多孔銅箔(負(fù)極)和多孔鋁箔(正極)，保證預(yù)嵌鋰時鋰在器件極片組中的穿梭，但是多孔銅箔(負(fù)極)和多孔鋁箔(正極)制備困難，且材料涂覆工藝復(fù)雜，導(dǎo)致LIC產(chǎn)業(yè)化程度不夠，價格偏高。因此，開發(fā)新型、工藝簡單、高能量密度的鋰離子電容器是一種趨勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種具有高能量密度，且無需使用多孔箔的無需預(yù)嵌鋰型鋰離子電容器。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種無需預(yù)嵌鋰型鋰離子電容器，包括一正極片、一負(fù)極片和電解液，所述正極片由多孔碳/Li₅FeO₄復(fù)合材料制成。

Li₅FeO₄是一種理想的正極鋰源，其比容量可達(dá)到867mAh/g，理論上每摩爾的Li₅FeO₄可以提供5個Li+，能在首次充電時釋放大量鋰離子，可以顯著的提高鋰離子電容器首次效率和能量密度，并且釋放鋰離子后的產(chǎn)物活性極低，不會發(fā)生再次嵌鋰或者溶解。多孔碳的比表面積大，吸附能力強(qiáng)，能夠有效吸附Li₅FeO₄，無需多孔箔的使用也可以改善電池在充放電過程中，Li₅FeO₄溶于電解質(zhì)而導(dǎo)致活性物質(zhì)損失的問題。多孔碳也具有良好的導(dǎo)電性能，與Li₅FeO₄復(fù)合后增大了離子和電子的轉(zhuǎn)移速率，兩者之間的協(xié)同作用使復(fù)合材料的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性得到顯著提高。

作為優(yōu)先，所述的多孔碳/Li₅FeO₄復(fù)合材料由以下步驟制備而成：將LiOH與Fe(NO₃)₃均勻混合，并壓制成片，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下以1-5℃/min的升溫速度升至700-1200℃，保溫10-20h,后自然降溫到室溫，得到Li₅FeO₄材料；利用高速分散機(jī)將多孔碳和Li₅FeO₄物理混合，制備得到多孔碳/Li₅FeO₄復(fù)合材料。

作為優(yōu)選，所述LiOH與Fe(NO₃)₃的Li/Fe摩爾比為(7-12)：1。