用于锂离子电容器的阴极的制作方法

优先权申请的交叉参考

本申请根据35u.s.c.§120，要求2015年1月30日提交的美国申请序列第14/610868号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

相关申请的交叉参考

本申请涉及如下同时提交的且共同拥有和转让的ussn申请：

2015年1月30日提交的题为“cokesourcedanodeforlithiumioncapacitor(用于锂离子电容器的源自焦炭的阳极)”的第14/610,752号；

2015年1月30日提交的题为“anodeforlithiumioncapacitor(用于锂离子电容器的阳极)”的第14/610782号；

2015年1月30日提交的题为“poly-vinylidenedifluorideanodebinderinalithiumioncapacitor(锂离子电容器中的聚偏二氟乙烯阳极粘合剂)”的第14/610811号；以及

2015年1月30日提交的题为“phenolicresinsourcedcarbonanodeinalithiumioncapacitor(锂离子电容器中的源自酚醛树脂碳阳极)”的第14/610848号；但是没有要求它们的优先权。

本文所述的出版物或专利文献的全文内容分别通过参考结合于本文。

背景技术：

本公开涉及阴极和锂离子电容器。

技术实现要素：

在一些实施方式中，本公开提供了具有所需结构性质的活性炭，其实现了将活性炭用作锂离子电容器中的阴极材料。

在一些实施方式中，本公开提供了活性炭阴极与源自碳的阳极和电解质中基于盐的阴离子(pf6^-)的组合。

在一些实施方式中，本公开提供了活性炭阴极和锂离子电容器制品的制造和使用方法。

附图说明

在本公开的实施方式中：

图1显示不同活性炭材料的孔径分布。

图2显示在工作锂离子电容器中，不同活性炭的放电容量。

图3显示对于不同活性炭，在3.8v时的电化学阻抗谱(“eis”)。

图4显示在完全工作锂离子电容器中，不同活性炭的体积拉贡图。

具体实施方式

下面将参考附图(如果存在的话)详细描述本文的各种实施方式。对各种实施方式的参考不限制本发明的范围，本发明范围仅受所附权利要求书的范围的限制。此外，在本说明书中列出的任何实施例都不是限制性的，且仅列出要求保护的本发明的诸多可能实施方式中的一些实施方式。

任一项权利要求所述的特征或方面一般在本发明的所有方面适用。在任一项权利要求中所述的任意单个或多个特征或方面可以结合或与任一项或多项其它权利要求中所述的任意其它特征或方面结合或置换。

定义

“锂复合物粉末”、“lcp”或类似术语指的是包封的锂颗粒，其包含：芯，所述芯包括以下至少一种：锂、锂金属合金或其组合；以及壳，所述壳包括：锂盐和油；其中，壳包封住芯，颗粒的直径是1-500微米(参见2012年11月9日提交的题为“lithiumcompositeparticles(锂复合物颗粒)”的共同拥有和转让的ussn13/673019以及2014年9月23日提交的题为“encapsulatedlithiumparticlesandmethodsofmakingandusethereof(包封的锂颗粒及其制造和使用方法)”以及的共同拥有和转让的ussn14/493886)。lcp可用于对阳极进行预掺杂。

“包括”、“包含”或者类似术语表示包括但不限于，即内含而非排它。

本文所述的实施方式中用来对例如组合物中成分的量、浓度、体积、加工温度、加工时间、产率、流速、压力、粘度和类似数值及其范围或者组件的尺寸以及类似数值及其范围进行修饰的“约”是指可能发生的数值量的改变，例如，源自制备材料、组合物、复合体、浓缩物、组件部件、制品或使用制剂所用的常规测量和操作过程；源自这些过程中的偶然性误差；源自用来实施所述方法的起始材料或成分的制造、来源或纯度的差异；以及类似因素。术语“约”还包括由于具有特定初始浓度或混合物的组合物或制剂的老化而不同的量，以及由于混合或加工具有特定初始浓度或混合物的组合物或制剂而不同的量。

“任选的”或“任选地”指的是随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，描述内容包括事件或情况发生的场合以及事件或情况没有发生的场合。

除非另外说明，否则本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其相应的定冠词“该”表示至少一(个/种)，或者一(个/种)或多(个/种)。

