[發明專利]鋰離子電容器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010980525.1
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112289592A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 陳成猛;戴麗琴;蘇方遠;王振兵
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: H01G11/34
• 分類號: H01G11/34;H01G11/50;H01G11/06;H01G11/84
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 郝文婷

本發明屬于鋰離子電容器技術領域，具體涉及一種鋰離子電容器及其制備方法。本發明通過以活性炭與鋰離子電池正極材料的混合物作為正極活性材料，使正極能同時發揮雙電層機制和氧化還原反應機制，具有更高的倍率性能和能量密度。同時，由于負極活性層采用了預嵌鋰的負極活性層，故負極也具有一定的嵌鋰量，從而達到了正極、負極雙嵌鋰的效果，所得鋰離子電容器具有較高的能量密度和功率密度，電化學性能優異，應用前景良好。

技術領域

本發明屬于鋰離子電容器技術領域，具體涉及一種鋰離子電容器及其制備方法。

背景技術

隨著近年來風力發電、光伏發電、可移動電子設備等領域的快速發展，其對儲能器件的能量密度和功率密度的要求也越來越高。鋰離子電池作為應用最廣、最有發展潛力的二次電池，其能量密度較高，但是功率密度低、循環壽命短。而雙電層超級電容器雖具有高功率性能及百萬次的循環壽命，但其能量密度相比鋰離子二次電池低很多。因此，為了得到一種兼具高能量及高功率密度的儲能器件，科研人員開發出一種全新的儲能器件——鋰離子電容器(LIC)，其正極材料多采用雙電層超級電容器的活性炭材料，而負極則是預嵌鋰的鋰離子電池負極材料。

由于鋰離子電容器需要對負極進行預嵌鋰，因此其制造技術工藝要比雙電層超級電容器和鋰離子電池更加復雜，找到一種最佳的預嵌鋰技術是當前公認的技術難點。現有的預嵌鋰方式普遍存在工藝復雜、生產成本較高、嵌鋰時間很長，且嵌鋰的均勻性不易控制、安全性較差的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋰離子電容器及其制備方法，旨在解決現有鋰離子電容器中存在的預嵌鋰效果差、功率性能低的技術問題。

為了實現上述發明目的，本發明一方面，提供了一種鋰離子電容器，其包括相對設置的正極、負極和設于兩者之間的隔膜，所述正極包括正極集流體和結合在所述正極集流體表面的正極活性層，所述正極活性層包括正極活性材料；所述負極包括負極集流體和結合在所述負極集流體表面的負極活性層，所述負極活性層包括碳材料，其中，所述正極活性材料包括活性炭與鋰離子電池正極材料的混合物；所述負極活性層為預嵌鋰的負極活性層。

本發明提供的鋰離子電容器，通過以活性炭與鋰離子電池正極材料的混合物作為正極活性材料，使正極能同時發揮雙電層機制和氧化還原反應機制，具有更高的倍率性能和能量密度。同時，由于負極活性層采用了預嵌鋰的負極活性層，故負極也具有一定的嵌鋰量，從而達到了正極、負極雙嵌鋰的效果。本發明提供的鋰離子電容器由于在正極、負極雙嵌鋰，因此具有較高的能量密度和功率密度，電化學性能優異，應用前景良好。

作為本發明鋰離子電容器的一種優選技術方案，所述正極活性材料中，所述活性炭與所述鋰離子電池正極材料的質量比為(1-30):1。

作為本發明鋰離子電容器的一種優選技術方案，所述鋰離子電池正極材料選自鋰金屬氧化物、鋰硫復合物、鋰聚合物中的至少一種。

作為本發明鋰離子電容器的制備方法的進一步優選技術方案，所述鋰金屬氧化物選自LiMO₂、LiNi_aX_1-aO₂、LiNi_bMn_cCo_1-b-cO₂、LiY_dMn_2-dO₄、LiFePO₄、Li₃V₂(PO₄)₃中的至少一種；

其中，LiMO₂中，M為Co、Ni、Mn、Cu或Fe；

LiNi_aX_1-aO₂中，X為Co、Mn、Cu、Al、Mg、Fe、La、V、Zn或Cr，且0a1；