CN107731541A - 一种圆柱形高功率锂离子电容器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电容器技术领域，具体涉及一种圆柱形高功率锂离子电容器及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：制作正极片、制作负极片、制作电芯、封装和预嵌锂；其中，正极浆料包括含锂添加剂、正极活性材料、导电剂和粘结剂。本发明的制备方法首先利用空白集流体代替极耳，减小了极耳的发热，提高电流承载能力，然后通过向正极添加含锂添加剂，在高温条件下进行充电，低温条件下进行放电，实现对锂离子电容器的预嵌锂和活化，操作简单，预嵌锂效果好，安全性高。本发明的电容器通过采用空白集流体代替极耳，减小了集流体与引出极耳之间的接触内阻，减小了极耳的发热，提高了电流承载能力，功率高、性能稳定、使用寿命长。

Description

一种圆柱形高功率锂离子电容器及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电容器技术领域，具体涉及一种圆柱形高功率锂离子电容器及其制备方法。
背景技术
锂离子电容器(Li-ion Capacitor，LIC)，是一种介于双电层电容器和锂离子电池之间的新型储能器件。在设计上采用双电层电容器的原理；在构造上采用锂离子电池的负极材料与双电层电容器的正极材料的组合，同时又对负极进行预嵌锂，大大提高了器件的能量密度。它同时具有较高的功率密度和能量密度。在我国经济建设快速发展的今天，锂离子电容器的应用领域广泛，特别是在新兴能源领域如风力发电、电动汽车、发电工业设备等方面有着巨大的应用潜力。
锂离子电容器的商业化存在一些问题：第一，预嵌锂技术是公认的技术难点；在锂电容中，通过预嵌锂技术，不仅可以降低负极电势，使负极处于一个低而稳定的平台上，提高锂电容的循环稳定性，而且可以向体系中补锂，减少首次不可逆(形成SEI膜)和循环过程中锂的损失；目前，锂电容中常用的预嵌锂技术主要有负极电化学化成法和负极喷涂锂粉法，负极电化学化成法，就是让负极单独化成，待负极形成SEI膜后再与正极装配，实现预嵌锂，虽然这种方法可以保证SEI膜的形成效果实际相近，但是过程繁琐，操作复杂；负极喷涂锂粉法，就是在组装锂电容前，将金属锂粉滚压在负极上面，然后再通过化成，实现预嵌锂，但是，这种方法安全性差，对环境要求极高，此外，锂的分散不够均匀；第二，目前圆柱形锂离子电池中极耳的引出方式在一定程度限制了锂离子电池承载电流的大小，高功率的锂离子电容器要求更高的充放电电流，传统极耳会导致严重的发热，甚至造成安全事故。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，发明的目的之一在于提供一种圆柱形高功率锂离子电容器的制备方法，首先利用空白集流体代替极耳，减小了极耳的发热，提高电流承载能力，然后通过向正极添加含锂添加剂，经过高温充电，低温放电来实现预嵌锂，操作简单，安全性高。
本发明的目的之二在于提供一种圆柱形高功率锂离子电容器，通过空白集流体代替极耳，减小了集流体于引出极耳之间的接触内阻，减小了极耳的发热，提高了电流承载能力。
本发明的目的之一通过下述技术方案实现：一种圆柱形高功率锂离子电容器的制备方法，包括以下步骤：
(1)制作正极片：在正极集流体两面均涂覆正极浆料，在正极集流体沿宽度方向的一边设有两面没有涂覆正极浆料的区域形成空白正极集流体，得到正极片；
(2)制作负极片：在正极集流体两面均涂覆正极浆料，在负极集流体的沿宽度方向的一边设有两面没有涂覆负极浆料的区域形成空白负极集流体，得到负极片；
(3)制作电芯：取隔膜，并将隔膜与步骤(1)的正极片和步骤(2)的负极片卷绕形成圆柱形，得到两端分别设置有空白正极集流体和空白负极集流体的电芯；
