一种锂离子电容器负极单元、电芯及锂离子电容器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种裡离子电容器负极单元、电忍及裡离子电容器，属于裡离子电容 器技术领域。
【背景技术】
[0002] 裡离子电容器是一种新型储能器件，与裡离子电池相比，裡离子电容器的能量密 度远高于裡电池，裡离子电容器的充电放电速度更快，充放电循环次数可达几十万次，远远 高于裡离子电池，而且裡离子电容器的安全性也更高，其工作电压可W与裡离子电池相媳 美。因此，裡离子电容器在越来越多的领域得到了广泛的应用，如在太阳能发电、风力发电、 电动汽车、不间断电源系统OJP巧、建设工程电梯等领域中，裡离子电容器都展现了很好的 应用前景。但是，由于离子电容器双电层原理的作用，其能量密度较低。
[0003] 授权公告号为CN20436093抓（授权公告日为2015年5月27日）公开了一种超级 裡离子电容器，包括正极、负极、隔膜和电解液，正极包括第一集流体和设置于第一集流体 表面的活性炭层，所述负极包括第二集流体和设置于所述第二集流体表面的硬碳层，所述 隔膜设置在所述正极与所述负极之间，W使所述正极与所述负极电绝缘，所述电解液与所 述正极和负极物理接触和电接触，W允许离子在所述正极与所述负极间交换，所述超级裡 离子电容器还包括裡片层，所述裡片层位于所述硬碳层与所述隔膜之间且设置在所述硬碳 层表面。在裡离子电容器注液后，裡片层能够向负极补裡，使负极片有较为充分的裡储备， 在一定程度上提高裡离子电容器的能量密度。但是该技术方案中，裡片层与电解液接触不 充分，无法高效地使裡与负极充分反应，在提高裡离子电容器的能量密度方面作用非常有 限，而且也造成裡片层的浪费。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种能够提高裡离子电容器能量密度的裡离子电容器负 极单元。本发明的目的还在于提供使用上述裡离子电容器负极单元的电忍W及使用该电忍 的裡离子电容器。 阳〇化]为了实现W上目的，本发明的裡离子电容器负极单元的技术方案如下：
[0006] 一种裡离子电容器负极单元，包括负极片，所述负极片两侧设置有裡带，所述裡带 上设置有沿裡带厚度方向延伸的通孔。
[0007] 本发明的裡离子电容器负极单元将负极片两侧设置裡带，裡带的作用为在电解液 的作用下同负极活性物质发生电化学反应，降低负极电位，为负极储备裡。裡带上设置通孔 作为电解液通道，使电解液与裡带之间的接触更加充分，促进裡带与负极之间的反应更加 充分。
[0008] 所述通孔的形状为圆孔、方孔或者不规则孔。该通孔的孔径为0. 2-lOOmm，进一步 优选为0. 5-lOmm。
[0009] 裡带的厚度根据具体的负极片的厚度及负极补裡的需求量来设定，一般的，裡带 的厚度为1-100 y m，进一步优选为3-30 Ji m。
[0010] 所述负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极活性物质层，所述裡 带的面积小于负极片上的负极活性物质层的面积。
[0011] 所述负极集流体为表面处理铜锥，所述表面处理铜锥为表面涂覆有导电涂层的铜 锥或者为表面经过等离子处理的铜锥或者为表面经过腐蚀的铜锥。铜锥采用现有技术中常 用的铜锥，其厚度一般为5-30 y m，进一步优选为6-20 y m。
[0012] 上述导电涂层由粘结剂和导电剂混合组成，粘结剂为PVDF、PT阳、SBR中的任意一 种，导电剂为炭黑、碳纤维、石墨締中的任意一种。该导电涂层能够进一步提高集流体与负 极活性物质之间的导电性。
[0013] 所述负极活性物质为石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球中的一种或几种。石墨的D50 为2-60 y m，进一步优选5-30 y m，克容量为300-345mAh/g。软炭的D50为2-60 y m，进一 步优选为5-25 y m。硬碳的D50为3-55 y m，进一步优选为5-15 y m。中间相炭微球D50为 2-55 Ji m，进一步优选为 5-25 Ji m。
[0014] 所述负极单元是将裡带与负极片叠放后压合制得。所述压合的压力为2-40MPa。
[0015] 本发明的电忍的技术方案如下：
[0016] 一种电忍，包括正极片和隔膜，还包括负极单元，所述正极片、负极单元依次交替 设置，相邻的正极片和负极单元之间设置有隔膜，所述负极单元为上述的裡离子电容器负 极单元。
[0017] 所述电忍为卷绕式电忍，所述卷绕式电忍最外层为隔膜，隔膜内侧为负极单元。
[0018] 所述卷绕式电忍采用如下方法制得：将正极片、隔膜、负极单元按照"隔膜-正极 片-隔膜-负极单元-隔膜"的顺序依次叠放，卷绕制成预制电忍，对预制电忍进行平压，即 得。
[0019] 所述平压的压力为0.1 -2. OMPa。
[0020] 所述电忍中，负极活性物质层的宽度比正极活性物质成的宽度大l-8mm，负极活性 物质层在长度方向上比正极活性物质层长0. 5-4mm，隔膜两端比负极片上的负极活性物质 层两端长0. 5-4mm。
[0021] 所述正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极活性物质层，所述正 极活性物质层为活性炭。活性炭的粒径D50为5-40 y m，进一步优选为10-15 y m，克容量为 65-120F/g，比表面积为 500-4000m2/g。
