[發明專利]鋰離子電容器負極預鋰化方法、復合負極及鋰離子電容器

有效

• 申請號: 201910579964.9
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN112151283B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 劉承浩;王亞龍;孫兆勇;孔德鈺;陳強;牟瀚波
• 申請（專利權）人: 天津中能鋰業有限公司
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/06;H01G11/24;H01G11/26;H01G11/50
• 代理公司: 北京市創世宏景專利商標代理有限責任公司 11493
• 代理人: 崔永華

本發明提供了一種鋰離子電容器負極預鋰化方法、復合負極及鋰離子電容器。本發明的鋰離子電容器負極預鋰化方法包括：第一步：準備鋰離子電容器負極和具有擔載層的通孔鋰膜；第二步：以通孔鋰膜一側與負極表面接觸的方式將具有擔載層的通孔鋰膜與所述負極疊置，通過壓力復合，將通孔鋰膜轉移至負極表面；第三步：分離擔載層，并收集附有鋰膜的負極，獲得鋰離子電容器復合負極；第四步：將所述復合負極、正極和隔膜按照復合負極|隔膜|正極的結構疊放或卷繞在一起；和第五步：注入電解液并封裝，進行預鋰化，獲得負極預鋰化的鋰離子電容器。

技術領域

本發明涉及儲能技術領域，尤其涉及一種鋰離子電容器負極預鋰化方法、復合負極及鋰離子電容器。

背景技術

鋰離子電容器是一種新型電容器，兼有雙電層電容器和鋰離子電池的結構特點，相比于傳統的雙電層電容器，在能量密度，高溫特性和自放電方面更具優勢，且比鋰離子電池具有更好的倍率性能和安全性，已被應用于風力發電、不間斷電源系統(UPS)等領域，未來有望被應用于新能源汽車及電子設備領域。鋰離子電容器正極為雙電層電容器正極(例如活性碳)，負極為鋰離子電池負極(例如石墨)，電解液為鋰鹽溶液。充電時，電解液中的鋰離子嵌入到負極中，于此同時，電解液中的陰離子則吸附到正極表面形成雙電層；放電時，鋰離子從負極脫出回到電解液中，同時正極于電解液界面的雙電層解離，陰離子從正極表面釋放也回到電解液中，而電子則由負極通過負載回到正極。

鋰離子電容器負極采用與鋰離子電池相同的活性材料，因而同鋰離子電池一樣，在首次充電過程中，負極會形成固態電解質層(SEI層)，會消耗電解液中的鋰離子，使得電容器的電容不能得以充分發揮。而通過預鋰化技術，預先在負極引入鋰源，可以彌補形成SEI層的鋰離子消耗，一方面可以提升電容器電容，進而提升能量密度，另一方面提高電容器的循環壽命。此外，負極預鋰化還可以降低負極的電位，提升鋰離子電容器的電壓。

現有鋰離子電容器負極預鋰化技術鋰源主要采用鋰粉或者鋰帶。東莞東陽光科研發展有限公司(中國專利申請號：201710077223.1)以鋰粉為鋰源，將其直接加入到負極漿料然后涂布干燥制得含有鋰粉的負極極片。但是，鋰粉反應活性高，與傳統復合混漿所用水或者N-甲基吡咯烷酮(NMP)均會反應，因而需要改變原有的混漿工藝。凌容新能源科技(上海)股份有限公司(中國專利申請號：201420666419.6)則將金屬鋰箔直接壓合在負極表面。金屬鋰箔是致密的，電解液無法穿過而到達負極與鋰箔層之間，只能從鋰箔層的邊緣向中間部位滲透，因而預鋰化時間長。此外，預鋰化過程會有氣體產生，這些產生的氣體聚集在負極和鋰箔之間，使得二者分離以致預鋰化過程局部或者全部停止，不能實現預鋰化的目的。另外，采用金屬鋰箔進行負極補鋰時，由于金屬鋰箔的厚度難以控制在20微米以下(否則厚度不均勻或者出現皺褶)，其量遠超所需的補鋰量，導致補鋰過量，而過量的補鋰，在充電過程中會出現析鋰，不利于電容器長時間循環。

發明內容

本發明的發明人發現：采用帶有通孔的鋰膜作為鋰源，在預鋰化時通孔有利于電解液進入鋰膜和負極之間，縮短預鋰化時間，還可以排出預鋰化過程中的產氣，避免鋰膜與負極層因氣體聚集而分離；而且鋰膜厚度均勻(厚度為0.5～15微米，優選3～10微米，厚度公差在±0.5μm以內)，從而可以在充分補鋰的同時避免補鋰過量，而且，該發明通過壓力復合即可與負極復合，不改變現有負極制備工藝。基于這些發現，完成了本發明。

本發明一個方面旨在提供一種鋰離子電容器負極預鋰化的方法，包括：

第一步：準備鋰離子電容器負極和具有擔載層的通孔鋰膜；

第二步：以通孔鋰膜一側與負極表面接觸的方式將具有擔載層的通孔鋰膜與所述負極疊置，通過壓力復合，將通孔鋰膜轉移至負極表面；

第三步：分離擔載層，并收集附有鋰膜的負極，獲得鋰離子電容器復合負極；

第四步：將所述復合負極、正極和隔膜按照復合負極|隔膜|正極的結構疊放或卷繞在一起；