[發(fā)明專利]鋰離子混合超級(jí)電容器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710583518.6
• 申請(qǐng)日: 2017-07-17
• 公開（公告）號(hào): CN107230555A
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐永炳;張松全;王蒙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳中科瑞能實(shí)業(yè)有限公司;深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): H01G11/06
• 分類號(hào): H01G11/06;H01G11/50;H01G11/68;H01G11/84
• 代理公司: 北京超凡志成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11371
• 代理人: 劉書芝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超級(jí)電容器領(lǐng)域，具體而言，涉及一種鋰離子混合超級(jí)電容器及其制備方法。

背景技術(shù)

混合超級(jí)電容器是一種結(jié)合了鋰離子電池高能量密度以及電容器的高功率密度、卓越的循環(huán)壽命及其優(yōu)異的快充性能的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)，其包括一個(gè)電容器電極、一個(gè)鋰離子電池電極、有機(jī)鋰鹽電解液以及隔膜。混合超級(jí)電容器結(jié)合鋰離子電池高的比容量以及有機(jī)電解液寬的電壓窗口來提升其能量密度，而其快充性能由于鋰離子電池電極的嵌鋰以及脫鋰反應(yīng)而有所下降，但是其仍然具有幾分鐘一次的快充性能。

目前，混合超級(jí)電容器有兩種構(gòu)型，一種采用鋰離子電池正極(如鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元等)材料為正極，大比表面積的活性炭或介孔碳等為負(fù)極；另一種采用鋰離子電池負(fù)極材料(如Li₂TiO₃，石墨等)為負(fù)極，具有大比表面積的活性炭或者介孔碳等為正極。例如，發(fā)明專利(CN100383902C)中介紹了一種混合超級(jí)電容器，其以高比表面積的活性炭或者介孔碳為正極，Li_8x/(x+4)Ti_8/(x+4)O₄或一元或多元其他金屬元素?fù)诫s的化合物為負(fù)極；發(fā)明專利(CN103227056A)中介紹了另一種混合超級(jí)電容器，其以磷酸鐵鋰和石墨的混合材料為正極，石墨和活性炭的混合材料為負(fù)極。

然而，采用鈦酸鋰以及金屬氧化物作為混合超級(jí)電容器負(fù)極活性物質(zhì)，其具有生產(chǎn)工藝復(fù)雜、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重、生產(chǎn)成本高昂的缺點(diǎn)；而采用石墨類材料作為混合超級(jí)電容器負(fù)極材料，雖然其制備成本低、存量大，但是其較低的理論容量限制了混合超級(jí)電容器能量密度的提升。并且，常用鋰離子電池電極和電容器電極都存在活性位點(diǎn)有限，容量低的劣勢(shì)。此外，上述兩種結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器在制備過程中都涉及正負(fù)極活性物質(zhì)的混料、涂布、輥壓等步驟，制備過程繁瑣，人工和設(shè)備投入大。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一目的在于提供一種能夠與電解液中鋰離子合金化的金屬、合金或金屬復(fù)合材料同時(shí)作為負(fù)極活性材料和負(fù)極集流體在鋰離子混合超級(jí)電容器中的應(yīng)用。上述金屬、合金或金屬復(fù)合材料同時(shí)作為負(fù)極活性材料和負(fù)極集流體能夠極大地降低鋰離子混合超級(jí)電容器的自重，進(jìn)一步提高鋰離子混合超級(jí)電容器的能量密度和理論比容量，簡化電容器的生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本且更加環(huán)保。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種鋰離子混合超級(jí)電容器，該鋰離子混合超級(jí)電容器的負(fù)極為能夠與電解液中鋰離子合金化的金屬、合金或金屬復(fù)合材料，上述金屬、合金或金屬復(fù)合材料起到負(fù)極活性材料和負(fù)極集流體的雙重作用，能夠極大地降低電容器的自重，進(jìn)一步提高電容器的能量密度和理論比容量，簡化電容器的生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本且更加環(huán)保。

本發(fā)明的第三目的在于提供一種鋰離子混合超級(jí)電容器的制備方法，上述制備方法工藝簡單，采用該方法制備得到的鋰離子混合超級(jí)電容器具有能量密度高和理論比容量高的優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供了一種能夠與鋰離子合金化的金屬、合金或金屬復(fù)合材料同時(shí)作為負(fù)極活性材料和負(fù)極集流體在鋰離子混合超級(jí)電容器中的應(yīng)用，鋰離子存在于混合超級(jí)電容器的電解液中。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地技術(shù)方案，所述金屬為鋁、銅、鐵、錫、鎳、鋅、鈦、鎂、鈣、鉛、鋇、鉻、錳或銻中的任意一種；

所述合金為至少包含鋁、銅、鐵、錫、鎳、鋅、鈦、鎂、鈣、鉛、鋇、鉻、錳或銻中任意一種的合金；

所述金屬復(fù)合材料為至少包含鋁、銅、鐵、錫、鎳、鋅、鈦、鎂、鈣、鉛、鋇、鉻、錳或銻中任意一種的復(fù)合材料。

第二方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子混合超級(jí)電容器，包括負(fù)極、隔膜、正極和電解液；

所述負(fù)極為能夠與電解液中鋰離子合金化的金屬、合金或金屬復(fù)合材料；

所述正極包括正極材料和正極集流體，所述正極材料中的正極活性材料為能夠可逆地吸附、脫附電解液中陰離子的碳材料；

鋰離子存在于混合超級(jí)電容器的電解液中。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地技術(shù)方案，所述負(fù)極為鋁、銅、鐵、錫、鎳、鋅、鈦、鎂、鈣、鉛、鋇、鉻、錳或銻中的任意一種純金屬；

或，所述負(fù)極為至少包含鋁、銅、鐵、錫、鎳、鋅、鈦、鎂、鈣、鉛、鋇、鉻、錳或銻中任意一種的合金；

或，所述負(fù)極為至少包含鋁、銅、鐵、錫、鎳、鋅、鈦、鎂、鈣、鉛、鋇、鉻、錳或銻中任意一種的復(fù)合材料。