CN104599859A - 锂离子电容器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电容器及其制作方法，该锂离子电容器由正极、负极、隔膜和电解质组成，所述正极连接正极片，所述负极连接负极片，所述正极片、负极片中的至少一种电极片同时含有超级电容器电极活性材料和锂离子电池电极活性材料，所述电极片由集流体和覆盖于集流体表面包含电极活性材料的电极活性层构成，所述超级电容器电极活性材料至少包含导电聚合物。本发明具有高能量密度、高功率密度的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电容器及其制作方法。
背景技术
超级电容器具有比锂离子电池高的功率密度，能够快速充放电，超级电容器的应用广泛，可以辅助电池作为新能源汽车的动力系统，与电池配合作为无线传输领域的电源系统，单独用于太阳能或风能发电的储能系统，或者用于军事等领域。但超级电容器的能量密度远不及锂离子电池，限制了其应用。目前将超级电容器与锂离子电池配合使用，利用了锂离子电池的高能量密度和超级电容器的高功率密度的优点，这种方式比较简单，但体积大、重量大。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高能量密度、高功率密度的锂离子电容器及其制作方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案一是：一种锂离子电容器，由正极、负极、隔膜和电解质组成，所述正极连接正极片，所述负极连接负极片，所述正极片、负极片中的至少一种电极片同时含有超级电容器电极活性材料和锂离子电池电极活性材料，所述电极片由集流体和覆盖于集流体表面包含电极活性材料的电极活性层构成，所述超级电容器电极活性材料至少包含导电聚合物。
进一步地，所述超级电容器电极活性材料和锂离子电池电极活性材料同时包含于同一集流体表面的同一电极活性层，或者分别包含于同一集流体表面的不同电极活性层，或者分别包含于不同集流体表面的电极活性层。
进一步地，所述超级电容器电极活性材料中的导电聚合物为聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚苯乙烯及其衍生物、聚吡啶及其衍生物、聚对苯及其衍生物、聚喹啉及其衍生物中的至少一种。
进一步地，所述超级电容器电极活性材料还包含碳、石墨烯、金属氧化物中的至少一种，所述碳为活性炭、纳米碳、碳凝胶、碳纤维、软碳、硬碳、石墨中的至少一种，所述金属氧化物为锰、钌、钴、镍、钒的氧化物中的至少一种。
进一步地，所述锂离子电池电极活性材料为锂化合物、碳、石墨烯中的至少一种，所述锂化合物为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、锂镍钴锰氧、锂镍钴氧、锂镍锰氧、钛酸锂、镍酸锂、钒酸锂、硅酸铁锂中的至少一种，所述碳为活性炭、纳米碳、碳凝胶、碳纤维、软碳、硬碳、石墨中的至少一种。
进一步地，所述电极活性材料还掺杂锂。
进一步地，所述电解质为液态电解质或固态电解质，所述液态电解质为水系电解液、有机体系电解液、离子液体电解液中的至少一种，所述固态电解质为无机固态电解质、凝胶固态电解质、有机固态电解质中的至少一种。
进一步地，所述锂离子电容器还包含多个正极片和负极片，多个正极片和负极片之间以串联、并联中的至少一种方式连接。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案二是：一种锂离子电容器的制作方法，按以下步骤进行：
（1）正极片的制备：在正极集流体表面覆盖至少一层包含正极活性材料的正极活性层，制成正极片；
（2）正极的连接：将正极片的正极集流体与正极连接；
（3）负极片的制备：在负极集流体表面覆盖至少一层包含负极活性材料的负极活性层，制成负极片；
（4）负极的连接：将负极片的负极集流体与负极连接；
（5）封装：在正极片与负极片之间设置隔膜，添加电解质，多组极片以串联、并联中的至少一种方式组装并封装成锂离子电容器；
所述正极片、负极片中的至少一种电极片同时含有超级电容器电极活性材料和锂离子电池电极活性材料，所述超级电容器电极活性材料至少包含导电聚合物。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该锂离子电容器具有高能量密度、高功率密度的优点。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例2的结构示意图。
图中：1-正极集流体，2-第一正极活性层，12-第二正极活性层，3-正极片，4-负极集流体，5-第一负极活性层，15-第二负极活性层，6-负极片，7-隔膜，8-电解质，9-正极，10-负极。