(4)封装：将空白正极集流体与正极集流盘焊接，空白负极集流体与负极集流盘焊接，然后封装于外壳内，得到圆柱形锂离子电容器；
(5)预嵌锂：在30-60℃温度下对圆柱形锂离子电容器进行充电，再在-20-10℃温度下对圆柱形锂离子电容器进行放电，即得到圆柱形高功率锂离子电容器；
其中，正极浆料包括含锂添加剂、正极活性材料、导电剂和粘结剂。
将配好的正极浆料和负极浆料分别通过间歇式涂布方式涂布在正极集流体和负极集流体上，经干燥、轧膜和分切，得到沿宽度方向设有空白正极集流体的正极片和沿宽度方向设有空白负极集流体的负极片，将正极片、隔膜及负极片经卷绕得到圆柱形的电芯，卷绕时正极片的空白正极集流体与负极片的空白负极集流体分别位于电芯的两端，将电芯两端露出的多层空白集流体预先打平到与电芯的端部为同一平面，通过超声焊将多层打平的空白集流体焊接在一起，然后通过激光焊接至相应的集流盘；集流盘包括网格状的基体以及自基体向四周向同一侧延伸的侧弦，基体上设有中心孔和注液孔，并焊接导电极柱，步骤(4)中具体的封装过程为：将正极集流盘的导电极柱焊接在盖帽上，负极集流盘的导电极柱焊接在外壳上，然后进行辊槽、注液、封口得到密封的圆柱形锂离子电容器，负极导电极柱与外壳采用电阻焊，正极导电极柱与盖帽采用激光焊。本发明电容器为圆柱形，其上下底面分别为正、负极端面。
本发明的制备方法首先利用空白集流体代替极耳，减小了极耳的发热，提高电流承载能力，然后通过向正极添加含锂添加剂，在高温条件下进行充电，低温条件下进行放电，实现对锂离子电容器的预嵌锂和活化，操作简单，预嵌锂效果好，安全性高。
本发明中充电和放电的步骤包括：恒流充电、放电和恒压充电、放电中的一种或两种。
优选的，所述步骤(1)，含锂添加剂为Li2MnO3，LiMnO2，Li5FeO4和Li6CoO4的至少一种，所述含锂添加剂的质量为正极浆料的质量的2％-50％。
本发明采用的含锂添加剂具有以下特征：均为含锂金属氧化物，脱锂工作电势在2.5-4.7V，高容量低首效，在活化和预嵌锂过程中，利用高温下充电和低温下放电造成的低首效，将含锂添加剂中的锂离子不可逆地嵌入到负极材料中，实现对负极材料的预嵌锂。本发明通过采用以上含锂添加剂，并控制其添加量为正极浆料的质量的2％-50％，使本发明的含锂添加剂具有高容量、低首效，配合高温充电和低温放电，能够将大部分的锂离子不可逆的嵌入到负极材料中，此外脱锂后的金属氧化物能够增加正极的电容容量，提高整个电容器的能量密度，实现简单、安全、高效的预嵌锂，同时在预嵌锂之后，还会提高整个电容器的能量密度。另一优选的，含锂添加剂的添加量为正极浆料的质量的10％-30％。
优选的，对所述步骤(1)中的含锂添加剂进行球磨预处理，球磨时间为1-48h，含锂添加剂的比表面积为50-1000m2/g。
本发明通过对含锂添加剂进行球磨预处理，提高含锂添加剂的比表面积，增加了含锂添加剂的电容性，在活化和预嵌锂过程中，脱锂后的金属氧化物利用高的比表面积，增加了正极的电容容量，提高整个器件的能量密度。另一优选的，球磨时间为3-24h，含锂添加剂的比表面积为80-500m2/g。
优选的，所述步骤(1)中，正极集流体为铝箔，空白正极集流体的宽度为3-10mm；所述步骤(2)中，负极浆料包括负极活性材料、导电剂和粘结剂，负极集流体为铜箔，空白负极集流体的宽度为3-10mm。
本发明通过将空白正极集流体和空白负极集流体的宽度为3-10mm，用于焊接相应的集流盘，通过露出空白铝箔和铜箔的方式代替传统的极耳，减小了箔材与引出极耳间的接触内阻，减小了箔材与极耳处的发热，提高电容器电流的承载能力，使本发明电容器能够进行大电流充放电，使用更为安全。另一优选的，空白正极集流体和空白负极集流体的宽度为5-8mm。正极活性材料包括活性炭，负极活性材料为石墨，硬碳，软碳的至少一种。
