[發明專利]一種硅碳超級電容器及其制造方法

在審

• 申請號: 202110258912.9
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113035577A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 李尚泫;閆坤;張偉
• 申請（專利權）人: 蘇州容能新能源科技有限公司
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/50;H01G11/28;H01G11/84
• 代理公司: 上海劍秋知識產權代理有限公司 31382
• 代理人: 徐浩俊

本發明可以在陽極活物質中添加鋰化合物而不另外設置鋰金屬，從而實現鋰金屬的多樣化制作，同時可以對鋰離子進行安全有效的涂料處理，完成了簡單的工作，將陽極活物制成干式工藝，在濕式工藝中可以防止氧和水對鋰化合物的反應，從而高壽命、高輸出。可以改善高功率和高能密度，第一次混合可使兩級活物質的導電材料、活性炭和鋰化合物在氮的氣氛下進行，從而有效阻斷鋰化合物的事前反應；第一次混合可以有效地阻斷鋰化合物的事前反應；使用配有高速回轉刀的攪拌機，將導電劑、活性炭、鋰化合物和燒杯進行二次混合，通過與小刀的碰撞和剪切，提高了燒杯的生長效率，從而使得綁定高質量的綁定器能夠準確完成膜成型的硅碳超級電容及其制造方法。

技術領域

本發明涉及高密度與高容量的硅碳超級電容器及其制造方法，詳細地說，在陽極活物中添加鋰氧化物的同時，采用干式工藝制作電極，工藝簡單，產品也可以有多種形態。在電極濕式工藝時，鋰氧化物氧化及溶解，導致無法發揮所希望的性能的問題的硅碳超級電容器及其制造方法。

背景技術

電容器(Capacitor)是通過向彼此相對的兩張電極板供應直流電壓以產生靜電電容的裝置。根據蓄電方式不同，電氣雙層電容器(EDLC，Electric double layercapacitor)分為鋁電解電容器、多層陶瓷電容器和超級電容器。

隨著最近智能手機(Smart-phone)等數碼設備及電子設備的技術迅速發展，對小型化、高機能化暨高性能電容器的要求及必要性增加，因此對具有高能量密度的硅碳超級電容器進行了多種研究。

硅碳超級電容能夠結合鋰離子電池的高密度能源和電氣雙層電容器(EDLC)的高功率優點，詳細來說，鋰離子作為可以插入和脫離的碳系材料在形成負極活性物質的同時，將鋰離子提前摻雜到負極活性材料。與現有的電氣雙層電容器(EDLC)相比，每組動作電壓高，具有高2至3倍的容量和高2至3倍的能量密度的優勢。

為體現高密度能量，上述硅碳超級電容在向電容內部注入鋰的同時，必須進行鋰的插入及脫離反應的鋰摻雜工程。時下，鋰摻雜工程雖然研究了多種方法，但代表性的方法是，將鋰金屬與石墨(Graphite)等陰極活物質疊層后，通過短路產生鋰金屬及陰極活物質的電位差，使鋰溶入陰極活物質中。

即以上硅碳超級電容由鋰金屬及陰極活物質的short構成，在安全性下降的同時，鋰的摻雜量難以控制，制作工藝繁瑣復雜，為了容納大量鋰，陰極活物質形成多孔箔，因此會產生制造成本增加的問題。

此外，由于以上硅碳超級電容的設置，產品形態只能以鋁包裝的形式進行，因此制造工藝復雜，具有不能以多種形態進行制作的結構性局限。

為解決這些問題，對硅碳超級電容器進行了研究，以確保陽極活物質供應鋰，不使用陰極活物質攝入使用鋰。

圖1是現有技術中所啟用的硅碳超級電容模型圖。

圖1的硅碳超級電容器(以下稱傳統技術)(100)包含鋰金屬氧化物分散于表面的碳納米管復合體構成的正極活性物質(110)。

即，傳統技術(100)中陽極活物質(110)的碳納米管復合體的表面分散了鋰金屬氧化物，在2～5V的電壓領域中，陽極活物質(110)中可以插入或脫離鋰離子，因此無需另行安裝鋰金屬或使用陰極活物質，無需事前預制工藝，鋰也能從陽極活物質(110)至負極有效供給鋰的優點。

一般來說，正極活性物質是用于移動電流的電極組成物和表面面積大、表面吸附力強的活性炭混合后制造的。時下，電極組成物通常由導電率高的金屬或黑碳等組成的導電材料和賦予電極組成物的變形性及流動性的粘合劑和熔化粘合劑溶劑混合的濕式工序，制成帶有粘石的膏狀。

但是，在傳統技術(100)的兩極活物質(110)中添加的鋰金屬氧化物由于鋰具有對氧氣和水的敏感性，所以如前述所述，如果采用濕法工藝，鋰會因溶劑發生反應而溶出及氧化，從而導致無法體現希望的性能問題。