鋰離子電容器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種電容器。更具體地說，本實(shí)用新型涉及一種鋰離子電容器，包括：正極，其包括第一多孔金屬箔和設(shè)置于第一多孔金屬箔表面的活性碳層，第一多孔金屬箔與活性碳層之間設(shè)置有固定層，固定層的左表面和右表面均設(shè)置有第一凹槽，第一多孔金屬箔和活性碳層分別置于第一凹槽中；負(fù)極，其包括第二多孔金屬箔和設(shè)置于第二多孔金屬箔表面的嵌鋰層；隔膜，其設(shè)置在正極和負(fù)極之間；電解液，其填充在正極和負(fù)極之間，嵌鋰層和隔膜之間設(shè)置有鋰片層，鋰片層中間設(shè)置有第二凹槽，嵌鋰層置于第二凹槽中。本實(shí)用新型避免了鋰離子電容器的正極材料和負(fù)極材料在脫嵌鋰的過程中易發(fā)生結(jié)構(gòu)變形的問題，延長了鋰離子電容器的使用壽命。
【專利說明】
鋰離子電容器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電容器。更具體地說，本實(shí)用新型涉及一種鋰離子電容器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，鋰離子二次電池得到了很大的發(fā)展，這種電池負(fù)極一般使用石墨等碳素材料，正極使用鈷酸鋰、錳酸鋰等含鋰金屬氧化物。這種電池組裝以后，充電時(shí)正極向負(fù)極提供鋰離子，而在放電時(shí)，負(fù)極的鋰離子又返回正極，因此被稱為“搖椅式電池”。與使用金屬鋰的鋰電池相比，這種電池具有高安全性和高循環(huán)壽命的特點(diǎn)。但是，由于正極材料和負(fù)極材料在脫嵌鋰的過程中容易發(fā)生結(jié)構(gòu)的變形，因此，鋰離子二次電池的循環(huán)壽命仍受到制約。近年來，把鋰離子二次電池和雙層電容器結(jié)合在一起的體系，即鋰離子電容器研究成為新的熱點(diǎn)。鋰離子電容器一般負(fù)極材料選用石墨、硬碳等炭素材料，正極材料選用雙電層特性的活性炭材料，通過對(duì)負(fù)極材料進(jìn)行鋰離子的預(yù)摻雜，使負(fù)極電位大幅度下降，從而提高能量密度。但這種鋰離子電容器仍存在正極材料和負(fù)極材料在脫嵌鋰的過程中易發(fā)生結(jié)構(gòu)的變形的問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的一個(gè)目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本實(shí)用新型還有一個(gè)目的避免鋰離子電容器的正極材料和負(fù)極材料在脫嵌鋰的過程中易發(fā)生結(jié)構(gòu)變形的問題，延長鋰離子電容器的使用壽命。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本實(shí)用新型的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種鋰離子電容器，包括:
[0006]正極，其包括第一多孔金屬箔和設(shè)置于所述第一多孔金屬箔表面的活性碳層，所述第一多孔金屬箔與所述活性碳層之間設(shè)置有固定層，所述固定層設(shè)置為“工”字型，所述固定層的左表面和右表面均設(shè)置有第一凹槽，所述第一多孔金屬箔和活性碳層分別置于所述固定層的左表面和右表面的第一凹槽中；
[0007]負(fù)極，其包括第二多孔金屬箔和設(shè)置于所述第二多孔金屬箔表面的嵌鋰層；
[0008]隔膜，其設(shè)置在所述正極和負(fù)極之間，且位于所述活性炭層和嵌鋰層之間；
[0009]電解液，其填充在所述正極和負(fù)極之間；
[0010]其中，所述固定層的左表面和右表面上均設(shè)置有多個(gè)大小不一的通孔，所述嵌鋰層和所述隔膜之間設(shè)置有鋰片層，所述鋰片層中間設(shè)置有第二凹槽，所述嵌鋰層置于所述第二凹槽中，所述鋰片層的周邊設(shè)置有多個(gè)固定腳，多個(gè)固定腳固定在所述隔膜的側(cè)壁上。
[0011]優(yōu)選的是，所述的鋰離子電容器中，所述固定層中摻雜有導(dǎo)電材料，所述第二多孔金屬箔和嵌鋰層之間設(shè)置有導(dǎo)電層。
[0012]優(yōu)選的是，所述的鋰離子電容器中，所述第一多孔金屬箔和第二多孔金屬箔的長度一致，所述固定層、活性碳層、隔膜、鋰片層和嵌鋰層的長度均小于所述第一多孔金屬箔或第二多孔金屬箔的長度。
[0013]優(yōu)選的是，所述的鋰離子電容器中，所述第一多孔金屬箔、固定層、活性炭層、隔膜、鋰片層、嵌鋰層和第二多孔金屬箔均置于一殼體中，所述電解液填充在所述殼體的縫隙中。
[0014]優(yōu)選的是，所述的鋰離子電容器中，所述第一多孔金屬箔為鋁箔，所述第二多孔金屬箔為銅箔。
