本發(fā)明屬于電化學(xué)儲能器件領(lǐng)域，特別涉及一種具有正、負極的鋰離子電容器及制備方法。

技術(shù)背景

在全球環(huán)境惡化，資源不斷匱乏，能源在全球范圍內(nèi)都是一個熱門話題。而在所有的能源中，電能是人類應(yīng)用最成熟的一種。根據(jù)目前市場應(yīng)用分析，廣泛應(yīng)用的分別是鋰離子電池及雙電層電容器等，其中鋰離子電池具有高電壓、高儲電性能，但是在循環(huán)壽命、輸出功率方面存在制約；另外雙電層電容器具備高功率特性、高循環(huán)壽命、高安全性等特點，但是在能量比上與鋰離子電池比較存在較大差異。隨著工業(yè)的發(fā)展，市場的需求，對高能量比、高功率比、高循環(huán)壽命、高安全性能的儲能器件不斷提出新的要求。通過原理分析，將上述鋰離子電池和雙層電容器的優(yōu)點進行整合，發(fā)明制備一種同時兼顧高能量比、高功率比、高循環(huán)壽命、高安全性能的儲能器件——鋰離子電容。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種具有正、負極的鋰離子電容器及制備方法，其特征在于，所述具有正、負極的鋰離子電容器由外殼、面蓋、電芯、正極、負極、注液孔塞及引出端子組成；其中電芯固定在外殼內(nèi)，電芯的正極和負極通過集流體與各自的引出端子連接，引出端子通過密封絕緣墊圈、壓緊螺母與面蓋密封固定；面蓋與外殼密封焊接，面蓋中部設(shè)置注液孔，注液孔塞密封注液孔，防止電解液外流。

所述正極是以活性炭物質(zhì)為主，能可逆地承載鋰離子或陰離子的載體。

所述負極是以石墨、Li₄Ti₅O₁₂、活性炭為主，能承載鋰離子物質(zhì)的載體。

所述引出端子的中心有電極引線插孔或螺紋孔。

一種具有正、負極的鋰離子電容器的制備方法，其特征在于，具體包括如下制備過程：

1)正極制備

1.1將去離子水與羧甲基纖維素CMC粘結(jié)劑按質(zhì)量比80:1的比例高速攪拌15～45分鐘，使去離子水與CMC粘結(jié)劑充分融合；

1.2加入導(dǎo)電炭黑，按去離子水、CMC粘結(jié)劑、導(dǎo)電炭黑的質(zhì)量比80:1:5～10混合，在-0.1Mpa的真空條件下，攪拌20～40分鐘，形成高粘度導(dǎo)電劑；

1.3加入活性炭，按去離子水、CMC粘結(jié)劑、導(dǎo)電炭黑、活性炭的質(zhì)量比80:1:5～10:30～50混合，在-0.1Mpa的真空條件下，攪拌30～60分鐘，形成固體含量較高的漿料；

1.4將上述漿料涂覆在經(jīng)過腐蝕的多孔鋁箔表面，再通過高溫烘烤形成厚度150～250μm的正極；

2)負極制備

2.1將去離子水與CMC粘結(jié)劑按質(zhì)量比80:1的比例，高速攪拌15～45分鐘，使去離子水與CMC粘結(jié)劑充分融合；

2.2加入導(dǎo)電炭黑，按去離子水、CMC粘結(jié)劑、導(dǎo)電炭黑的質(zhì)量比80:1:5～10混合，在-0.1Mpa的真空條件下，攪拌20～40分鐘，形成高粘度導(dǎo)電劑；

2.3加入石墨、Li₄Ti₅O₁₂、活性炭，按去離子水、CMC粘結(jié)劑、導(dǎo)電炭黑、石墨、Li₄Ti₅O₁₂、活性炭的質(zhì)量比80:1:5～10:0.5～1：10～15:25～45的比例，攪拌30～60分鐘，形成的漿料；

2.4將上述漿料涂覆在經(jīng)過腐蝕的多孔鋁箔表面，再通過高溫烘烤形成厚度150～250μm的負極；

3)電芯成型

3.1將正極、負極分別沖切成型；

3.2利用機械手左右運動，在“正”極、負極兩極片盒中吸取極片，在疊片臺上交替放下極片，同時使隔膜隨吸盤架左右運動將”正”極極片、負極極片用“Z”字型的疊片方式折疊成電芯。

3.3將電芯表面進行絕緣處理。

3.4預(yù)封裝：

(1)將電芯正負極與預(yù)先設(shè)計的引出端子進行連接；

(2)封裝至壓制成型的金屬外殼內(nèi)。

3.5注液成型，通過試驗驗證電解液是含有鋰離子鹽和三乙基甲基四氟硼酸氨鹽的有機體系，具體的電解液包括：溶質(zhì)為六氟磷酸鋰LiPF₆與三乙基甲基四氟硼酸氨Et₃MeNBF₄的混合鹽，兩種鹽的摩爾比例為1:1；溶劑選自碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、丙烯腈AN、碳酸二甲酯DMC中的一種或多種；將其中一種溶劑與溶質(zhì)混合成電解液濃度為0.8～1.5mol/L注入產(chǎn)品內(nèi)進行封裝成型。