可采用本领域普通技术人员熟知的缩写(例如，表示小时的“h”或“hr”，表示克的“g”或“gm”，表示毫升的“ml”，表示室温的“rt”，表示纳米的“nm”以及类似缩写)。

在组分、成分、添加剂、尺度、条件、时间和类似方面公开的具体和优选的值及其范围仅用于说明，它们不排除其他限定值或限定范围内的其他值。本文的组合物和方法可包括本文所述的任何数值或数值、具体数值、更具体的数值和优选数值的任何组合，包括明示或暗示的中间值和范围。

锂离子电容器(lic)是一类新的创新型混合储能装置。不同于基于两个电极上的双层机制储存能量的电化学双层电容器(edlc)，混合锂离子电容器在阴极上经由双层机制储存能量而在阳极上经由法拉第机制储存能量。作为结果，此类装置中的能量密度会比edlc大五倍，同时维持功率也比edlc大3-4倍。尽管存在法拉第储能机制，这些装置仍然显示出超过200,000次循环的非常高的循环寿命，使得装置对于许多应用具有吸引力。

lic在正电极上采用高表面积(例如，通常大于1000m²/g)碳，在阳极上插入具有低孔隙度和低表面积(例如，通常小于300m²/g)的碳，这支撑了锂离子的快速插入和脱出。在充电和放电过程中，在负电极(即，正极)的块体中发生锂离子插入和脱出，而在正电极(即，阴极)上发生阴离子的吸附和解吸附。正电极上的吸附和解吸附是非法拉第反应，这比负电极上的锂离子插入和脱出相对更快。

因而，锂离子电容器实现了约1.5倍于edlc的电压。电池容量(c＝q/v)可以通过充电-放电曲线描述。由于能量密度和功率两者都与电压的平方成比例，因此装置具有明显的能量和功率密度的增加。除了电压相关的增加之外，法拉第反应还具有与其相关的明显更高的能量，得到lic装置的能量和功率密度的增加。在电池的充电和放电过程中，阳极(负电极)保持恒定或者平坦电势，大部分的电势摆动位于由活性炭制造的阴极(正电极)上。由于活性炭承受了锂离子电容器在充电和放电时的大部分电势摇动，活性炭应该在电压窗口之间是化学稳定和电化学稳定的。由于相比于运行在小于或等于3v的edlc，lic装置具有明显更高的电势范围(即，运行在3.8-4v)并且用于lic中的电解质)(即，碳酸亚乙酯-碳酸二甲酯、丙酸甲酯、氟化碳酸亚乙酯，和六氟磷酸锂)的化学性与用于edlc的基于腈的电解质和tea-tfb非常不同，不会预期良好地用于edlc的碳也会良好地用于lic。在现有技术文献中，尚未研究或理解lic阴极对于多孔碳的要求。

在锂离子电池的充电过程期间，锂离子从阴极的块体脱出并经由离子传导机制通过电解质传输到阳极电极，并插入到阳极电极的块体中。在充电过程期间，电子从阴极流到阳极。在放电过程期间，整个充电过程反过来。锂离子从阳极的块体脱出，并经由离子传导机制通过电解质传输到阴极。然后，传输的锂离子插入到阴极的块体中。在放电过程期间，电子从阳极传输到阴极。

相反地，在锂离子电池中，由于阳极和阴极上的法拉第反应储存了能量。电解质的电荷状态总是中性且恒定的，这意味着电解质的浓度没有明显变化。在锂离子电池中负责储能的锂离子完全取决于阴极电极中可用的锂离子数量。但是，在上文所提到的锂离子电容器中，阳极电极初始可以预掺杂锂金属，这有助于增加运行电压窗口。在阳极的块体中发生锂的插入和脱出，而在阴极处发生(例如，pf6^-)的吸附和解吸附。阴极上的阴离子吸附和解吸附是非法拉第反应，这比阳极上的锂离子插入和脱出更快。在锂离子电容器中，负侧或阳极是锂离子电池插入-脱出电极，以及正电极或阴极侧是edlc吸附-解吸附电极。在锂离子电容器中，电解质的浓度取决于装置的电荷状态发生变化，因为电解质离子负责各电极中的储能。