正极浆料中，含锂添加剂的质量含量为2％-50％，正极活性材料的质量含量为50％-96％，导电剂的质量含量为0.5％-10％，粘结剂的质量含量为1.5％-10％。
负极浆料中，负极活性材料的质量含量为80％-98％，导电剂的质量含量为0.5％-10％，粘结剂的质量含量为1.5％-10％。
优选的，所述步骤(1)和步骤(2)中导电剂和粘结剂的总质量占正极浆料和负极浆料总质量的2％-20％。
本发明通过控制所述步骤(1)和步骤(2)中导电剂和粘结剂的总质量占正极浆料和负极浆料总质量的2％-20％，制得的电容器功率高，电容器的电流承载能力好，预嵌锂效果好。
优选的，所述步骤(4)中，将所述正极集流盘平放在空白正极集流体平面进行激光焊接，将所述负极集流盘平放在空白负极集流体平面进行激光焊接。
本发明通过将电芯两端露出的多层空白集流体预先打平到与电芯的端部为同一平面，然后通过激光焊接至相应的集流盘；使用空白集流体代替传统的引出极耳，减小了箔材与引出极耳间的接触内阻，减小了箔材与极耳处的发热，提高电容器电流的承载能力，使本发明电容器能够进行大电流充放电，使用更为安全。
优选的，所述步骤(5)中预嵌锂的具体步骤依次为：
A、首次充电：在30-60℃温度下，采用0.01-0.3C电流将圆柱形高功率锂离子电容器充电至电压为4.0-4.7V；
B、首次放电：在-20-10℃温度下，采用2.0-5.0C电流将圆柱形高功率锂离子电容器放电至电压为2.0-2.2V；
C、第二次充电：在30-60℃温度下，采用0.01-0.3C电流将圆柱形高功率锂离子电容器充电至电压为3.8-4.2V；
D、第二次放电：在-20-10℃温度下，采用2.0-5.0C电流将圆柱形高功率锂离子电容器放电至电压为2.0-2.2V，即得到圆柱形高功率锂离子电容器。
本发明中在首次充电过程中将本发明的电容器充到高电位下破坏正极中含锂添加剂的结构，形成较低的首次库伦效率，同时利用高温下充电和低温下放电造成的低首效，将含锂添加剂中的锂离子不可逆地嵌入到负极材料中，实现对负极材料的预嵌锂；然后经过在高温下第二次充电和低温下第二次放电，进一步将正极的锂离子嵌入到负极材料中，预嵌锂效果好，同时第二次充放电，也是小电流操作，主要起到活化电容器的作用，让电容器的稳定性更好。
优选的，所述步骤A中，采用0.01-0.1C电流将圆柱形高功率锂离子电容器充电至电压为3.2-3.8V，再采用0.01-0.1C电流将圆柱形高功率锂离子电容器充电至电压为4.0-4.7V。
在首次充电中，采用两步充电方式，在接近含锂添加剂的脱锂平台时，改用小电流充电，有利于负极形成稳定的SEI膜，SEI膜对负极材料会产生保护作用,使负极材料结构不容易破坏,增加电极材料的循环寿命。
另一优选的，用Li2MnO3，LiMnO2，Li5FeO4和Li6CoO4作为含锂添加剂时，首次充电至电压分别为：4.7V，4.5V，4.3V，4.5V。
另一优选的，Li2MnO3作为含锂添加剂时，首次充电步骤为：OCV-3.8V采用0.01-0.1C的电流充电，3.8-4.7V采用0.1-0.3C的电流充电。
另一优选的，LiMnO2作为含锂添加剂时，首次充电步骤为：OCV-3.7V采用0.01-0.1C的电流充电，3.7-4.5V采用0.1-0.3C的电流充电。
另一优选的，Li5FeO4作为含锂添加剂时，首次充电步骤为：OCV-3.2V采用0.01-0.1C的电流充电，3.2-4.3V采用0.1-0.3C的电流充电。
另一优选的，Li6CoO4作为含锂添加剂时，首次充电步骤为：OCV-3.8V采用0.01-0.1C的电流充电，3.8-4.3V采用0.1-0.3C的电流充电。
优选的，所述步骤(1)和步骤(2)中的正极活性材料与负极活性材料的质量比为0.5-4:1。