[0015]優(yōu)選的是，所述的鋰離子電容器中，所述隔膜為聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、復(fù)合膜、無機(jī)陶瓷膜、紙隔膜、無紡布隔膜或纖維素隔膜中的任一種。
[0016]本實(shí)用新型至少包括以下有益效果:在鋰離子電容器安裝時(shí)，先將第一多孔金屬箔和第二多孔金屬箔分別置于殼體中，再依次安裝固定層、活性碳層、隔膜、鋰片層和嵌鋰層，并將第一多孔金屬箔和活性碳層分別置于固定層的左表面和右表面的第一凹槽中，嵌鋰層置于鋰片層的第二凹槽中，以使得各部分固定牢固，最后在正極和負(fù)極填充電解液，并密封殼體。由于固定層和鋰片層上凹槽的設(shè)置，鋰離子電容器的各個(gè)部分不僅僅是簡單的貼合安裝，而是通過介質(zhì)固定，提高了固定的可靠性，避免了鋰離子電容器的正極材料和負(fù)極材料在脫嵌鋰的過程中易發(fā)生結(jié)構(gòu)變形的問題，延長了鋰離子電容器的使用壽命。
[0017]本實(shí)用新型的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對(duì)本實(shí)用新型的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說明】
[0018]圖1為所述的鋰離子電容器的組裝圖；
[0019]圖2為所述的鋰離子電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分解圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0021]應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不排除一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。
[0022]如圖1和2所示，本實(shí)用新型提供一種鋰離子電容器，包括:
[0023]正極I，其包括第一多孔金屬箔11和設(shè)置于所述第一多孔金屬箔表面的活性碳層12，活性碳層為活性炭粉末、活性炭纖維或炭納米管等，活性炭層可以使用例如活性炭、丙烯酸類粘合劑組成的結(jié)合劑、羧甲基纖維素(CMC)組成的分散劑的混合物。所述第一多孔金屬箔與所述活性碳層之間設(shè)置有固定層5，所述固定層設(shè)置為“工”字型，由于正極和負(fù)極各部分長度不等，因此固定層并不是嚴(yán)格意義上的“工”字型，可能一側(cè)的高度稍高于另一側(cè)，以保證將第一多孔金屬箔與活性碳層更好地固定，所述固定層的左表面和右表面均設(shè)置有第一凹槽51，所述第一多孔金屬箔和活性碳層分別置于所述固定層的左表面和右表面的第一凹槽中，固定層起到同時(shí)固定第一多孔金屬箔和活性碳層的作用，同時(shí)由于第一凹槽的底壁設(shè)置得非常薄，不會(huì)影響鋰離子的正常移動(dòng)。
[0024]負(fù)極2，其包括第二多孔金屬箔21和設(shè)置于所述第二多孔金屬箔表面的嵌鋰層22，嵌鋰層可以是可嵌鋰金屬氧化物或炭質(zhì)嵌鋰材料，可嵌鋰金屬氧化物可以是鋰鈦氧化物L(fēng)i4Ti50i2、W02或M0O2等，炭質(zhì)嵌鋰材料可以是石墨、中間相炭微球或中間相炭纖維等，嵌鋰層可以使用例如能夠封存/釋放鋰離子的無定形碳、聚偏氟乙烯(PVDF)構(gòu)成的結(jié)合劑、乙炔炭黑等導(dǎo)電助劑的混合物。
[0025]隔膜3，其設(shè)置在所述正極和負(fù)極之間，且位于所述活性炭層和嵌鋰層之間。隔膜用于使得正極與負(fù)極電絕緣，隔膜允許離子通過，以使離子在正極與負(fù)極之間傳遞。
[0026]電解液4，其填充在所述正極和負(fù)極之間，與正極和負(fù)極物理接觸和電接觸。電解液由溶質(zhì)、溶劑和添加劑組成，溶質(zhì)為六氟磷酸鋰(LiPF6),溶劑為環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯兩類脂組成，添加劑有成膜穩(wěn)定劑、低溫和高溫穩(wěn)定劑和高壓過充保護(hù)劑等。
[0027]其中，所述固定層的左表面和右表面上均設(shè)置有多個(gè)大小不一的通孔52，以使得鋰離子能夠順利通過固定層。所述嵌鋰層和所述隔膜之間設(shè)置有鋰片層6，所述鋰片層中間設(shè)置有第二凹槽61，所述嵌鋰層置于所述第二凹槽中，所述鋰片層的周邊設(shè)置有多個(gè)固定腳62，多個(gè)固定腳固定在所述隔膜的側(cè)壁上，以將嵌鋰層與隔膜有效固定。當(dāng)以一定的電流對(duì)鋰離子電容器進(jìn)行充電時(shí)，負(fù)極具有一定的核電狀態(tài)，此時(shí)鋰片層中的鋰轉(zhuǎn)化為鋰離子嵌入嵌鋰層中。鋰片層將嵌鋰層包裹在其中，能夠提高鋰離子電容器的比能量，且提高了鋰離子電容器的循環(huán)穩(wěn)定性。鋰片層的總填充量設(shè)定為能夠?qū)ω?fù)極的負(fù)極活性物質(zhì)合劑中充分摻雜鋰離子的量，這樣的總填充量能夠通過考慮負(fù)極活性物質(zhì)的材料、量進(jìn)行理論計(jì)算。