具体实施方式
如图1~2所示，一种锂离子电容器，由正极9、负极10、隔膜7和电解质8组成，所述正极9连接正极片3，所述负极10连接负极片6，所述正极片3、负极片6中的至少一种电极片同时含有超级电容器电极活性材料和锂离子电池电极活性材料，所述电极片由集流体和覆盖于集流体表面包含电极活性材料的电极活性层构成，所述超级电容器电极活性材料至少包含导电聚合物。
在本发明中，所述超级电容器电极活性材料和锂离子电池电极活性材料可以同时包含于同一集流体表面的同一电极活性层，所述超级电容器电极活性材料和锂离子电池电极活性材料也可以分别包含于同一集流体表面的不同电极活性层，所述超级电容器电极活性材料和锂离子电池电极活性材料也可以分别包含于不同集流体表面的电极活性层。
在本发明中，所述超级电容器电极活性材料中的导电聚合物为聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚苯乙烯及其衍生物、聚吡啶及其衍生物、聚对苯及其衍生物、聚喹啉及其衍生物中的至少一种。所述超级电容器电极活性材料还包含碳、石墨烯、金属氧化物中的至少一种，所述碳为活性炭、纳米碳、碳凝胶、碳纤维、软碳、硬碳、石墨中的至少一种，所述金属氧化物为锰、钌、钴、镍、钒的氧化物中的至少一种。
本发明是通过涂布、喷涂、浸渍、印刷、打印、化学反应、电化学反应、热反应或溅射沉积方式，在正极集流体1和负极集流体4表面分别覆盖正极活性层和负极活性层。所述集流体为铝、铜、镍、钽、钛、铅、不锈钢、碳、石墨、导电聚合物、石墨烯中的至少一种的箔、网或块。
在本发明中，所述锂离子电池电极活性材料为锂化合物、碳、石墨烯中的至少一种，所述锂化合物为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、锂镍钴锰氧、锂镍钴氧、锂镍锰氧、钛酸锂、镍酸锂、钒酸锂、硅酸铁锂中的至少一种，所述碳为活性炭、纳米碳、碳凝胶、碳纤维、软碳、硬碳、石墨中的至少一种。
在本发明中，所述电极活性材料还可以掺杂锂。
在本发明中，所述电解质8为液态电解质或固态电解质，所述液态电解质为水系电解液、有机体系电解液、离子液体电解液中的至少一种，所述固态电解质为无机固态电解质、凝胶固态电解质、有机固态电解质中的至少一种。
本发明中，所述锂离子电容器还包含多个正极片和负极片，多个正极片和负极片之间以串联、并联中的至少一种方式连接。
在本发明中，该锂离子电容器的制作方法，按以下步骤进行：
（1）正极片3的制备：在正极集流体1表面覆盖至少一层包含正极活性材料的正极活性层，制成正极片3；
（2）正极9的连接：将正极片3的正极集流体1与正极9连接；
（3）负极片6的制备：在负极集流体4表面覆盖至少一层包含负极活性材料的负极活性层，制成负极片6；
（4）负极10的连接：将负极片6的负极集流体4与负极10连接；
（5）封装：在正极片3与负极片6之间设置隔膜7，添加电解质8，多组极片以串联、并联中的至少一种方式组装并封装成锂离子电容器；
所述正极片、负极片中的至少一种电极片同时含有超级电容器电极活性材料和锂离子电池电极活性材料，所述超级电容器电极活性材料至少包含导电聚合物。
在步骤（5）中，所述隔膜7可防止正极片与负极片直接接触而短路，但允许离子的传导。所述隔膜7为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜、聚丙烯聚乙烯复合膜、无机陶瓷膜、纸隔膜、无纺布隔膜中的至少一种。
在步骤（5）中，所述锂离子电容器内部的电极片以叠层、卷绕等方式组装成片状、方形、扣式、圆柱状中的任一种，也可以组装成不规则形状。
实施例1：如图1所示，所述正极集流体1为铝箔，表面覆盖包含导电聚吡咯和钴酸锂的第一正极活性层2，制作成正极片3，正极集流体1与正极9连接。所述负极集流体4为铜箔，表面覆盖包含活性炭和石墨的第一负极活性层5，制作成负极片6，负极集流体4与负极10连接。正极片3与负极片6之间插入隔膜7，添加电解质8，卷绕并封装，制作成圆柱状锂离子电容器，性能如表1所示。
对比例1：超级电容器正极片的正极集流体为铝箔，表面覆盖包含活性炭的正极活性层，制作成超级电容器正极片；超级电容器负极片的负极集流体为铝箔，表面覆盖包含活性碳的负极活性层，制作成超级电容器负极片；超级电容器正极片的正极集流体与正极连接，超级电容器负极片的负极集流体与负极连接，超级电容器正极片与超级电容器负极片之间设置隔膜，添加电解质，卷绕并封装，制作成圆柱状超级电容器，性能如表1所示。
实施例2：如图2所示，所述正极集流体1为铝箔，表面覆盖包含导电聚乙撑二氧噻吩的第一正极活性层2，表面再覆盖包含磷酸铁锂的第二正极活性层12，制作成正极片3，正极集流体1与正极9连接。所述负极集流体4为铜箔，表面覆盖包含活性炭第一负极活性层5，表面再覆盖包含石墨的第二负极活性层15，制作成负极片6，负极集流体4与负极10连接。正极片3与负极片6之间插入隔膜7，添加电解质8，叠片并封装，制作成片状锂离子电容器，性能如表1所示。