本发明中通过将正极浆料和负极浆料进行间歇式涂布，来优化正、负极活性材料的质量配比，进一步控制正极活性材料和负极活性材料的质量比为0.5-4:1，使本发明的电容器的功率高、稳定性好、预嵌锂效果好，使用寿命长。
本发明的目的之二通过下述技术方案实现：一种圆柱形高功率锂离子电容器，由所述的圆柱形高功率锂离子电容器的制备方法所制得，包括外壳和封装于所述外壳内的正极片、负极片、隔膜、正极集流盘和负极集流盘，所述正极片、隔膜和负极片卷绕形成圆柱形的电芯，所述电芯的正极和负极分别设置有空白正极集流体和空白负极集流体，所述空白正极集流体连接所述正极集流盘，所述空白负极集流体连接所述负极集流盘。
本发明的电容器通过采用空白集流体代替极耳，减小了集流体与引出极耳之间的接触内阻，减小了极耳的发热，提高了电流承载能力。
本发明的有益效果在于：本发明的制备方法首先利用空白集流体代替极耳，减小了极耳的发热，提高电流承载能力，然后通过向正极添加含锂添加剂，在高温条件下进行充电，低温条件下进行放电，实现对本发明的锂离子电容器的预嵌锂，同时对本发明的锂离子电容器进行活化，操作简单，安全性高。
本发明的电容器通过采用空白集流体代替极耳，减小了集流体与引出极耳之间的接触内阻，减小了极耳的发热，提高了电流承载能力，功率高、性能稳定、使用寿命长。
附图说明
图1是本发明实施例1的锂离子电容器的循环曲线；
图2是本发明实施例2的锂离子电容器的循环曲线；
图3是本发明实施例3的锂离子电容器的循环曲线；
图4是本发明实施例4的锂离子电容器的循环曲线；
图5是本发明实施例5的锂离子电容器的循环曲线；
图6是本发明的锂离子电容器的结构示意图；
图7是本发明的电芯的结构示意图。
附图标记为：1、钢壳；2、盖帽；3、正极集流盘；4、负极集流盘；5、正极片；51、空白正极集流体；6、负极片；61、空白负极集流体；7、隔膜；8、正极导电极柱；9、负极导电极柱。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1-7对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
本实施中锂离子电容器的外形为圆柱形，外壳为镀镍钢壳，直径21mm，高度为70mm。
将LiMnO2材料球磨10h，得到球磨后的LiMnO2材料，其比表面为120-180m2/g；将活性炭(96wt％)、球磨后的LiMnO2(2wt％)、导电炭黑(0.5wt％)和PVDF(1.5wt％)混合均匀配制成正极浆料，把正极浆料通过间歇式涂布均匀涂覆在厚度为0.016mm的铝箔的两面，涂料宽度为62.5mm，铝箔一边留5mm不涂料，通过对辊、分条，将涂料的铝箔裁切为长1196mm，宽67.5mm的正极片。
将石墨(90wt％)、导电炭黑(5wt％)和PVDF(5wt％)混合均匀配制成负极浆料，把负极浆料通过间歇式涂布均匀涂覆在厚度为0.012mm的铜箔的两面，涂料宽度为64mm，铜箔一边留5mm不涂料，通过对辊、分条，将涂料的铜箔裁切为长1282mm，宽69mm的负极片。
正极活性材料和负极活性材料的质量比为1.5：1。
将正极片、隔膜和负极片卷绕得到圆柱形的电芯，卷绕时正极露出铝箔的一端和负极露出铜箔的一端反方向放置，使得电芯高度方向一端露出铝箔，一端露出铜箔。
将电芯露出的铝箔和铜箔分别焊接在直径为20.5mm的圆形正极集流盘和负极集流盘上，正极集流盘材质为铝材，负极集流盘材质为铜材。
将电芯露出铝箔的一端朝上放入钢壳，将底部负极集流盘焊接在钢壳底部，注液后，将正极集流盘焊接在盖帽上，随后进行滚槽封口，得到圆柱形锂离子电容器。
本实施例中圆柱形锂离子电容器的预嵌锂及活化步骤为：
循环 机制 电流 电压范围 环境温度