在一些实施方式中，本公开涉及碳材料，以及将碳用于锂离子电容器的阴极中。在所需的高充电-放电速率获得了所提供的数据。

通常来说，活性炭是锂离子电容器中的阴极(即，正电极)的碳选择。由于阴极是edlc型吸附-解吸附电极，碳的结构不同于用于阳极电极的碳(即，硬碳)。活性炭是具有高表面积(例如，大于1000m²/g)的多孔碳。活性炭的比放电容量会与活性炭的表面积、孔体积和孔径分布直接相关。进一步，活性炭的表面积、孔体积和孔径分布与活性炭的前体类型、活化方法和活化后处理直接有关。活性炭的比放电容量的单位是mah/gm，表示在充电过程期间，其可以吸收的pf6^-离子的量。活性炭的比放电容量也会高度依赖于无机杂质和不同表面官能团的存在，这些方面会直接影响锂离子电容器的电化学稳定性。比放电容量越高，活性炭在锂离子电容器中储存pf6^-离子的容量越高。已经鉴定了活性炭的某些结构属性可用来选择用于高性能锂离子电容器的阴极材料。这些结构性质的存在可导致对于pf6^-离子更高的比放电容量(mah/gm)，完全工作锂离子电容器中优异的放电容量，以及工作的锂离子电容器中更高的能量和更高的功率性能。

在一些实施方式中，本公开提供了锂离子电容器中的阴极，其包括：

碳组合物，其包含：85-95重量％活性炭，1-8重量％的导电碳，以及3-10重量％的粘合剂；以及

支撑了碳组合物的集流器，

其中，活性炭具有：

500-3000m²/g的表面积；

被直径小于10埃的微孔占据的0.3-2cm³/gm的孔体积(例如，大于约0.3cm³/gm)；

50-80％的孔体积是直径小于的微孔；以及

微孔隙度，(即小于的孔)，例如孔体积是总孔体积的大于60％(例如，60-100％)。

在一些实施方式中，阴极的厚度可以是例如2-20毫英寸，以及粘合剂是含氟聚合物。

在一些实施方式中，粘合剂可以是例如，重均分子量为300,000至1,000,000的聚偏二氟乙烯(pvdf)。

在一些实施方式中，粘合剂可以是例如，重均分子量为500,000至1,000,000的聚四氟乙烯(ptfe)。

在一些实施方式中，活性炭可以用例如碱处理活化，以及活性炭的表面积是800-3000m²/kg。

在一些实施方式中，活性炭可以源自例如，非木质纤维素材料(例如，小麦粉)、石油材料(例如，焦炭)，或其组合。

在一些实施方式中，本公开提供了锂离子电容器，其包括：

上文所述的阴极，其包括：

碳组合物，其包含：85-95重量％活性炭，1-8重量％的导电碳，以及3-10重量％的粘合剂；以及

支撑了碳组合物的集流器，

其中，活性炭具有：500-3000m²/g的表面积；被直径小于的微孔占据的例如大于约0.3cm³/gm的孔体积(例如，0.3-2cm³/gm)；50-80％的孔体积是直径小于的微孔；以及微孔隙度(即，小于的孔)，例如孔体积是总孔体积的大于60％(例如，60-100％)；以及

阳极，其包括涂覆在导电基材上的源自椰壳的碳、导电碳和粘合剂。

在一些实施方式中，锂离子电容器还可包含例如涂覆在经涂覆的至少一部分阳极表面上的锂复合物粉末(lcp)。

在一些实施方式中，锂离子电容器还可包括，例如：

电池，所述电池包括如下物质的堆叠：

上文所述的阳极，其具有涂覆在经涂覆的至少一部分阳极表面上的锂复合物粉末(lcp)；

上文所述的阴极；以及

位于阳极和阴极之间的分隔器。

在一些实施方式中，锂离子电容器还可包括，例如非水性电解质。

在一些实施方式中，电池可以是例如，果冻卷型构造、堆叠构造，或者类似的锂离子电容器构造。

在一些实施方式中，电池的阴极放电容量可以是例如25-100mah/gm，以及最大能量密度是25-60wh/l。

在一些实施方式中，本发明提供制造上文所述的阴极的方法，所述方法包括：

在500-1000℃的惰性气氛中，对源自非木质纤维素的碳材料进行活化(即，热处理)，持续1-10小时，以产生活性颗粒；

用酸对活性颗粒进行处理，然后中和；

在500-1000℃的惰性气氛中，对经过中和的颗粒(即，经过活化、酸和中和的非木质纤维素材料(例如，小麦粉))进行热处理，持续1-10小时；

将经过热处理的颗粒与粘合剂和溶剂混合以形成混合物；以及

将混合物施涂到导电集流器上以形成阴极。

在一些实施方式中，源自非木质纤维素的碳颗粒可以选自例如小麦粉、玉米粉、土豆粉、大米粉或其混合物(参见例如，共用拥有和转让的ep2735007a1，第20-28段，其内容通过引用结合入本文)。

