CN104157463A - 负极片及其制备方法、锂离子超级电容器 - Google Patents

负极片及其制备方法、锂离子超级电容器 Download PDF

Info

Publication number
CN104157463A
CN104157463A CN201410404950.0A CN201410404950A CN104157463A CN 104157463 A CN104157463 A CN 104157463A CN 201410404950 A CN201410404950 A CN 201410404950A CN 104157463 A CN104157463 A CN 104157463A
Authority
CN
China
Prior art keywords
negative plate
lithium
negative electrode
lithium ion
active material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410404950.0A
Other languages
English (en)
Inventor
姜冬冬
陈宇澄
王臣
罗旭芳
杨红平
袁美蓉
宋宇
徐永进
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WANXINGGUANG ELECTRONIC (DONGGUAN) Co Ltd
Tsinghua University
Shenzhen Research Institute Tsinghua University
Original Assignee
WANXINGGUANG ELECTRONIC (DONGGUAN) Co Ltd
Shenzhen Research Institute Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WANXINGGUANG ELECTRONIC (DONGGUAN) Co Ltd, Shenzhen Research Institute Tsinghua University filed Critical WANXINGGUANG ELECTRONIC (DONGGUAN) Co Ltd
Priority to CN201410404950.0A priority Critical patent/CN104157463A/zh
Publication of CN104157463A publication Critical patent/CN104157463A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Abstract

本发明公开了一种负极片及其制备方法，制备包括如下步骤：在集流体的表面涂覆负极活性物质浆料，烘干后辊压制成负极片半成品，其中，所述负极活性物质浆料中含有可嵌入脱出锂离子的活性材料；在保护气体氛围下，将锂粉和有机催化剂溶解于有机溶剂中得到有机锂溶液；以及在保护气体氛围下，将有机锂溶液喷涂或刷涂在负极片半成品表面，使有机锂溶液中的锂离子被还原成金属锂并嵌入负极片半成品内。这种负极片制备方法通过将有机锂溶液喷涂或刷涂在负极片半成品表面，使有机锂溶液中的锂离子被还原成金属锂并嵌入负极片半成品内，制得的负极片的嵌锂量均匀。本发明还公开了一种采用上述负极片的锂离子超级电容器。