首次充电的第一步充电 恒流充电 0.01C OCV-3.7V 40℃
首次充电的第二步充电 恒流、恒压充电 0.1C 3.7-4.5V 40℃
首次放电 恒流放电 2.0C 4.5-2.2V 10℃
第二次充电 恒流充电 0.01C 2.2-4.0V 40℃
第二次放电 恒流放电 5.0C 4.0-2.2V 10℃
如图1所示，将活化之后的锂离子电容器在5.0C的电流下，2.0-4.0V的电压下循环108次后的能量密度达到26.1Wh/kg。
实施例2
本实施例锂离子电容器的外形为圆柱形，电池外壳为镀镍钢壳，直径21mm，高度为70mm。
将Li5FeO4材料球磨1h，得到球磨后的Li5FeO4材料，比表面积达到50-80m2/g；将活性炭(85wt％)、Li5FeO4(5wt％)、导电炭黑(5wt％)和PVDF(5wt％)混合均匀配制成正极浆料，把正极浆料通过间歇式涂布均匀涂覆在厚度为0.016mm的铝箔的两面，涂料宽度为62.5mm，铝箔一边留10mm不涂料，通过对辊、分条，将涂料的铝箔裁切为长1196mm，宽72.5mm的正极片。
将石墨(80wt％)、导电炭黑(10wt％)和PVDF(10wt％)混合均匀配制成负极浆料，把负极浆料通过间歇式涂布均匀涂覆在厚度为0.012mm的铜箔的两面，涂料宽度为64mm，铜箔一边留3mm不涂料，通过对辊、分条，将涂料的铜箔裁切为长1282mm，宽67mm的负极片。
正极活性材料与负极活性材料的质量比为4∶1。
将正极片、隔膜和负极片卷绕得到圆柱形电芯，卷绕时正极露出铝箔的一端和负极露出铜箔的一端反方向放置，使得电芯的高度方向一端露出铝箔，一端露出铜箔。
将电芯露出的铝箔和铜箔分别焊接在直径为20.5mm的圆形正极集流盘和负极集流盘上，正极集流盘材质为铝材，负极集流盘材质为铜材。
将电芯露出铝箔的一端朝上放入钢壳，将底部负极集流盘焊接在钢壳底部，注液后，将正极集流盘焊接在盖帽上，随后进行滚槽封口，得到圆柱形锂离子电容器。
本实施例中锂离子电容器的预嵌锂及活化步骤为：
循环 机制 电流 电压范围 环境温度
首次充电的第一步充电 恒流、恒压充电 0.1C OCV-3.2V 50℃
养次充电的第二步充电 恒流充电 0.2C 3.2-4.3V 50℃
首次放电 恒流放电 5.0C 4.3-2.1V 0℃
第二次充电 恒流充电 0.01C 2.1-4.0V 50℃
第二次放电 恒流放电 2.0C 4.0-2.1V 0℃
如图2所示，将活化之后的锂离子电容器在10.0C的倍率下，2.0-4.0V的电压范围内循环300次后的能量密度达到45Wh/kg。
实施例3
本实施例的锂离子电容器的外形为圆柱形，电池外壳为镀镍钢壳，直径21mm，高度为70mm。
将Li2MnO3材料球磨15h，得到球磨后的Li2MnO3材料，材料的比表面积达到200-250m2/g；将活性炭(55wt％)、球磨后的Li2MnO3(25wt％)、导电炭黑(10wt％)和PVDF(10wt％)混合均匀配制成正极浆料，把正极浆料通过间歇式涂布均匀涂覆在厚度为0.016mm的铝箔的两面，涂料宽度为62.5mm，铝箔一边留3mm不涂料，通过对辊、分条，将涂料的铝箔裁切为长1196mm，宽65.5mm的正极片。
将石墨烯(90wt％)、导电炭黑(5wt％)和PVDF(5wt％)混合均匀配制成负极浆料，把负极浆料通过间歇式涂布均匀涂覆在厚度为0.012mm的铜箔上，涂料宽度为64mm，铜箔一边留3mm不涂料，通过对辊、分条，将涂料的铜箔裁切为长1282mm，宽67mm的负极片。
正极活性材料与负极活性材料的质量比为1∶2。
将正极片、隔膜和负极片卷绕得到圆柱形电芯，卷绕时正极露出铝箔的一端和负极露出铜箔的一端反方向放置，使得电芯的高度方向一端露出铝箔，一端露出铜箔。