在一些实施方式中，该方法还可包括例如：在将混合物施涂到导电集流器以形成阴极之前，使得混合物中包含1-8重量％(以总混合物重量计)的导电碳量。

在一些实施方式中，本公开提供了一种使用上文所述的锂离子电容器的方法，该方法包括：

对锂离子电容器进行充电；

对锂离子电容器进行放电；

或其组合。

在一些实施方式中，锂离子电容器电池的使用方法可以具有例如25-100mah/gm的阴极放电容量，以及25-60wh/l的最大能量密度。

在一些实施方式中，使用方法还可包括：电容器的放电与以下至少一种的组合，例如：车辆、电器、消费者电子器件、电网系统的组件，或其组合。其他组合系统具有对于储存和/或供给电能的需求。车辆可以是例如，运输了诸如人、货物或者有目的的负载(例如，在无人驾驶或无人驾驶空中系统(uas)中的照相机或军事武器)的移动机械。车辆的其他例子是火车、自行车、机动车(例如，摩托车、轿车、卡车、巴士、火车)、船只(例如，船、舟)、太空船、飞行器，或其组合。

在一些实施方式中，充电和放电重复多次循环，例如，2至1,000,000次循环或更多。

在一些实施方式中，本公开在如下数个方面具有优势，包括例如：在工作的锂离子电容器中，改善了较低和较高放电速率下的能量和功率密度。实施例1的碳1显示出实施例3的碳3显示出以及实施例4的碳4显示出即总孔具有小于10埃的孔径，相比较而言，比较例2的碳2具有如表1所示。作为更高百分比的碳具有小于10埃的孔径的结果，实施例1、实施例3和实施例4中相应的碳分别展现出46.64wh/l、45.57wh/l和44.24wh/l的能量密度，相比较而言，比较例2的碳2展现出37.37wh/l的能量密度，如图4所示。类似地，如图4所示，在100c放电速率下，实施例1、3和4的碳分别提供了3907.81wh/l时6.46w/l、3159.78wh/l时5.36w/l以及3828.86wh/l时3.55w/l的功率密度，相比较而言，比较例2的碳2在100c放电速率下，提供了3633.50wh/l时2.67w/l的功率和能量密度。

提供了基于具有不同结构特征的各种多孔碳的本文所揭示的活性炭阴极的性能对比，并且定义了对于高性能阴极的关键特性。现已证实，大部分的孔是小于约的孔体积的碳的性能明显优于在的大孔范围具有较高孔体积的碳。实验结果证实，在lic阴极的功率和能量密度测量中，小于或等于的孔径占总孔体积的72.22％的碳在所有碳中性能最佳，表明较低的孔径得到了更高的能量密度，并且还出人意料地没有导致更高的电阻，如eis数据所示，这与预期是相反的。

在一些实施方式中，本公开涉及储能和明显储能应用。

在一些实施方式中，本公开提供了用于储能和放出能量的装置，或者具有如本文所定义的明显改善的性能属性的产品。

在一些实施方式中，所揭示的装置具有明显改善的性能优势。

在一些实施方式中，所揭示的阴极提供了装置性能方面的能量和功率改善，该性能是出乎意料的并且通常无法在此类装置中观察到。

在一些实施方式中，本公开提供了用于锂离子电容器(lic)的阴极，即正电极。

在一些实施方式中，本公开提供了导电碳组件，当其与其他导电添加剂或者非导电粘合剂结合时，能够制造高性能电极并改善装置的整体性能。

在一些实施方式中，本公开提供了碳、包含碳的阴极以及包含阴极的锂离子电容器的制造方法。

在一些实施方式中，本公开提供了本发明的阴极与由其他现有技术材料制造的电极的性能对比。

在一些实施方式中，本公开提供了在具有基于pf6^-阴离子的电解质的锂离子电容器中的基于活性炭的阴极。

在一些实施方式中，本公开对比了来自不同前体和不同活化方案的不同活性炭作为锂离子电容器的阴极电极材料的性能，例如小麦粉碱活化碳、源自椰壳的蒸汽活化碳和源自焦炭的碱活化碳，每种碳具有不同的结构性质(例如，孔径分布和孔体积)。

