[發(fā)明專利]一種鋰離子電容器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910490259.1
• 申請(qǐng)日: 2019-06-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110164701A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴榮玉;徐林;趙啟翠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥羿振電力設(shè)備有限公司
• 主分類號(hào): H01G11/06
• 分類號(hào): H01G11/06;H01G11/50;H01G11/26;H01G11/68;H01G11/70;H01G11/86
• 代理公司: 合肥道正企智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34130
• 代理人: 張浩

本發(fā)明屬于電能存儲(chǔ)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電容器及其制備方法，本發(fā)明的鋰離子電容器包括正極片、負(fù)極片、隔膜及電解液，正極片包括正極集流體和正極材料，正極材料由正極活性物質(zhì)和CMC粘結(jié)劑構(gòu)成，正極活性物質(zhì)由多孔石墨烯/導(dǎo)電聚合物/金屬氧化物三元納米復(fù)合材料構(gòu)成；負(fù)極片包括負(fù)極集流體、負(fù)極材料和鋰帶，負(fù)極材料由負(fù)極活性物質(zhì)和CMC粘結(jié)劑構(gòu)成，負(fù)極活性材料由球形天然石墨或石墨化聚酰亞胺炭微球經(jīng)表面造孔后氮化處理，最后再原位生長(zhǎng)炭納米管或納米金屬氮化物得到的復(fù)合材料構(gòu)成。本發(fā)明解決了負(fù)極片上電解液無(wú)法與預(yù)嵌鋰充分接觸的問(wèn)題，還提供了新的電極材料和多孔鋁箔的腐蝕工藝，達(dá)到了提升鋰離子電容器性能的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電能存儲(chǔ)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電容器及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電容器是一種典型的非對(duì)稱電容器，這種電容器正極采用電容性材料，負(fù)極采用預(yù)嵌鋰的電池性材料。在充放電過(guò)程中，正極發(fā)生離子的吸/脫附，負(fù)極發(fā)生鋰離子的脫嵌過(guò)程。由于負(fù)極電池材料的充放電電壓相對(duì)較低，因此整個(gè)鋰離子電容器的工作電壓區(qū)間遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的對(duì)稱型雙電層超級(jí)電容器，從而使鋰離子電容器具有較高的能量密度。

目前鋰離子電容器存在負(fù)極預(yù)嵌鋰的量不易控制、產(chǎn)品一直性差，工藝復(fù)雜，成本居高不下，或是鋰引入產(chǎn)生的安全隱患等無(wú)法消除的問(wèn)題，公告號(hào)為CN104681311B的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種鋰離子電容器的新型預(yù)嵌鋰方法，該方法通過(guò)充放電方式對(duì)負(fù)極進(jìn)行預(yù)嵌鋰，在一定程度上解決了工業(yè)化生產(chǎn)問(wèn)題，但該技術(shù)仍然需要后續(xù)處理工藝，對(duì)生產(chǎn)成本控制不利。

電容電極的制備材料對(duì)鋰離子電容器的比容量、穩(wěn)定性、循環(huán)壽命等主要參數(shù)起決定作用，也是目前鋰離子電容器研究的方向之一。影響鋰離子電容器電化學(xué)性能的因素主要有材料導(dǎo)電性、比表面積大小和離子傳輸速率等。石墨烯是一種具有單原子厚度且能無(wú)限展開(kāi)的二維晶體碳納米材料，有很強(qiáng)的電荷傳輸能力， 理論比表面積大，理論雙電層電容比容量高，可形成二維或三維多孔結(jié)構(gòu)。由此可知，石墨烯是制備電容電極的最佳材料之一。然而石墨烯極易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致其實(shí)際比表面積不足800 m²/g，比容量也只約為300F/g。因此，采用適宜的方式將石墨烯和其他材料進(jìn)行復(fù)合，構(gòu)建有助于發(fā)揮協(xié)同作用的微結(jié)構(gòu)，這不僅能減少石墨烯的團(tuán)聚，還能提高復(fù)合材料的比容量，從而制備充放電迅速、比容量高、功率密度大的超級(jí)電容器。目前，許多石墨烯基電極材料的制備未能做到簡(jiǎn)單環(huán)保，且生產(chǎn)成本高昂。例如公開(kāi)號(hào)為CN107845507A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)的氟磷酸釩鋰/氟化石墨烯復(fù)合正極材料在鋰離子電容器中的應(yīng)用，又例如公開(kāi)號(hào)為CN108492995A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)的一種高電壓水系電解液鋰離子電容器的制備方法，都存在上述問(wèn)題。因此，尋求快速、綠色、經(jīng)濟(jì)的石墨烯基電極材料的制備方式是未來(lái)發(fā)展的方向。另外，作為電極集流體的多孔鋁箔的腐蝕工藝也是提升鋰離子電容器性能的關(guān)鍵，但現(xiàn)有技術(shù)對(duì)此鮮有公開(kāi)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電容器及其制備方法，解決負(fù)極片上電解液無(wú)法與預(yù)嵌鋰充分接觸的問(wèn)題，本發(fā)明還提供了新的電極材料和多孔鋁箔的腐蝕工藝，以提升鋰離子電容器的性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種鋰離子電容器，包括正極片、負(fù)極片、介于正負(fù)極片之間的隔膜及電解液，所述正極片包括正極集流體和涂布在正極集流體上的正極材料，正極材料由正極活性物質(zhì)和CMC粘結(jié)劑構(gòu)成，其中正極活性物質(zhì)由多孔石墨烯/導(dǎo)電聚合物/金屬氧化物三元納米復(fù)合材料構(gòu)成；所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體、涂布在負(fù)極集流體上的負(fù)極材料和預(yù)嵌在負(fù)極材料表面兩條以上的鋰帶，所述負(fù)極材料由負(fù)極活性物質(zhì)和CMC粘結(jié)劑構(gòu)成，其中負(fù)極活性材料由球形天然石墨或石墨化聚酰亞胺炭微球經(jīng)表面造孔后氮化處理，最后再原位生長(zhǎng)炭納米管或納米金屬氮化物得到的復(fù)合材料構(gòu)成。