将电芯露出的铝箔和铜箔分别焊接在直径为20.5mm的圆形正极集流盘和负极集流盘上，正极集流盘材质为铝材，负极集流盘材质为铜材。
将电芯露出铝箔的一端朝上放入钢壳，将底部负极集流盘焊接在钢壳底部，注液后，将正极集流盘焊接在盖帽上，随后进行滚槽封口，得到圆柱形锂离子电容器。
本实施例的锂离子电容器的预嵌锂及活化的步骤为：
循环 机制 电流 电压范围 环境温度
首次充电的第一步充电 恒流充电 0.05C OCV-3.8V 60℃
首次充电的第二步充电 恒流恒压充电 0.1C 3.8-4.7V 60℃
首次放电 恒流放电 3.0C 4.7-2.0V 0℃
第二次充电 恒流充电 0.3C 2.0-4.0V 60℃
第二次放电 恒流放电 4.0C 4.0-2.0V 0℃
如图3所示，将活化之后的锂离子电容器在20.0C的电流下，2.0-4.0V的电压范围内循环500次后的能量密度为12Wh/kg。
实施例4
本实施例中锂离子顶容器的外形为圆柱形，电池外壳为镀镍钢壳，直径21mm，高度为70mm。
将Li6CoO4材料球磨24h，得到球磨后的Li6CoO4材料，材料的比表面积达到400-500m2/g；将活性炭(70wt％)、球磨后的Li6CoO4(15wt％)、导电炭黑(10wt％)和PVDF(5wt％)混合均匀配制成正极浆料，把正极浆料通过间歇式涂布均匀涂覆在厚度为0.016mm的铝箔的两面，涂料宽度为62.5mm，铝箔一边留8mm不涂料，通过对辊、分条，将涂料的铝箔裁切为长1196mm，宽70.5mm的正极片。
将硬碳(98wt％)、导电炭黑(0.5wt％)和PVDF(1.5wt％)混合均匀配制成负极浆料，把负极浆料通过间歇式涂布均匀涂覆在厚度为0.012mm的铜箔的两面，涂料宽度为64mm，铜箔一边留10mm不涂料，通过对辊、分条，将涂料的铜箔裁切为长1282mm，宽74mm的负极片。
正极活性材料与负极活性材料的质量比为3：1。
将正极片、隔膜和负极片卷绕得到圆柱形电芯，卷绕时正极露出铝箔的一端和负极露出铜箔的一端反方向放置，使得电芯的高度方向一端露出铝箔，一端露出铜箔。
将电芯露出的铝箔和铜箔分别焊接在直径为20.5mm的圆形正极集流盘和负极集流盘上，正极集流盘材质为铝材，负极集流盘材质为铜材。
将电芯露出铝箔的一端朝上放入钢壳，将底部负极集流盘焊接在钢壳底部，注液后，将正极集流盘焊接在盖帽上，随后进行滚槽封口，得到圆柱形锂离子电容器。
本实施例的锂离子电容器的预嵌锂及活化的步骤为：
循环 机制 电流 电压范围 环境温度
首次充电的第一步充电 恒流、恒压充电 0.08C OCV-3.8V 60℃
首次充电的第二步充电 恒流、恒压充电 0.3C 3.8-4.3V 60℃
首次放电 恒流放电 4.0C 4.3-2.0V -10℃
第二次充电 恒流充电 0.1C 2.0-4.2V 60℃
第二次放电 恒流放电 2.0C 4.2-2.2V -10℃
如图4所示，将活化之后的锂离子电容器在30.0C的电流下，2.0-4.0V的电压范围内循环480次后的能量密度达到36Wh/kg。
实施例5
本实施例的锂离子电容器外形为圆柱形，电池外壳为镀镍钢壳，直径21mm，高度为70mm。
将LiMnO2和Li5FeO4材料分别球磨48h，得到球磨后的两种材料的比表面积达到900-1000m2/g。将活性炭(40wt％)、球磨后的LiMnO2(25wt％)，Li5FeO4(25wt％)导电炭黑(5wt％)和PVDF(5wt％)混合均匀配制成正极浆料，把正极浆料通过间歇式涂布均匀涂覆在厚度为0.016mm的铝箔上，涂料宽度为62.5mm，铝箔一边留5mm不涂料，通过对辊、分条，将涂料的铝箔裁切为长1196mm，宽67.5mm的正极片。