如上文所述，对于lic阴极，需要对于pf6^-阴离子具有高比放电容量的多孔碳。比放电容量是活性炭材料存储电荷能力的定量测量。比放电容量是活性炭材料的固有性质。在本公开中，发现活性炭材料的比放电容量取决于活性炭的结构，并且孔径分布是用于锂离子电容器应用的活性炭的一个重要结构方面。孔径分布描述了在给定的活性炭样品中，不同的可用孔径范围以及被不同孔径范围占据的总孔体积。取决于活性炭的应用对孔径分布进行调节。由于lipf6是锂离子电容器中的一种盐选项，并且活性炭用于阴极电极，出于锂离子电容器中的pf6^-阴离子对活性炭的孔径进行调节。比放电容量直接反映电池的明显性能方面。对于阳极侧上的活性炭而言，更高的比电容量是合乎希望的性质，因为这会直接对电池的封装体积产生有益影响，这进而会对锂离子电容器装置的能量和功率密度产生有益影响。重要的是注意到，比放电容量必须在高速率下测量，因为电容器是这样一种装置，其不同于速率明显更低的诸如电池之类的能量装置。材料在高速率下的比放电容量会不同于低速率下的情况，并且可能影响材料在性能方面的评级。材料结构还控制了pf6^-阴离子进入结构的扩散速率。

图1是碳1、碳2、碳3和碳4的孔径分布柱状图。表1列出了被特定孔径范围占据的体积的体积％分数。碳1显示仅最高至的孔径，没有中孔隙度，这不同于碳2、碳3和碳4所见到的较高的中孔隙度。碳1和碳4分别展现出被小于或等于孔径占据的较高的孔体积(0.455cm³/gm)和(0.49cm³/gm)，相比较而言，碳2和碳3被小于或等于孔径占据的孔体积是(0.27cm³/g)和(0.27cm³/g)。此外，碳1显示被小于或等于孔占据的72.22％的总孔体积，而碳2、碳3和碳4显示被小于或等于孔占据的45.72％、68.51％和67.47％的总孔体积。被孔占据的体积越高，表面积越大，pf6^-阴离子的比电容量就越大。表2的半电池数据证实了来自孔径分布数据的观察。相比于具有45.36mah/gm的pf6^-解吸附(比)电容量的碳2，碳1具有58.06mah/gm的pf6^-解吸附电容量(即，比电容量)。碳3具有55.99mah/gm的pf6^-解吸附(比)电容量。碳4具有69.2mah/gm的pf6^-解吸附电容量(比电容量)。基于孔径分布的观察，半电池数据暗示了小于或等于的孔完全控制了pf6^-离子的比电容量，并且对于锂离子电容器的优异性能是重要或不可或缺的。当各活性炭用作完全锂离子电容器中的阴极材料时，来自孔径分布和半电池测量的数据是完全相符合的。相比于由比较例碳2制造的阴极，基于碳1、碳3或碳4的阴极在完全工作的锂离子电容器中显示出优异的性能。在以下工作实施例中显示完全工作电容器的细节。