Description

负极片及其制备方法、锂离子超级电容器
技术领域
本发明涉及储能器件制备领域，特别是涉及一种负极片及其制备方法、以及采用该负极片的锂离子超级电容器。
背景技术
随着能源消耗，环境污染问题越来越突出，开发利用新能源越来越受关注。风能、太阳能等可再生能源受自然环境的影响，其电力输出具有不连续和不稳定性，解决风能、太阳能等新能源并网需要寻求高能量、高功率、长寿命的储能器件。同时电动汽车，能量回收系统，电动工具，功率脉冲电源等也需要高能量、高功率、长寿命的储能器件。
目前常用的储能器件有锂离子电池和超级电容器，广泛应用于电子设备，电动车，电动工具，后备电源，新能源并网储能电源等领域。锂离子电池具有能量密度高的优点，但存在使用寿命短，功率密度低的缺点。超级电容器具有输出功率大、循环寿命长的优点，但存在能量密度低的问题。因此，开发高能量密度、高功率、长寿命的储能器件显得越来越迫切。
近年来，一种由双电层电容正极和锂离子电池负极构成的电化学混合超级电容器逐渐成为研究热点，因其负极采用与锂离子电池体系相同的储能机理，富士重工SUBARU技术研究中心的Osamu Hatozaki等人将其称为锂离子超级电容器。其工作机理是：充电时，有机电解液中的锂离子嵌入到负极中形成嵌锂化合物，电解液中的阴离子则吸附在活性炭正极表面形成双电层；而放电时，锂离子从负极材料中脱出，正极与电解液界面产生的双电层解离，阴离子从正极表面释放。
传统超级电容器的电压通常在2.5～3V，而锂离子超级电容器负极采用石墨等嵌锂材料，其工作电压可以提高到4V，负极静电容量也大幅提高，与传统超级电容器相比，锂离子超级电容器的单元能量密度可提高3～4倍。
锂离子超级电容器的关键技术在于负极预嵌锂的实现，传统的做法是以金属锂片作为锂极(CN 101138058)，置于电极单元的上下两端，通过负极与锂极短路方法，实现负极的预嵌锂。为保证在短时间内使负极预嵌锂，采用穿孔箔作为正负极集流体，这样锂离子可以穿过电极移动，而不被电极阻断。然而，这种方法存在着负极片嵌锂量不均匀的问题，尤其在层叠片数多的结构中，在远离金属锂片的负极片的嵌锂量会比靠近金属锂片的负极片的嵌锂量少很多。
发明内容
基于此，有必要提供嵌锂量均匀的负极片及其制备方法。
此外，还有必要提供一种采用上述负极片的锂离子超级电容器。
一种负极片制备方法，包括如下步骤：
在集流体的表面涂覆负极活性物质浆料，烘干后辊压制成负极片半成品，其中，所述负极活性物质浆料中含有可嵌入脱出锂离子的活性材料；
在保护气体氛围下，将锂粉和有机催化剂溶解于有机溶剂中得到有机锂溶液；以及
在保护气体氛围下，将所述有机锂溶液喷涂或刷涂在所述负极片半成品表面，使有机锂溶液中的锂离子被还原成金属锂并嵌入所述负极片半成品内，最后将所述负极片半成品清洗后干燥，即为所述负极片。
在一个实施例中，所述可嵌入脱出锂离子的活性材料为石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、聚并苯、纳米碳材料、聚吡咯、聚噻吩、钛酸锂、钛氧化物、锡氧化物、硅氧化物、锡和硅中的至少一种；
所述可嵌入脱出锂离子的活性材料占所述负极活性物质浆料的质量百分数为20％～40％。
在一个实施例中，所述负极活性物质浆料按照质量百分数还包括50％～80％的溶剂、0.4％～10％的导电剂和0.4％～10％的粘结剂。
在一个实施例中，所述有机锂溶液中，锂离子的浓度为0.02mol/L～0.4mol/L。
在一个实施例中，所述有机催化剂为蒽、菲和萘中的至少一种。
在一个实施例中，所述有机锂溶液中，所述有机催化剂的浓度为0.1mol/L～0.5mol/L。
在一个实施例中，所述有机溶剂为二甲氧基乙烷、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇甲乙醚、三乙二醇二甲醚、叔丁基甲基醚和苯醚中的至少一种。
在一个实施例中，将所述负极片半成品清洗的操作为：用碳酸酯将所述负极片半成品清洗。
一种负极片，采用上述的负极片制备方法制备得到。
一种锂离子超级电容器，包括正极片、隔膜、负极片和电解液；所述负极片为如上述的负极片。
这种负极片制备方法通过将有机锂溶液喷涂或刷涂在负极片半成品表面，使有机锂溶液中的锂离子被还原成金属锂并嵌入负极片半成品内，得到负极片。相对于传统的采用金属锂片作为锂极实现负极的预嵌锂，这种负极片制备方法制得的负极片的嵌锂量均匀。嵌锂时间短，负极片嵌锂量可以实现精确控制，使用该负极片制备锂离子超级电容器不需要使用穿孔箔，制造成本低，生产效率高。
附图说明
图1为一实施方式的电极片制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
如图1所示的一实施方式负极片制备方法，包括如下步骤：
S10、在集流体的表面涂覆负极活性物质浆料，烘干后辊压制成负极片半成品。
负极活性物质浆料中含有可嵌入脱出锂离子的活性材料。
可嵌入脱出锂离子的活性材料可以为石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、聚并苯(PAS)、纳米碳材料、聚吡咯、聚噻吩、钛酸锂、钛氧化物、锡氧化物、硅氧化物、锡合金、硅合金中的至少一种。
硬碳指不可石墨化的不定型碳，软碳指可石墨化的不定型碳。
可嵌入脱出锂离子的活性材料占负极活性物质浆料的质量百分数为20％～40％。
本实施方式中，负极活性物质浆料按照质量百分数还包括50％～80％的溶剂、0.4％～10％的导电剂和0.4％～10％的粘结剂。
溶剂、导电剂和粘接剂可以采用本领域常规试剂。
S20、配制含有锂离子和有机催化剂的有机锂溶液。
有机锂溶液的溶剂为有机溶剂。
本实施方式中，配制含有锂离子和有机催化剂的有机锂溶液的操作为：在惰性气氛环境下，将锂粉和有机催化剂溶解于有机溶剂中得到有机锂溶液。
有机锂溶液中，锂离子的浓度为0.02mol/L～0.4mol/L。
