一种锂离子电容器电极及其应用的制作方法

本发明涉及电化学储能领域，具体涉及一种锂离子电容器电极。

技术背景

锂离子超级电容器作为一种储能器件，具有安全性高，使用寿命长，功率高等优点，它结合了普通的双电层电容器和锂离子电池的优势，所以在移动通讯、启动电源、备用电源等领域都有更好的应用前景。

锂离子超级电容器具有以下特点：(1)相对于锂离子电池来说，拥有更高的功率密度，在大电流应用场合特别是高能脉冲环境，可以更好的满足功率要求。(2)充放电循环时间很短，远远小于蓄电池的充放循环时间。(3)电池使用寿命长，终身无须维护。(4)运行温度宽可以在-45～85℃的范围内正常工作。

锂离子电容器，特别是在长期运行后的锂离子电容器易出现器件的功率密度和能量密度衰减迅速，其中一个原因是电极活性物质与隔膜、集流体等之间的接触电阻增加导致的。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明制备一种锂离子电容器电极，包括通过隔膜相间隔的正极和负极，通过下述制备方法将三者“无缝”结合地在一起；

所述的制备方法包括沉积、热压步骤：

1)沉积步骤为：将正极材料、胶黏剂、溶剂混合均匀得混合物料，利用喷涂、旋涂或刮涂方法直接沉积在隔膜一侧表面；待干燥后，将负极材料、胶黏剂、溶剂混合均匀得混合物料，同样利用喷涂、旋涂或刮涂方法直接沉积在隔膜另一侧表面，充分干燥；得一体化电极；

或，在隔膜两侧表面分别或同时进行混合物料的沉积，然后干燥；得一体化电极；

2)所述的热压步骤为：将沉积好的一体化电极进行热压。

所述的正极材料包括活性炭材料、导电聚合物、氧化物中的一种或者两种以上；

所述的负极材料包括活性炭材料、石墨、硬炭、钛酸锂的一种或者两种以上；

所述的隔膜包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、醋酸纤维素、玻璃纤维的一种或者两种以上。

所述的胶黏剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的一种或者两种；

所述的溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、丙酮、异弗尔酮的一种或者两种以上；

所述的正极活性物质和负极活性物质分别与胶黏剂的质量比例为：100:1～1:2，优选50:1～20:1；所述的胶黏剂与溶剂的质量比例为1:200～1:1，优选1:50～1:2；

所述的正极活性物质和负极活性物质的面担量分别为0.1mg/cm²～30mg/cm²，优选1～15mg/cm²。

干燥温度50℃～200℃。

所述的热压的温度为：30℃～400℃，优选50～180℃；所述的热压程度是指热压后电极活性物质厚度与原来电极活性物质厚度的比值，合理的范围为90％～10％，优选80％～20％。

所述的压实设备可为：热压机或辊压机或两种均使用。

所述电极在锂离子电容器中的应用。

本发明的有益效果是：

利用本发明制备的一体化电极，有效降低了电极极化，减少电极充放电过程中活性物质的脱落、失活的，使锂离子电容器具有更低的内阻及循环稳定性。

附图说明

图1为实施例1中锂离子电容器的循环稳定性曲线。

图2为对比例中锂离子电容器的循环稳定性曲线。

具体实施方式

实施例1

将钛酸锂、聚偏氟乙烯(pvdf)、导电炭黑、n-甲基吡咯烷酮(nmp)按照8:1:1:5的比例混合均匀后，刮涂到聚丙烯隔膜上，70℃烘干后，将活性炭、pvdf、导电炭黑、nmp按照8:1:1:10的比例混合均匀后，刮涂到上述电极中隔膜的两一侧，70℃烘干。利用热压机进行100℃热压，热压程度为60％。钛酸锂担量为3mg/cm2，活性炭担量为9mg/cm2。

将制备好的一体化电极正负极通过导电胶与极耳相连后，卷绕成电容器内芯，加入1mol/l的lipf6电解液(碳酸丙烯酯为溶剂)后将内芯用铝塑膜封好。电芯即制备完成。活性物质总量为15g。按照0.5a/g(基于活性物质质量)进行充放电测试，截止电压为1.5-2.9v。记录电芯内阻及1000、2000、3000、4000、5000圈的循环稳定性。电芯等效直流内阻为0.01mω。

对比例1

将钛酸锂、聚偏氟乙烯(pvdf)、导电炭黑、n-甲基吡咯烷酮(nmp)p按照8:1:1:5的比例混合均匀后，刮涂到铝箔上，钛酸锂担量为3mg/cm²；将活性炭、pvdf、导电炭黑、nmp按照8:1:1:10的比例混合均匀后刮涂到铝箔上，活性炭担量为9mg/cm²。将钛酸锂电极、聚丙烯隔膜、活性炭电极依次放好后，卷绕成电容器内芯，加入1mol/l的lipf6电解液(碳酸丙烯酯为溶剂)后将内芯用铝塑膜封好。电芯即制备完成。活性物质总量为15g。按照0.5a/g(基于活性物质质量)进行充放电测试，截止电压为1.5-2.9v。记录电芯内阻及1000、2000、3000、4000、5000圈的循环稳定性。电芯等效直流内阻为0.03mω，相同条件下，电容器的内阻是实施例中的内阻的3倍。说明一体化可以有效提高离子传输，降低电容器内阻。图1和图2对比可以看出5000个循环后实施例1中的锂离子电容器容量仍能保持95％，而对比例中的锂离子电容器只能保持在86％，说明利用实施例中的一体化电极的锂离子电容器可以大幅提高电容器的循环稳定性。