将软碳(90wt％)、导电炭黑(5wt％)和PVDF(5wt％)混合均匀配制成负极浆料，把负极浆料通过间歇式涂布均匀涂覆在0.012mm的铜箔上，涂料宽度为64mm，铜箔一边留5mm不涂料，通过对辊、分条，将涂料的铜箔裁切为长1282mm，宽69mm的负极片。
正极活性材料与负极活性材料的质量比为1∶2。
将正极片、负极片和隔膜卷绕得到圆柱形卷芯，卷绕时正极露出铝箔的一端
和负极露出铜箔的一端反方向放置，使得卷芯高度方向一端露出铝箔，一端
露出铜箔。
将正极片、隔膜和负极片卷绕得到圆柱形电芯，卷绕时正极露出铝箔的一端和负极露出铜箔的一端反方向放置，使得电芯的高度方向一端露出铝箔，一端露出铜箔。
将电芯露出的铝箔和铜箔分别焊接在直径为20.5mm的圆形正极集流盘和负极集流盘上，正极集流盘材质为铝材，负极集流盘材质为铜材。
将电芯露出铝箔的一端朝上放入钢壳，将底部负极集流盘焊接在钢壳底部，注液后，将正极集流盘焊接在盖帽上，随后进行滚槽封口，得到圆柱形锂离子电容器。
本实施例的锂离子电容器的预嵌锂及活化的步骤为：
循环 机制 电流 电压范围 环境温度
首次充电的第一步充电 恒流充电 0.05C OCV-3.45V 30℃
首次充电的第二步充电 恒流充电 0.2C 3.45-4.0V 30℃
首次放电 恒流放电 3.0C 4.0-2.0V -20℃
第二次充电 恒流充电 0.3C 2.0-3.8V 30℃
第二次放电 恒流放电 3.0C 3.8-2.0V -20℃
如图5所示，将活化之后的锂离子电容器在10.0C的电流下，2.0-4.0V的电压范围内循环300次后的能量密度为11Wh/kg。
实施例6
如图6-7所示，本实施例涉及一种圆柱形高功率锂离子电容器，包括外壳和封装于所述外壳内的正极片5、负极片6和隔膜7，所述正极片5、隔膜7和负极片6卷绕形成圆柱形的电芯，所述电芯的两端分别设置有空白正极集流体51和空白负极集流体61。
所述正极集流体为铝箔，所述负极集流体为铜箔。
所述正极集流体的两面均涂覆有正极浆料层形成正极片5，所述正极集流体沿宽度方向的一边设有两面没有涂覆正极活性材料区域形成空白正极集流体51；所述负极集流体的两面均涂覆有负极浆料层形成负极片6，所述负极集流体沿宽度方向的一边设有两面没有涂覆负极活性材料的区域形成空白负极集流体61。
所述空白正极集流体51的宽度为3-10mm，所述空白负极集流体61的宽度为3-10mm。所述空白正极集流体51与正极集流盘3焊接，所述空白负极集流体61与负极集流盘4焊接。
所述正极集流盘3焊接有正极导电极柱8，所述负极集流盘4焊接有负极导电极柱9。所述外壳包括盖帽2和钢壳1，所述正极导电极柱8与所述盖帽2焊接，所述负极导电极柱9与所述钢壳1焊接。
所述正极片5的厚度为0.15mm，长度为1196mm，宽度为65.5mm，所述负极片6的厚度为0.18mm，长度为1282mm，宽度为67mm，外壳为镀镍钢壳1，直径21mm，高度为70mm。
所述正极集流盘3为铝集流盘，所述负极集流盘4为铜集流盘或镍集流盘。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种圆柱形高功率锂离子电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制作正极片：在正极集流体两面均涂覆正极浆料，在正极集流体沿宽度方向的一边设有两面没有涂覆正极浆料的区域形成空白正极集流体，得到正极片；
(2)制作负极片：在负极集流体两面均涂覆负极浆料，在负极集流体的沿宽度方向的一边设有两面没有涂覆负极浆料的区域形成空白负极集流体，得到负极片；
(3)制作电芯：取隔膜，并将隔膜与步骤(1)的正极片和步骤(2)的负极片卷绕形成圆柱形，得到两端分别设置有空白正极集流体和空白负极集流体的电芯；
(4)封装：将空白正极集流体与正极集流盘焊接，空白负极集流体与负极集流盘焊接，然后封装于外壳内，得到圆柱形锂离子电容器；