有机催化剂为蒽、菲和萘中的至少一种。有机催化剂的浓度为0.1mol/L～0.5mol/L。若有机催化剂浓度太低，锂粉的溶解度会很低，则有机锂溶液锂离子浓度太低，导致向负极预嵌锂需要喷涂或刷涂的量会太大，这会导致后期负极片的干燥所需时间长，影响生产效率，还会造成有机锂溶液的浪费；若催化剂浓度太高，锂粉的溶解度已达到饱和，浓度不会再增加，会造成有机催化剂的浪费。
有机溶剂可以为二甲氧基乙烷、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇甲乙醚、三乙二醇二甲醚、叔丁基甲基醚和苯醚中的至少一种。
S30、将S20得到的有机锂溶液喷涂或刷涂在S10得到的负极片半成品表面，使有机锂溶液中的锂离子被还原成金属锂并嵌入负极片半成品内，最后将负极片半成品清洗后干燥，即为负极片。
一般的，在负极片半成品表面喷涂或刷涂有机锂溶液，负极片在有机锂溶液中的浸泡时间为5h～10h。
这种负极片制备方法通过将有机锂溶液喷涂或刷涂在负极片半成品表面，使有机锂溶液中的锂离子被还原成金属锂并嵌入负极片半成品内，得到负极片。相对于传统的采用金属锂片作为锂极实现负极的预嵌锂，这种负极片制备方法制得的负极片的嵌锂量均匀。
这种负极片制备方法“有机锂溶液催化嵌锂”，能够对负极片实现均匀嵌锂，整个工序简单，嵌锂时间短，不需要使用穿孔箔，生产效率高，成本低，负极嵌锂量可以通过喷涂或刷涂有机锂溶液的量及负极片在有机锂溶液中的浸泡时间实现精确控制。
本发明还公开了一种负极片，这种负极片采用上述的负极片制备方法制备得到。
本发明还公开了一种锂离子超级电容器，包括正极片、隔膜、负极片和电解液；负极片采用上述的负极片。
正极片、隔膜和负极片依次层叠。隔膜用于防止正极片和负极片电接触。电解液包括提供锂离子的锂盐和有机溶剂。
锂盐可以为LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiTFSI、LiAsF6中的一种或几种的混合，所述的有机溶剂为乙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯、甲基乙基碳酸酯、亚乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、乙腈和氟代碳酸酯中的一种或几种的混合，电解液还可以添加四乙基四氟硼酸铵、甲基三乙基四氟硼酸铵。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种负极片制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在集流体的表面涂覆负极活性物质浆料，烘干后辊压制成负极片半成品，其中，所述负极活性物质浆料中含有可嵌入脱出锂离子的活性材料；
在保护气体氛围下，将锂粉和有机催化剂溶解于有机溶剂中得到有机锂溶液；以及
在保护气体氛围下，将所述有机锂溶液喷涂或刷涂在所述负极片半成品表面，使有机锂溶液中的锂离子被还原成金属锂并嵌入所述负极片半成品内，最后将所述负极片半成品清洗后干燥，即为所述负极片。
2.根据权利要求1所述的负极片制备方法，其特征在于，所述可嵌入脱出锂离子的活性材料为石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、聚并苯、纳米碳材料、聚吡咯、聚噻吩、钛酸锂、钛氧化物、锡氧化物、硅氧化物、锡和硅中的至少一种；
所述可嵌入脱出锂离子的活性材料占所述负极活性物质浆料的质量百分数为20％～40％。
3.根据权利要求1所述的负极片制备方法，其特征在于，所述负极活性物质浆料按照质量百分数还包括50％～80％的溶剂、0.4％～10％的导电剂和0.4％～10％的粘结剂。
4.根据权利要求1所述的负极片制备方法，其特征在于，所述有机锂溶液中，锂离子的浓度为0.02mol/L～0.4mol/L。
5.根据权利要求1所述的负极片制备方法，其特征在于，所述有机催化剂为蒽、菲和萘中的至少一种。
6.根据权利要求1或5所述的负极片制备方法，其特征在于，所述有机锂溶液中，所述有机催化剂的浓度为0.1mol/L～0.5mol/L。
7.根据权利要求1所述的负极片制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为二甲氧基乙烷、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇甲乙醚、三乙二醇二甲醚、叔丁基甲基醚和苯醚中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的负极片制备方法，其特征在于，将所述负极片半成品清洗的操作为：用碳酸酯将所述负极片半成品清洗。
9.一种负极片，其特征在于，所述负极片采用如权利要求1～8中任一项所述的负极片制备方法制备得到。
10.一种锂离子超级电容器，包括正极片、隔膜、负极片和电解液；其特征在于，所述负极片为如权利要求9所述的负极片。
CN201410404950.0A 2014-08-15 2014-08-15 负极片及其制备方法、锂离子超级电容器 Pending CN104157463A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410404950.0A CN104157463A (zh) 2014-08-15 2014-08-15 负极片及其制备方法、锂离子超级电容器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410404950.0A CN104157463A (zh) 2014-08-15 2014-08-15 负极片及其制备方法、锂离子超级电容器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104157463A true CN104157463A (zh) 2014-11-19

