一种具有正、负极的锂离子电容器及制备方法与流程

本发明属于电化学储能器件领域，特别涉及一种具有正、负极的锂离子电容器及制备方法。

技术背景

在全球环境恶化，资源不断匮乏，能源在全球范围内都是一个热门话题。而在所有的能源中，电能是人类应用最成熟的一种。根据目前市场应用分析，广泛应用的分别是锂离子电池及双电层电容器等，其中锂离子电池具有高电压、高储电性能，但是在循环寿命、输出功率方面存在制约；另外双电层电容器具备高功率特性、高循环寿命、高安全性等特点，但是在能量比上与锂离子电池比较存在较大差异。随着工业的发展，市场的需求，对高能量比、高功率比、高循环寿命、高安全性能的储能器件不断提出新的要求。通过原理分析，将上述锂离子电池和双层电容器的优点进行整合，发明制备一种同时兼顾高能量比、高功率比、高循环寿命、高安全性能的储能器件——锂离子电容。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有正、负极的锂离子电容器及制备方法，其特征在于，所述具有正、负极的锂离子电容器由外壳、面盖、电芯、正极、负极、注液孔塞及引出端子组成；其中电芯固定在外壳内，电芯的正极和负极通过集流体与各自的引出端子连接，引出端子通过密封绝缘垫圈、压紧螺母与面盖密封固定；面盖与外壳密封焊接，面盖中部设置注液孔，注液孔塞密封注液孔，防止电解液外流。

所述正极是以活性炭物质为主，能可逆地承载锂离子或阴离子的载体。

所述负极是以石墨、Li₄Ti₅O₁₂、活性炭为主，能承载锂离子物质的载体。

所述引出端子的中心有电极引线插孔或螺纹孔。

一种具有正、负极的锂离子电容器的制备方法，其特征在于，具体包括如下制备过程：

1)正极制备

1.1将去离子水与羧甲基纤维素CMC粘结剂按质量比80:1的比例高速搅拌15～45分钟，使去离子水与CMC粘结剂充分融合；

1.2加入导电炭黑，按去离子水、CMC粘结剂、导电炭黑的质量比80:1:5～10混合，在-0.1Mpa的真空条件下，搅拌20～40分钟，形成高粘度导电剂；

1.3加入活性炭，按去离子水、CMC粘结剂、导电炭黑、活性炭的质量比80:1:5～10:30～50混合，在-0.1Mpa的真空条件下，搅拌30～60分钟，形成固体含量较高的浆料；

1.4将上述浆料涂覆在经过腐蚀的多孔铝箔表面，再通过高温烘烤形成厚度150～250μm的正极；

2)负极制备

2.1将去离子水与CMC粘结剂按质量比80:1的比例，高速搅拌15～45分钟，使去离子水与CMC粘结剂充分融合；

2.2加入导电炭黑，按去离子水、CMC粘结剂、导电炭黑的质量比80:1:5～10混合，在-0.1Mpa的真空条件下，搅拌20～40分钟，形成高粘度导电剂；

2.3加入石墨、Li₄Ti₅O₁₂、活性炭，按去离子水、CMC粘结剂、导电炭黑、石墨、Li₄Ti₅O₁₂、活性炭的质量比80:1:5～10:0.5～1：10～15:25～45的比例，搅拌30～60分钟，形成的浆料；

2.4将上述浆料涂覆在经过腐蚀的多孔铝箔表面，再通过高温烘烤形成厚度150～250μm的负极；

3)电芯成型

3.1将正极、负极分别冲切成型；

3.2利用机械手左右运动，在“正”极、负极两极片盒中吸取极片，在叠片台上交替放下极片，同时使隔膜随吸盘架左右运动将”正”极极片、负极极片用“Z”字型的叠片方式折叠成电芯。

3.3将电芯表面进行绝缘处理。

3.4预封装：

(1)将电芯正负极与预先设计的引出端子进行连接；

(2)封装至压制成型的金属外壳内。

3.5注液成型，通过试验验证电解液是含有锂离子盐和三乙基甲基四氟硼酸氨盐的有机体系，具体的电解液包括：溶质为六氟磷酸锂LiPF₆与三乙基甲基四氟硼酸氨Et₃MeNBF₄的混合盐，两种盐的摩尔比例为1:1；溶剂选自碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、丙烯腈AN、碳酸二甲酯DMC中的一种或多种；将其中一种溶剂与溶质混合成电解液浓度为0.8～1.5mol/L注入产品内进行封装成型。