[0028]所述的鋰離子電容器中，所述固定層中摻雜有導(dǎo)電材料，所述第二多孔金屬箔和嵌鋰層之間設(shè)置有導(dǎo)電層7。固定層中導(dǎo)電材料的摻雜明顯降低了第一多孔金屬箔與活性碳層之間的接觸電阻；導(dǎo)電層的設(shè)置明顯降低了第二多孔金屬箔和嵌鋰層之間的接觸電阻。
[0029]所述的鋰離子電容器中，所述第一多孔金屬箔和第二多孔金屬箔的長度一致，所述固定層、活性碳層、隔膜、鋰片層和嵌鋰層的長度均小于所述第一多孔金屬箔或第二多孔金屬箔的長度，以使得第一多孔金屬箔和第二多孔金屬箔將固定層、活性碳層、隔膜、鋰片層和嵌鋰層夾持在中間，固定更加可靠。
[0030]所述的鋰離子電容器中，所述第一多孔金屬箔、固定層、活性炭層、隔膜、鋰片層、嵌鋰層和第二多孔金屬箔均置于一殼體8中，所述電解液填充在所述殼體的縫隙中。殼體的設(shè)置使得整個(gè)鋰離子電容器的結(jié)構(gòu)更加緊湊。
[0031]所述的鋰離子電容器中，所述第一多孔金屬箔為鋁箔，所述第二多孔金屬箔為銅箔。
[0032]所述的鋰離子電容器中，所述隔膜為聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、復(fù)合膜、無機(jī)陶瓷膜、紙隔膜、無紡布隔膜或纖維素隔膜中的任一種。
[0033]盡管本實(shí)用新型的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本實(shí)用新型的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實(shí)用新型并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋰離子電容器，其特征在于，包括: 正極，其包括第一多孔金屬箔和設(shè)置于所述第一多孔金屬箔表面的活性碳層，所述第一多孔金屬箔與所述活性碳層之間設(shè)置有固定層，所述固定層設(shè)置為“工”字型，所述固定層的左表面和右表面均設(shè)置有第一凹槽，所述第一多孔金屬箔和活性碳層分別置于所述固定層的左表面和右表面的第一凹槽中； 負(fù)極，其包括第二多孔金屬箔和設(shè)置于所述第二多孔金屬箔表面的嵌鋰層； 隔膜，其設(shè)置在所述正極和負(fù)極之間，且位于所述活性炭層和嵌鋰層之間； 電解液，其填充在所述正極和負(fù)極之間； 其中，所述固定層的左表面和右表面上均設(shè)置有多個(gè)大小不一的通孔，所述嵌鋰層和所述隔膜之間設(shè)置有鋰片層，所述鋰片層中間設(shè)置有第二凹槽，所述嵌鋰層置于所述第二凹槽中，所述鋰片層的周邊設(shè)置有多個(gè)固定腳，多個(gè)固定腳固定在所述隔膜的側(cè)壁上。2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述固定層中摻雜有導(dǎo)電材料，所述第二多孔金屬箔和嵌鋰層之間設(shè)置有導(dǎo)電層。3.如權(quán)利要求2所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述第一多孔金屬箔和第二多孔金屬箔的長度一致，所述固定層、活性碳層、隔膜、鋰片層和嵌鋰層的長度均小于所述第一多孔金屬箔或第二多孔金屬箔的長度。4.如權(quán)利要求3所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述第一多孔金屬箔、固定層、活性炭層、隔膜、鋰片層、嵌鋰層和第二多孔金屬箔均置于一殼體中，所述電解液填充在所述殼體的縫隙中。5.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述第一多孔金屬箔為鋁箔，所述第二多孔金屬箔為銅箔。6.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述隔膜為聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、復(fù)合膜、無機(jī)陶瓷膜、紙隔膜、無紡布隔膜或纖維素隔膜中的任一種。
【文檔編號(hào)】H01G11/82GK205487766SQ201620177141
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月7日
【發(fā)明人】李兵, 蔡丹, 武智惠, 吳秋菊
【申請(qǐng)人】遼寧博艾格電子科技有限公司