实施例

以下实施例示范了根据上文一般程序制造、使用和分析所揭示的阴极和lic制品以及方法。

实施例1

碳1，碳1来自于康宁有限公司(corning,incorporated)的内部试验，是由小麦粉源作为前体并在800℃碳化制得的。经碳化的碳研磨至约为5微米的粒度。然后在750℃，用koh(碱性)对经过研磨的碳化碳进行活化，重量比为koh：碳为2.2:1，持续2小时。然后进一步用水清洗碳以去除任意残留koh。然后用水性hcl处理所得到的活性炭，以中和任意痕量koh，然后用水清洗至中性ph。然后在900℃，在氮气/形成气体下对活性炭进行2小时热处理。所得到的碳1用于制造阴极。阴极电极由：85重量％的碳1、10重量％的ptfe(杜邦601a特氟龙ptfe)和5重量％的博古特黑珍珠2000(cabotblackpearl2000)导电碳构成。活性炭与导电碳的混合物在球磨机中以350rpm混合10分钟，加入10重量％的ptfe，混合物以300rpm再球磨20分钟。所得到的经过混合的粉末混合物在砑光机器中干轧以形成厚度是例如约为13.5毫英寸的碳膜。使集流器和碳膜通过辊磨机，将碳膜层叠到导电服务有限公司(conductiveservices,inc.)(csi)的集流器上。经砑光的电极冲孔制得直径为14mm的圆形电极。经冲孔的电极在120℃的真空下干燥过夜。用锂金属箔作为阳极，基于碳1的电极作为阴极，构造半电池。半电池构造成cr-2032纽扣电池形式，以0.00015a的慢电流从电池的开路电压(ocv)循环到3.8v。碳1的半电池显示出58.06mah/gm的pf6^-离子解吸附(比)电容量(表2)。构造了完全工作的锂离子电容器。阴极包含：90重量％的源自椰壳的碳(1000℃碳化；水性hcl；1000℃热处理)、5重量％的pvdf和5重量％的timcalsuperc-45导电碳。浆料涂覆到从橡树三井公司(oak-mitsu)购得的铜箔上。使用锂复合物粉末(lcp)作为锂金属源，将5mg的lcp涂覆到阳极电池的表面上。lcp由具有六氟磷酸锂(lipf6)和矿物油的混合物的保护涂层的锂金属芯构成。锂金属(芯)与lipf6和矿物油的混合物(壳或保护涂层)的重量比是80:20。保护涂层中，lipf6与矿物油的重量比是89:11。选择来自日本科多公司(nipponkodoshicorporation)的nkk-4425分隔器，将ec/dmc/mp(20:20:60，体积％)和5重量％超添加的fec中的1m的lipf6用作电解质。阳极与基于碳1的阴极相连。电池构造成cr2032形式。电池以0.0005a的电流调节5次循环，从2.2v到3.8v，在调节之后，在c-速率测试之后完成eis谱，其中，在2.2v和3.8v之间，电池以1c速率充电并以不同速率放电。碳1的放电容量是44.23mah/gm(参见图2)。从五次调节循环并基于阴极上的活性炭的重量标准化，来计算放电容量。具有基于碳1的阴极的锂离子电容器显示出6.01欧姆的电阻(参见图3)。具有碳1的锂离子电容器具有在1c速率下46.64wh/l的能量密度和40.65w/l的功率密度(参见图4)。

表1：总孔体积的％分数和孔径分布

1.dft指的是密度泛函理论(dft)模型，其用于计算孔径分布。在该模型中，对于每个狭缝孔通过非局部平均场理论预测的吸附等温线与压力和孔宽度相关。然后通过将该相关性与吸附剂的实验吸附等温线拟合来计算孔径分布(参见，j.phys.chem.1993,97,4786-4796)。

比较例2

比较例碳2，碳2(yp-50f)，活性炭，来自可乐丽碳公司(kuraraycarbon)，直接使用。用于制造阴极的碳包含：85重量％的碳2、10重量％的ptfe(杜邦601a特氟龙ptfe)和5重量％的博古特黑珍珠2000(cabotblackpearl2000)导电碳。活性炭与博古特黑珍珠2000的混合物在球磨机中以350rpm混合10分钟，然后加入10重量％的ptfe，混合物以300rpm再球磨20分钟。所得到的混合物在砑光机器中干轧以形成厚度是例如约为13.5毫英寸的碳膜。使集流器和碳膜通过辊磨机，将碳膜层叠到导电服务有限公司(conductiveservices,inc.)(csi)的集流器上。经砑光的电极冲孔制得直径为14mm的圆形电极。经冲孔的电极在120℃的真空下干燥过夜。用锂金属箔作为阳极，源自碳2的混合物作为阴极，构造半电池。半电池构造成cr-2032纽扣电池形式，以0.00015a的慢电流从电池的ocv循环到3.8v。具有碳2混合物的半电池显示出45.36mah/gm的pf6^-离子解吸附(比)电容量(参见表2)。构造了完全工作的锂离子电容器。