[0022] 所述正极集流体为表面处理侣锥，所述表面处理侣锥为表面涂覆有导电涂层的侣 锥或者为表面经过等离子处理的侣锥或者为表面经过腐蚀的侣锥。侣锥采用现有技术中常 用的侣，其厚度一般为10-40 y m，进一步优选为15-30 y m。
[0023] 上述导电涂层由粘结剂和导电剂混合组成，粘结剂为PVDF、PT阳、SBR中的任意一 种，导电剂为炭黑、碳纤维、石墨締中的任意一种。该导电涂层能够进一步提高集流体与正 极活性物质之间的导电性。
[0024] 本发明的裡离子电容器的技术方案如下：
[0025] 一种裡离子电容器，使用上述电忍。
[00%] 本发明的裡离子电容器采用上述裡离子电容器负极单元，促进了电解液与裡带之 间的接触，提高了裡带与负极活性物质之间的反应，使负极充分补裡，大幅度提高了裡离子 电容器的能量密度。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明的实施例1的电忍的结构示意图；
[0028] 图2为图1的局部放大图；
[0029] 图3为图1中裡带的结构示意图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明。 阳0川 实施例1
[0032] 如图1-3所示，本实施例的裡离子电容器负极单元包括负极片13,负极片包括负 极集流体和涂覆在负极集流体两个表面的负极活性物质层13a，负极片两面的负极活性物 质层上均设置有裡带14,裡带的面积略小于对应的负极活性物质层的面积，裡带的厚度为 lOym，裡带上设置有电解液通道，该电解液通道为沿裡带厚度方向延伸的圆形通孔15, W 使电解液能够与裡带充分接触，圆形通孔的孔径为5mm。
[0033] 负极片上的负极活性物质层为石墨，石墨的粒度D50为lOym，克容量320mAh/ g ;负极集流体为表面处理铜锥，该表面处理铜锥为表面涂覆有导电涂层的铜锥，导电涂 层的主要成分为导电剂与粘结剂的混合物，导电剂为炭黑，粘结剂为PVDF，铜锥的厚度为 12 ym。
[0034] 本实施例的裡离子电容器负极单元采用如下方法制得：将上述负极片与裡带叠 放，采用20MPa的压力进行压合，即得。
[0035] 本实施例的电忍包括正极片12、隔膜11 W及上述负极单元，所述正极片、负极单 元依次交替设置，相邻的正极片和负极单元之间设置有隔膜，即正极片、负极单元、隔膜按 照"隔膜-正极片-隔膜-负极单元-隔膜-正极片…"的顺序重复设置。本实施例的电 忍为卷绕式电忍，最内层为半圈隔膜W及设置在隔膜外侧的半圈负极单元，最外层为一圈 隔膜W及设置在隔膜内侧的一圈负极单元。隔膜为聚丙締隔膜，厚度为28 y m。
[0036] 正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极活性物质层12a，正极活 性物质层为活性炭，活性炭的粒径D50为12 y m，克容量为lOOF/g，比表面积1000 mVg ;正极 集流体为表面处理侣锥，该表面处理侣锥为表面涂覆有导电涂层的侣锥，导电涂层的主要 成分为导电剂与粘结剂的混合物，导电剂为炭黑，粘结剂为PVDF，侣锥的厚度为20 y m。
[0037] 该卷绕式电忍中，负极活性物质层的宽度比正极活性物质层的宽度大4mm，负极活 性物质层两端均比对应的正极活性物质层两端长2mm，负极片上负极活性物质层的宽度比 裡带的宽度大2mm，隔膜的宽度比负极片的宽度大4mm，隔膜两端比负极片两端长2mm。
[0038] 上述卷绕式电忍采用如下方法制得：将正极片、隔膜、负极单元按照"隔膜-正极 片-隔膜-负极单元-隔膜"的顺序依次叠放，按照现有技术中的卷绕方法卷绕制成预制电 忍，然后对预制电忍使用平压机沿径向方向上施加IMPa的压力进行平压，即得。
[0039] 本实施例的裡离子电容器使用上述电忍制成。 W40] 实施例2
[0041] 本实施例的裡离子电容器负极单元包括负极片，负极片包括负极集流体和涂覆在 负极集流体两个表面的负极活性物质层，负极片两面的负极活性物质层上均设置有裡带， 裡带的面积略小于对应的负极活性物质层的面积，裡带的厚度为20 y m，裡带上设置有电解 液通道，该电解液通道为沿裡带厚度方向延伸的圆形通孔，W使电解液能够与裡带充分接 触，圆形通孔的孔径为1mm。
[0042] 负极片上的负极活性物质层为硬碳，硬碳的粒度D50为5 ym ;负极集流体为表面 处理铜锥，该表面处理铜锥为表面涂覆有导电涂层的铜锥，导电涂层的主要成分为导电剂 与粘结剂的混合物，导电剂为碳纤维，粘结剂为PTFE，铜锥的厚度为20 y m。
[0043]本实施例的裡离子电容器负极单元采用如下方法制得：将上述负极片与裡带叠 放，采用IOMPa的压力进行压合，即得。
[0044] 本实施例的电忍包括正极片、隔膜W及上述负极单元，所述正极片、负极单元依次 交替设置，相邻的正极片和负极单元之间设置有隔膜，即正极片、负极单元、隔膜按照"隔 膜-正极片-隔膜-负极单元-隔膜-正极片…"的顺序重复设置。本实施例的电忍为卷 绕式电忍，最内层为半圈隔膜W及设置在隔膜外侧的半圈负极单元，最外层为一圈隔膜W 及设置在隔膜内侧的一圈负极单元。隔膜为聚乙締与聚丙締双层复合隔膜，厚度为38 y m。
[0045] 正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极活性物质层，正极活性物 质层为活性炭，活性炭