[發明專利]納米過渡金屬-納米氧化鋰-多孔碳復合材料及鋰離子電容器的制備方法及鋰離子電容器

有效

• 申請號: 201710823877.4
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN107799321B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 郭華軍;楊哲偉;王志興;李新海;王接喜;彭文杰;胡啟陽;崔立志
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/50;H01G11/86;B82Y30/00
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 何湘玲

一種納米過渡金屬?納米氧化鋰?多孔碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：將金屬鋰粉、納米金屬氧化物和多孔碳材料混合均勻得到混合物，在惰性氣氛下，緩慢加熱混合物并保溫，再冷卻至室溫得到納米過渡金屬?納米氧化鋰?多孔碳復合材料。本發明還提供一種鋰離子電容器的制備方法。本發明中納米過渡金屬?納米氧化鋰?多孔碳復合材料對環境要求不苛刻，可以和正極材料一起進行涂覆，操作簡單，負極極片的預鋰化程度可控，效果明顯，并且可在現有鋰電制造條件下實現，可大大降低生產成本。

技術領域

本發明屬于儲能器件領域，尤其涉及一種電容器及納米過渡金屬-納米氧化鋰-多孔碳復合材料的制備方法及電容器。

背景技術

鋰離子電容器是一種新型的儲能器件，它具有比雙電層電容器更高的能量密度及比鋰電池更高的功率密度。在新興能源領域如風力發電、電動汽車、發電工業設備等方面有著巨大的應用潛力。鋰離子電容器最大的特點是通過預鋰化技術，降低負極的電勢，提高整個器件的工作電壓，從而提高能量密度。因此，預鋰化技術是鋰離子電容器制造的關鍵技術。

目前，鋰電容中常用的預鋰化技術主要為負極噴涂鋰粉法，雖然這種方法工藝相對簡易，但存在金屬鋰利用不充分、補償量難控制、混漿不均致局部鋰化過多等問題。因此，開發出簡單、高效的預鋰化技術具有極其重要的意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種能量密度高、操作簡單的鋰離子電容器及納米過渡金屬-納米氧化鋰-多孔碳的制備方法，并相應提供其制備得到的鋰離子電容器。為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種納米過渡金屬-納米氧化鋰-多孔碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：將金屬鋰粉、納米金屬氧化物和多孔碳材料混合均勻得到混合物，在惰性氣氛下，緩慢加熱混合物并保溫，再冷卻至室溫得到納米過渡金屬-納米氧化鋰-多孔碳復合材料。

上述納米過渡金屬-納米氧化鋰-多孔碳復合材料的制備方法中，優選的，所述金屬鋰粉的粒徑小于50μm，所述多孔碳材料含有微孔、介孔和大孔，且孔徑大于20nm的孔占所有孔的比例大于30％。若孔徑大于20nm的孔太少，制備的納米材料無法進入多孔碳中，發明人研究測定，孔徑大于20nm的孔占所有孔的比例大于30％時效果最佳。

上述納米過渡金屬-納米氧化鋰-多孔碳復合材料的制備方法中，優選的，所述金屬鋰粉與納米金屬氧化物的摩爾比為1～8：1，所述多孔碳材料與納米金屬氧化物的質量比為1～10：1。

上述納米過渡金屬-納米氧化鋰-多孔碳復合材料的制備方法中，優選的，所述加熱混合物時，控制升溫速率為1～5℃·min^-1，并升溫至180～240℃再保溫1～5h，所述冷卻時，控制降溫速率為1～5℃·min^-1。控制升降溫速率可以使材料反應更充分，有利于復合材料的合成。

作為一個總的技術構思，本發明還提供一種鋰離子電容器的制備方法，包括以下步驟：將正極活性材料、納米過渡金屬-納米氧化鋰-多孔碳復合材料、導電劑和粘結劑混合均勻后經后續處理得到鋰離子電容器的正極極片，將負極活性材料、導電劑和粘結劑混合均勻后經后續處理得到鋰離子電容器的負極極片，再將正負極片組裝后經活化處理實現負極材料的預鋰化得到鋰離子電容器。

上述鋰離子電容器的制備方法中，優選的，所述納米過渡金屬-納米氧化鋰-多孔碳復合材料由上述納米過渡金屬-納米氧化鋰-多孔碳復合材料的制備方法制備得到。

上述鋰離子電容器的制備方法中，優選的，所述正極活性材料為活性炭、石墨烯和碳氣凝膠中的一種或幾種，所述負極活性材料為石墨、硬碳和軟碳中的一種或幾種。