阴极包含：90重量％的源自椰壳的碳(1000℃碳化；水性hcl；1000℃热处理)、5重量％的pvdf和5重量％的timcalsuperc-45导电碳。浆料涂覆到上文所述的从橡树三井公司(oak-mitsu)购得的铜箔上。使用锂复合物粉末(lcp)作为锂金属源，将5mg的lcp涂覆到阳极电极的表面上。lcp由具有六氟磷酸锂(lipf6)和矿物油的混合物的保护涂层的锂金属芯构成。锂金属(芯)与lipf6和矿物油的混合物(壳或保护涂层)的重量比是80:20。保护涂层中，lipf6与矿物油的重量比是89:11。选择来自日本科多公司(nipponkodoshicorporation)的nkk-4425分隔器，将ec/dmc/mp(20％:20％:60％，体积％)和5重量％超添加的fec中的1m的lipf6用作电解质。上文所述的阳极与上文所述的源自碳2的阴极相连。电池构造成cr2032形式。电池以0.0005a的电流从2.2v到3.8v调节5次，在调节之后，在c-速率测试(其中，在2.2v和3.8v之间，电池以1c速率充电并以不同速率放电)之后完成电池的eis谱。含碳2阴极的lic的放电容量是35.03mah/gm(参见图2)。从五次调节循环并基于阴极上的活性炭的重量标准化，来计算放电容量。具有基于碳2的阴极的锂离子电容器显示出7.35欧姆的电阻(参见图3)。具有碳2的锂离子电容器具有在约1c速率下37.37wh/l的能量密度和42.03w/l的功率密度(参见图4)。

实施例3

碳3，在康宁有限公司制备碳3，以焦炭源作为前体制造。可可罗迪欧生焦炭(conocorodeogreencoke)来自可可菲利普斯公司(conocophillipsco.)。焦炭在120℃的真空或氮气气氛中干燥过夜。经干燥的生坯焦炭研磨至约为5微米的粒度。然后在800℃，用koh(碱性)对经过研磨的生坯焦炭进行活化，重量比为koh：碳为1.5:1，持续2小时。然后进一步用水清洗碳以去除任意残留koh。然后用水性hcl处理所得到的活性炭，以中和任意痕量koh，然后用水清洗至中性ph。然后在480℃，在氮气/形成气体下对活性炭进行2小时热处理。所得到的碳用于制造阴极，其包含：85重量％的碳3、10重量％的ptfe(杜邦601a特氟龙ptfe)和5重量％的博古特黑珍珠2000(cabotblackpearl2000)。经活化的源自焦炭的碳与博古特黑珍珠2000的混合物在球磨机中以350rpm混合10分钟，然后加入10重量％的ptfe，混合物以300rpm再球磨20分钟。所得到的混合物在砑光机器中干轧以形成厚度是例如约为13.5毫英寸的碳膜。使集流器和碳膜通过辊磨机，将碳膜层叠到导电服务有限公司(conductiveservices,inc.)(csi)的集流器上。经砑光的电极冲孔制得直径为14mm的圆形电极。经冲孔的电极在120℃的真空下干燥过夜。用锂金属箔作为阳极，源自碳3的电极作为阴极，构造半电池。半电池构造成cr-2032纽扣电池形式，以0.00015a的慢电流从电池的ocv循环到3.8v。碳3的半电池显示出55.99mah/gm的pf6^-离子解吸附(比)电容量(表2)。用碳3阴极构造完全工作的锂离子电容器。极由：90重量％源自椰壳的碳(1000℃碳化；水性hcl；1000℃热处理)、5重量％pvdf和5重量％timclsuperc-45构成。浆料涂覆到从橡树三井公司(oak-mitsu)购得的铜箔上。使用锂复合物粉末(lcp)作为锂金属源，将5mg的lcp涂覆到阳极电极的表面上。lcp由具有六氟磷酸锂(lipf6)和矿物油的混合物的保护涂层的锂金属芯构成。锂金属(芯)与lipf6和矿物油的混合物(壳或保护涂层)的重量比是80:20。保护涂层中，lipf6与矿物油的重量比是89:11。选择来自日本科多公司(nipponkodoshicorporation)的nkk-4425分隔器，使用由ec/dmc/mp(20:20:60，体积％)和5重量％超添加的fec中的1m的lipf6构成的电解质。阳极与基于源自碳3的阴极相连。电池构造成cr2032形式，电池以0.0005a的电流调节5次循环，从2.2v到3.8v，然后调节。在c-速率测试之后在电池上完成eis谱，其中，在2.2v和3.8v之间，电池以1c速率充电并以不同速率放电。含源自碳3的阴极的lic的放电容量是33.46mah/gm(参见图2)。从五次调节循环并基于阴极上的活性炭的重量标准化，来计算放电容量。包含源自碳3的阴极的锂离子电容器具有7.51欧姆的电阻(参见图3)。包含源自碳3的锂离子电容器具有在约1c速率下45.57wh/l的能量密度和38.68w/l的功率密度(参见图4)。