本發(fā)明的有益效果是通過原理分析，將鋰離子電池和雙層電容器的優(yōu)點進行整合，制備出一種鋰離子電容，該鋰離子電容是同時兼顧高能量比、高功率比、高循環(huán)壽命、高安全性能的儲能器件。

附圖說明

圖1為鋰離子電容器的外形圖。

圖2為正、負極形狀示意圖。

圖3為電芯折疊流程示意圖。

圖4為圖1的剖面圖，其中a為正剖面圖；b為橫剖面圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種具有正、負極的鋰離子電容器及制備方法，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

圖1、圖4為鋰離子電容器結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖4中，a為正剖面圖；b為橫剖面圖。該鋰離子電容器由外殼、面蓋、電芯、正極、負極、注液孔塞及引出端子組成；其中電芯6固定在外殼1內(nèi)，電芯6的正極和負極通過集流體8與各自的引出端子7連接，引出端子7的中心有電極引線插孔或螺紋孔9。引出端子7通過密封絕緣墊圈4、壓緊螺母3與面蓋2密封固定；面蓋2與外殼1密封焊接，在面蓋2中部設(shè)置注液孔，注液孔塞5密封注液孔，防止電解液外流。所述正極是以活性炭物質(zhì)為主，能可逆地承載鋰離子或陰離子的載體。

所述負極是以石墨、Li₄Ti₅O₁₂、活性炭為主，能承載鋰離子物質(zhì)的載體。

一種具有正、負極的鋰離子電容器的制備方法，其特征在于，具體包括如下制備過程：

1)正極制備

1.1將去離子水與羧甲基纖維素CMC粘結(jié)劑按質(zhì)量比80:1的比例高速攪拌35分鐘，使去離子水與CMC粘結(jié)劑充分融合；

1.2加入導(dǎo)電炭黑，按去離子水、CMC粘結(jié)劑、導(dǎo)電炭黑的質(zhì)量比80:1:8混合，在-0.1Mpa的真空條件下，攪拌30分鐘，形成高粘度導(dǎo)電劑；

1.3加入活性炭，按去離子水、CMC粘結(jié)劑、導(dǎo)電炭黑、活性炭的質(zhì)量比80:1:9:40混合，在-0.1Mpa的真空條件下，攪拌45分鐘，形成固體含量較高的漿料；

1.4將上述漿料涂覆在經(jīng)過腐蝕的多孔鋁箔表面，再通過高溫烘烤形成厚度150～250μm的正極；

2)負極制備

2.1將去離子水與CMC粘結(jié)劑按質(zhì)量比80:1的比例，高速攪拌15～45分鐘，使去離子水與CMC粘結(jié)劑充分融合；

2.2加入導(dǎo)電炭黑，按去離子水、CMC粘結(jié)劑、導(dǎo)電炭黑的質(zhì)量比80:1:5～10混合，在-0.1Mpa的真空條件下，攪拌35分鐘，形成高粘度導(dǎo)電劑；

2.3加入石墨、Li₄Ti₅O₁₂、活性炭，按去離子水、CMC粘結(jié)劑、導(dǎo)電炭黑、石墨、Li₄Ti₅O₁₂、活性炭的質(zhì)量比80:1:8:0.7：12:35的比例，攪拌45分鐘，形成的漿料；

2.4將上述漿料涂覆在經(jīng)過腐蝕的多孔鋁箔表面，再通過高溫烘烤形成厚度150～250μm的負極；

3)電芯成型

3.1將正極、負極分別沖切成型(如圖2所示)；

3.2利用機械手左右運動，在正極和負極兩極片盒中吸取極片，在疊片臺上交替放下極片，同時使隔膜隨吸盤架左右運動將正極極片、負極極片用“Z”字型的疊片方式折疊成電芯(如圖3所示)。

3.3將電芯表面進行絕緣處理。

3.4預(yù)封裝：

(1)將電芯正負極與預(yù)先設(shè)計的引出端子進行連接；

(2)封裝至壓制成型的金屬外殼內(nèi)。

3.5注液成型，通過試驗驗證電解液是含有鋰離子鹽和三乙基甲基四氟硼酸氨鹽的有機體系，具體的電解液包括：溶質(zhì)為六氟磷酸鋰LiPF₆與三乙基甲基四氟硼酸氨Et₃MeNBF₄的混合鹽，兩種鹽的摩爾比為1:1；溶劑選自碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、丙烯腈AN、碳酸二甲酯DMC中的一種或多種；將以上其中一種電解液(濃度為0.8～1.5mol/L)注入產(chǎn)品內(nèi)進行封裝成型。

本發(fā)明通過混合漿料、制備極片，折疊成電芯并進行絕緣處理，將電芯的集流體與引出端子激光焊接，裝入外殼內(nèi)，組裝密封絕緣墊圈、面蓋及螺母，利用激光焊接將外殼與面蓋進行密封焊接成為長度80mm寬度50mm，厚度10mm鋰的離子電容器，干燥處理后注入電解液。