本发明的有益效果是通过原理分析，将锂离子电池和双层电容器的优点进行整合，制备出一种锂离子电容，该锂离子电容是同时兼顾高能量比、高功率比、高循环寿命、高安全性能的储能器件。

附图说明

图1为锂离子电容器的外形图。

图2为正、负极形状示意图。

图3为电芯折叠流程示意图。

图4为图1的剖面图，其中a为正剖面图；b为横剖面图。

具体实施方式

本发明提供一种具有正、负极的锂离子电容器及制备方法，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1、图4为锂离子电容器结构示意图；其中图4中，a为正剖面图；b为横剖面图。该锂离子电容器由外壳、面盖、电芯、正极、负极、注液孔塞及引出端子组成；其中电芯6固定在外壳1内，电芯6的正极和负极通过集流体8与各自的引出端子7连接，引出端子7的中心有电极引线插孔或螺纹孔9。引出端子7通过密封绝缘垫圈4、压紧螺母3与面盖2密封固定；面盖2与外壳1密封焊接，在面盖2中部设置注液孔，注液孔塞5密封注液孔，防止电解液外流。所述正极是以活性炭物质为主，能可逆地承载锂离子或阴离子的载体。

所述负极是以石墨、Li₄Ti₅O₁₂、活性炭为主，能承载锂离子物质的载体。

一种具有正、负极的锂离子电容器的制备方法，其特征在于，具体包括如下制备过程：

1)正极制备

1.1将去离子水与羧甲基纤维素CMC粘结剂按质量比80:1的比例高速搅拌35分钟，使去离子水与CMC粘结剂充分融合；

1.2加入导电炭黑，按去离子水、CMC粘结剂、导电炭黑的质量比80:1:8混合，在-0.1Mpa的真空条件下，搅拌30分钟，形成高粘度导电剂；

1.3加入活性炭，按去离子水、CMC粘结剂、导电炭黑、活性炭的质量比80:1:9:40混合，在-0.1Mpa的真空条件下，搅拌45分钟，形成固体含量较高的浆料；

1.4将上述浆料涂覆在经过腐蚀的多孔铝箔表面，再通过高温烘烤形成厚度150～250μm的正极；

2)负极制备

2.1将去离子水与CMC粘结剂按质量比80:1的比例，高速搅拌15～45分钟，使去离子水与CMC粘结剂充分融合；

2.2加入导电炭黑，按去离子水、CMC粘结剂、导电炭黑的质量比80:1:5～10混合，在-0.1Mpa的真空条件下，搅拌35分钟，形成高粘度导电剂；

2.3加入石墨、Li₄Ti₅O₁₂、活性炭，按去离子水、CMC粘结剂、导电炭黑、石墨、Li₄Ti₅O₁₂、活性炭的质量比80:1:8:0.7：12:35的比例，搅拌45分钟，形成的浆料；

2.4将上述浆料涂覆在经过腐蚀的多孔铝箔表面，再通过高温烘烤形成厚度150～250μm的负极；

3)电芯成型

3.1将正极、负极分别冲切成型(如图2所示)；

3.2利用机械手左右运动，在正极和负极两极片盒中吸取极片，在叠片台上交替放下极片，同时使隔膜随吸盘架左右运动将正极极片、负极极片用“Z”字型的叠片方式折叠成电芯(如图3所示)。

3.3将电芯表面进行绝缘处理。

3.4预封装：

(1)将电芯正负极与预先设计的引出端子进行连接；

(2)封装至压制成型的金属外壳内。

3.5注液成型，通过试验验证电解液是含有锂离子盐和三乙基甲基四氟硼酸氨盐的有机体系，具体的电解液包括：溶质为六氟磷酸锂LiPF₆与三乙基甲基四氟硼酸氨Et₃MeNBF₄的混合盐，两种盐的摩尔比为1:1；溶剂选自碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、丙烯腈AN、碳酸二甲酯DMC中的一种或多种；将以上其中一种电解液(浓度为0.8～1.5mol/L)注入产品内进行封装成型。

本发明通过混合浆料、制备极片，折叠成电芯并进行绝缘处理，将电芯的集流体与引出端子激光焊接，装入外壳内，组装密封绝缘垫圈、面盖及螺母，利用激光焊接将外壳与面盖进行密封焊接成为长度80mm宽度50mm，厚度10mm锂的离子电容器，干燥处理后注入电解液。