表2：不同碳的半电池数据

实施例4

碳4，在康宁有限公司制备碳4，用小麦粉源作为前体并在800℃碳化制得(“康宁碳”)。经碳化的碳研磨至约为5微米的粒度。然后在750℃，用koh(碱性)对经过研磨的碳化碳进行活化，重量比为koh：碳为2.2:1，持续2小时。然后进一步用水清洗碳以去除任意残留koh。然后用水性hcl处理所得到的活性炭，以中和残留koh，然后用水清洗至中性ph。所得到的碳用于制造lic阴极，其包含：85重量％的碳4、10重量％的ptfe(杜邦601a特氟龙ptfe)和5重量％的博古特黑珍珠2000(cabotblackpearl2000)。活性炭与博古特黑珍珠2000的混合物在球磨机中以350rpm混合10分钟，然后加入10重量％的ptfe，混合物以300rpm再球磨20分钟。所得到的混合物在砑光机器中干轧以形成厚度是例如约为13.5毫英寸的碳膜。使集流器和碳膜通过辊磨机，将碳膜层叠到导电服务有限公司(conductiveservices,inc.)(csi)的集流器上。经砑光的阴极冲孔制得直径为14mm的圆形电极。经冲孔的阴极在120℃的真空下干燥过夜。用锂金属箔作为阳极，集流器上源自碳4的混合物作为阴极，构造半电池。半电池构造成cr-2032纽扣电池形式，以0.00015a的慢电流从电池的ocv循环到3.8v。碳4的半电池显示出69.20mah/gm的pf6^-离子解吸附(比)电容量(表2)。构造了完全工作的锂离子电容器。阳极由：90重量％源自椰壳的碳(1000℃碳化；水性hcl；和1000℃热处理)、5重量％pvdf和5重量％timclsuperc-45构成。浆料涂覆到橡树三井公司(oak-mitsu)的铜箔上。使用锂复合物粉末(lcp)作为锂金属源，将5mg的lcp涂覆到阳极电极的表面上。lcp由具有六氟磷酸锂(lipf6)和矿物油的混合物的保护涂层的锂金属芯构成。锂金属(芯)与lipf6和矿物油的混合物(壳或保护涂层)的重量比是80:20。保护涂层中，lipf6与矿物油的重量比是89:11。选择来自日本科多公司(nipponkodoshicorporation)的nkk-4425分隔器，使用ec/dmc/mp(20:20:60，体积％)和5重量％超添加的fec中的1m的lipf6的电解质。阳极与上文所述的源自碳4的阴极相连。电池构造成cr2032形式。电池以0.0005a的电流调节5次循环，从2.2v到3.8v，然后调节。在c-速率测试之后在电池上完成eis谱，其中，在2.2v和3.8v之间，电池以1c速率充电并以不同速率放电。碳4的放电容量是41.22mah/gm(参见图2)。从五次调节循环并基于阴极上的活性炭的重量标准化，来计算放电容量。包含源自碳4的阴极的锂离子电容器显示出6.61欧姆的电阻(参见图3)。包含源自碳4的阴极的锂离子电容器具有在约1c速率下44.24wh/l的能量密度和43.91w/l的功率密度(参见图4)。

孔径测量结果表明，相比于比较例碳2，碳1、碳3和碳4具有更高数量的小于或等于孔径的孔。更高数量的微孔(例如，小于或等于)对于作为具有基于pf6^-离子的电解质盐的锂离子电容器中的阴极材料的碳是合乎希望的，因为更高的微孔隙度(例如，小于或等于)得到了更高的pf6^-离子比电容量。数据显示，对于高性能lic装置，阴极必须包含这样的活性炭，其具有如下孔体积，被微孔(小于)所占据的高于0.3cm³/gm的孔体积，并且微孔隙度(小于)应该占据了大于活性炭的60％的总孔体积。

表3：在3.8v下，不同活性炭的eis数据

已结合各种具体实施方式和技术对本公开进行了描述。然而，应理解的是，可进行多种变动和修改，同时保持在本公开的范围之内。