(5)预嵌锂：在30-60℃温度下对圆柱形锂离子电容器进行充电，再在-20-10℃温度下对圆柱形锂离子电容器进行放电，即得到圆柱形高功率锂离子电容器；
其中，正极浆料包括含锂添加剂、正极活性材料、导电剂和粘结剂。
2.根据权利要求1所述的圆柱形高功率锂离子电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)，含锂添加剂为Li2MnO3，LiMnO2，Li5FeO4和Li6CoO4的至少一种，所述含锂添加剂的质量为正极浆料的质量的2％-50％。
3.根据权利要求1所述的圆柱形高功率锂离子电容器的制备方法，其特征在于：对所述步骤(1)中的含锂添加剂进行球磨预处理，球磨时间为1-48h，含锂添加剂的比表面积为50-1000m2/g。
4.根据权利要求1所述的圆柱形高功率锂离子电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，正极集流体为铝箔，空白正极集流体的宽度为3-10mm；所述步骤(2)中，负极浆料包括负极活性材料、导电剂和粘结剂，负极集流体为铜箔，空白负极集流体的宽度为3-10mm。
5.根据权利要求4所述的圆柱形高功率锂离子电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和步骤(2)中导电剂和粘结剂的总质量占正极浆料和负极浆料总质量的2％-20％。
6.根据权利要求4所述的圆柱形高功率锂离子电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，将所述正极集流盘平放在空白正极集流体平面进行激光焊接，将所述负极集流盘平放在空白负极集流体平面进行激光焊接。
7.根据权利要求1所述的圆柱形高功率锂离子电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中预嵌锂的具体步骤依次为：
A、首次充电：在30-60℃温度下，采用0.01-0.3C电流将圆柱形高功率锂离子电容器充电至电压为4.0-4.7V；
B、首次放电：在-20-10℃温度下，采用2.0-5.0C电流将圆柱形高功率锂离子电容器放电至电压为2.0-2.2V；
C、第二次充电：在30-60℃温度下，采用0.01-0.3C电流将圆柱形高功率锂离子电容器充电至电压为3.8-4.2V；
D、第二次放电：在-20-10℃温度下，采用2.0-5.0C电流将圆柱形高功率锂离子电容器放电至电压为2.0-2.2V，即得到圆柱形高功率锂离子电容器。
8.根据权利要求7所述的圆柱形高功率锂离子电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，采用0.01-0.1C电流将圆柱形高功率锂离子电容器充电至电压为3.2-3.8V，再采用0.1-0.3C电流将圆柱形高功率锂离子电容器充电至电压为4.0-4.7V。
9.根据权利要求1所述的圆柱形高功率锂离子电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和步骤(2)中的正极活性材料与负极活性材料的质量比为0.5-4:1。
10.一种圆柱形高功率锂离子电容器，其特征在于：由权利要求1-9任一项所述的圆柱形高功率锂离子电容器的制备方法所制得，包括外壳和封装于所述外壳内的正极片、负极片、隔膜、正极集流盘和负极集流盘，所述正极片、隔膜和负极片卷绕形成圆柱形的电芯，所述电芯的正极和负极分别设置有空白正极集流体和空白负极集流体，所述空白正极集流体连接所述正极集流盘，所述空白负极集流体连接所述负极集流盘。
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