Family

ID=51882940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410404950.0A Pending CN104157463A (zh) 2014-08-15 2014-08-15 负极片及其制备方法、锂离子超级电容器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104157463A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104409224A (zh) * 2013-11-28 2015-03-11 东莞市长安东阳光铝业研发有限公司 一种锂离子电容器用负极片及其制备方法
CN104795244A (zh) * 2015-03-27 2015-07-22 洛阳力容新能源科技有限公司 一种电容电池用负极材料、电容电池及其制备方法
CN105489841A (zh) * 2015-12-22 2016-04-13 中天储能科技有限公司 一种用于锂离子电池电极片预掺杂锂的方法
CN105590760A (zh) * 2015-12-29 2016-05-18 上海奥威科技开发有限公司 一种锂离子电容器负极新型预嵌锂方法
CN105702482A (zh) * 2014-11-27 2016-06-22 中国科学院大连化学物理研究所 一种高容量的电容器
CN110391093A (zh) * 2018-04-17 2019-10-29 福建新峰二维材料科技有限公司 一种钾基电池超级电容器混合装置及其制备方法
CN111261838A (zh) * 2020-03-25 2020-06-09 上海电气集团股份有限公司 一种氧化亚硅负极极片预锂化的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103021675A (zh) * 2012-12-30 2013-04-03 万裕三信电子(东莞)有限公司 锂离子电容器及其负极极片及制备方法
US20130181160A1 (en) * 2010-09-28 2013-07-18 Chemetall Gmbh Stabilized, pure lithium metal powder and method for producing the same
CN103943825A (zh) * 2014-04-24 2014-07-23 徐兆清 锂离子电池电极的锂元素补充方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130181160A1 (en) * 2010-09-28 2013-07-18 Chemetall Gmbh Stabilized, pure lithium metal powder and method for producing the same
CN103021675A (zh) * 2012-12-30 2013-04-03 万裕三信电子(东莞)有限公司 锂离子电容器及其负极极片及制备方法
CN103943825A (zh) * 2014-04-24 2014-07-23 徐兆清 锂离子电池电极的锂元素补充方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104409224A (zh) * 2013-11-28 2015-03-11 东莞市长安东阳光铝业研发有限公司 一种锂离子电容器用负极片及其制备方法
CN105702482A (zh) * 2014-11-27 2016-06-22 中国科学院大连化学物理研究所 一种高容量的电容器
CN104795244A (zh) * 2015-03-27 2015-07-22 洛阳力容新能源科技有限公司 一种电容电池用负极材料、电容电池及其制备方法
CN105489841A (zh) * 2015-12-22 2016-04-13 中天储能科技有限公司 一种用于锂离子电池电极片预掺杂锂的方法
CN105590760A (zh) * 2015-12-29 2016-05-18 上海奥威科技开发有限公司 一种锂离子电容器负极新型预嵌锂方法
CN110391093A (zh) * 2018-04-17 2019-10-29 福建新峰二维材料科技有限公司 一种钾基电池超级电容器混合装置及其制备方法
CN111261838A (zh) * 2020-03-25 2020-06-09 上海电气集团股份有限公司 一种氧化亚硅负极极片预锂化的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104157463A (zh) 负极片及其制备方法、锂离子超级电容器
CN103680972B (zh) 一种高能量高功率密度的锂离子超级电容器及其组装方法
CN104347880A (zh) 可快充的锂离子电池
KR20140025617A (ko) 축전 디바이스
CN104134818A (zh) 一种高比能量锂离子电池及其制备方法
CN103762089A (zh) 电极片及其制备方法、超级电容器
JP2012089825A (ja) リチウムイオンキャパシタ
JP2010108703A (ja) 蓄電素子用電極体および非水系リチウム型蓄電素子ならびに蓄電素子用電極体の製造方法
CN102881951A (zh) 具有高安全性的电容电池
CN103985563A (zh) 一种锂插层二氧化锰-氮化钛纳米管复合材料及其制备方法与应用
CN105552369A (zh) 利用模板法制备三维多孔铌酸钛氧化物的方法及其在锂离子电池中的应用
CN103855373A (zh) 五氧化二钒/石墨烯复合材料及其制备方法和应用
CN106158413A (zh) 锂离子电容器
CN102637529A (zh) 纳米碳化硅用于超级电容器电极材料
JP2010109080A (ja) 蓄電素子用電極体の製造方法および蓄電素子用電極体ならびに非水系リチウム型蓄電素子
Li et al. MnO2/carbon nanotube free-standing electrode recycled from spent manganese-oxygen battery as high-performance supercapacitor material
CN104934577B (zh) 嵌入石墨烯网络的介孔Li3VO4/C纳米椭球复合材料及其制备方法和应用
JP4697912B2 (ja) 二次電源用電極材料およびそれを用いた二次電源
CN106169375A (zh) 钛酸锂体系的锂离子电容器
JP2015088343A (ja) 非水電解液二次電池用正極活物質の製造方法。
CN102789907A (zh) 混合电容器
Wang et al. V2O3@ C Microspheres as the High-Performance Cathode Materials for Advanced Aqueous Zinc-Ion Storage
TW201618359A (zh) 鋰離子儲能元件及其製造方法
CN103474251A (zh) 一种有机电解液体系不对称电化学电容器及其制备方法
JP2012089823A (ja) リチウムイオンキャパシタ及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20141119