对比例2：所述正极集流体为铝箔，表面覆盖包含钴酸锂的正极活性层，制作成正极片，正极集流体与正极连接。所述负极集流体为铜箔，表面覆盖包含石墨的负极活性层，制作成负极片，负极集流体与负极连接。正极片与负极片之间插入隔膜，添加电解质，叠片并封装，制作成片状锂离子电池，性能如表1所示。
本发明实施例1，2中制备的锂离子电容器的能量密度较对比例1常规方法制备的超级电容器明显高，功率密度比对比例2常规方法制备的锂离子电池明显高。
实施例3：与实施例2不同的是，第一正极活性层2包含导电聚乙撑二氧噻吩和二氧化锰。
实施例4：与实施例2不同的是，第一正极活性层2包含导电聚苯胺和石墨烯。
实施例5：与实施例2不同的是，第一正极活性层2包含掺杂锂的导电聚吡咯。
实施例6：与实施例2不同的是，第二正极活性层12包含钛酸锂。
实施例7：与实施例2不同的是，第二负极活性层15包含预掺杂锂的软碳。
实施例3~7的数据如表2所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种锂离子电容器，由正极、负极、隔膜和电解质组成，其特征在于：所述正极连接正极片，所述负极连接负极片，所述正极片、负极片中的至少一种电极片同时含有超级电容器电极活性材料和锂离子电池电极活性材料，所述电极片由集流体和覆盖于集流体表面包含电极活性材料的电极活性层构成，所述超级电容器电极活性材料至少包含导电聚合物。
2.根据权利要求1所述的锂离子电容器，其特征在于：所述超级电容器电极活性材料和锂离子电池电极活性材料同时包含于同一集流体表面的同一电极活性层，或者分别包含于同一集流体表面的不同电极活性层，或者分别包含于不同集流体表面的电极活性层。
3.根据权利要求1所述的锂离子电容器，其特征在于：所述超级电容器电极活性材料中的导电聚合物为聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚苯乙烯及其衍生物、聚吡啶及其衍生物、聚对苯及其衍生物、聚喹啉及其衍生物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的锂离子电容器，其特征在于：所述超级电容器电极活性材料还包含碳、石墨烯、金属氧化物中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的锂离子电容器，其特征在于：所述超级电容器电极活性材料的碳为活性炭、纳米碳、碳凝胶、碳纤维、软碳、硬碳、石墨中的至少一种，所述金属氧化物为锰、钌、钴、镍、钒的氧化物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的锂离子电容器，其特征在于：所述锂离子电池电极活性材料为锂化合物、碳、石墨烯中的至少一种。
7. 根据权利要求6所述的锂离子电容器，其特征在于：所述锂离子电池电极活性材料中的锂化合物为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、锂镍钴锰氧、锂镍钴氧、锂镍锰氧、钛酸锂、镍酸锂、钒酸锂、硅酸铁锂中的至少一种，所述锂离子电池电极活性材料中的碳为活性炭、纳米碳、碳凝胶、碳纤维、软碳、硬碳、石墨中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的锂离子电容器，其特征在于：所述电极活性材料还掺杂锂。
9.根据权利要求1所述的锂离子电容器，其特征在于：所述锂离子电容器还包含多个正极片和负极片，多个正极片和负极片之间以串联、并联中的至少一种方式连接。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的锂离子电容器的制作方法，其特征在于，按以下步骤进行：
（1）正极片的制备：在正极集流体表面覆盖至少一层包含正极活性材料的正极活性层，制成正极片；
（2）正极的连接：将正极片的正极集流体与正极连接；
（3）负极片的制备：在负极集流体表面覆盖至少一层包含负极活性材料的负极活性层，制成负极片；
（4）负极的连接：将负极片的负极集流体与负极连接；
（5）封装：在正极片与负极片之间设置隔膜，添加电解质，多组极片以串联、并联中的至少一种方式组装并封装成锂离子电容器；
所述正极片、负极片中的至少一种电极片同时含有超级电容器电极活性材料和锂离子电池电极活性材料，所述超级电容器电极活性材料至少包含导电聚合物。
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