实施例2

将石墨、聚偏氟乙烯(pvdf)、导电炭黑、n-甲基吡咯烷酮(nmp)按照8:1:1:5的比例混合均匀后，刮涂到聚丙烯隔膜上，70℃烘干后。将活性炭、pvdf、导电炭黑、nmp按照8:1:1:10的比例混合均匀后，刮涂到上述电极中隔膜的两一侧，70℃烘干。利用热压机进行100℃热压，热压程度为60％。钛酸锂担量为2mg/cm2，活性炭担量为9mg/cm2。

将制备好的一体化电极正负极通过导电胶与极耳相连后，卷绕成电容器内芯，加入1mol/l的lipf6电解液(碳酸丙烯酯为溶剂)后将内芯用铝塑膜封好。电芯即制备完成。按照0.5a/g(基于活性物质质量)进行充放电测试，截止电压为3.0-4.3v。记录电芯内阻及1000、2000、3000、4000、5000圈的循环稳定性。

实施例3

将石墨、硬炭、聚偏氟乙烯(pvdf)、导电炭黑、n-甲基吡咯烷酮(nmp)按照6:2:1:1:5的比例混合均匀后，刮涂到聚丙烯隔膜上，70℃烘干后。将活性炭、pvdf、导电炭黑、nmp按照8:1:1:10的比例混合均匀后，刮涂到上述电极中隔膜的两一侧，70℃烘干。利用热压机进行100℃热压，热压程度为70％。钛酸锂担量为2mg/cm2，活性炭担量为9mg/cm2。

将制备好的一体化电极正负极通过导电胶与极耳相连后，卷绕成电容器内芯，加入1mol/l的lipf6电解液(碳酸丙烯酯为溶剂)后将内芯用铝塑膜封好。电芯即制备完成。按照0.5a/g(基于活性物质质量)进行充放电测试，截止电压为3.0-4.3v。记录电芯内阻及1000、2000、3000、4000、5000圈的循环稳定性。

实施例4

将钛酸锂、聚偏氟乙烯(pvdf)、导电炭黑、n-甲基吡咯烷酮(nmp)按照8:1:1:5的比例混合均匀后，刮涂到聚丙烯隔膜上，70℃烘干后。将活性炭、pvdf、导电炭黑、nmp按照8:1:1:10的比例混合均匀后，刮涂到上述电极中隔膜的两一侧，70℃烘干。利用热压机进行100℃热压，热压程度为60％。钛酸锂担量为4mg/cm2，活性炭担量为10mg/cm2。

将制备好的一体化电极正负极通过导电胶与极耳相连后，卷绕成电容器内芯，加入1mol/l的lipf6电解液(碳酸丙烯酯为溶剂)后将内芯用铝塑膜封好。电芯即制备完成。按照0.5a/g(基于活性物质质量)进行充放电测试，截止电压为3.0-4.3v。记录电芯内阻及1000、2000、3000、4000、5000圈的循环稳定性。

实施例5

将石墨、聚偏氟乙烯(pvdf)、导电炭黑、n-甲基吡咯烷酮(nmp)按照8:1:1:6的比例混合均匀后，刮涂到醋酸纤维素隔膜纸上，80℃烘干后。将活性炭、pvdf、导电炭黑、nmp按照8:1:1:10的比例混合均匀后，刮涂到上述电极中隔膜的两一侧，70℃烘干。利用热压机进行100℃热压，热压程度为60％。钛酸锂担量为2mg/cm2，活性炭担量为9mg/cm2。

将制备好的一体化电极正负极通过导电胶与极耳相连后，卷绕成电容器内芯，加入1mol/l的lipf6电解液(碳酸丙烯酯为溶剂)后将内芯用铝塑膜封好。电芯即制备完成。按照0.5a/g(基于活性物质质量)进行充放电测试，截止电压为3.0-4.3v。记录电芯内阻及1000、2000、3000、4000、5000圈的循环稳定性。

实施例6

将石墨、聚偏氟乙烯(pvdf)、导电炭黑、n-甲基吡咯烷酮(nmp)按照8:1:1:5的比例混合均匀后，刮涂到玻璃纤维隔膜上，70℃烘干后。将活性炭、pvdf、导电炭黑、nmp按照8:1:1:10的比例混合均匀后，刮涂到上述电极中隔膜的两一侧，70℃烘干。利用热压机进行100℃热压，热压程度为60％。钛酸锂担量为3mg/cm2，活性炭担量为9mg/cm2。

将制备好的一体化电极正负极通过导电胶与极耳相连后，卷绕成电容器内芯，加入1mol/l的lipf6电解液(碳酸丙烯酯为溶剂)后将内芯用铝塑膜封好。电芯即制备完成。按照0.5a/g(基于活性物质质量)进行充放电测试，截止电压为3.0-4.3v。记录电芯内阻及1000、2000、3000、4000、5000圈的循环稳定性。

实施例7

将钛酸锂、聚偏氟乙烯(pvdf)、导电炭黑、n-甲基吡咯烷酮(nmp)按照8:1:1:5的比例混合均匀后，刮涂到聚乙烯隔膜上，70℃烘干后。将活性炭、pvdf、导电炭黑、nmp按照8:1:1:10的比例混合均匀后，刮涂到上述电极中隔膜的两一侧，70℃烘干。利用热压机进行100℃热压，热压程度为60％。钛酸锂担量为3mg/cm2，活性炭担量为9mg/cm2。

将制备好的一体化电极正负极通过导电胶与极耳相连后，卷绕成电容器内芯，加入1mol/l的lipf6电解液(碳酸丙烯酯为溶剂)后将内芯用铝塑膜封好。电芯即制备完成。按照0.5a/g(基于活性物质质量)进行充放电测试，截止电压为3.0-4.3v。记录电芯内阻及1000、2000、3000、4000、5000圈的循环稳定性。