CN1860568B - 有机电解质电容器 - Google Patents

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Abstract

因为存在这样的问题，电解质溶液导电率低，以及负极中锂离子的吸收和释放反应速度慢，所以很难在高电流密度下放电。但是，把已充电状态的有机电解质电容器经过1±0.25小时，放电到充电电压的一半时的电池单元容量记为a(mAh)，把已充电状态的负极放电到1.5V(Li/Li+)时的负极容量记为b(mAh)，然后通过控制正极活性材料和负极活性材料的比例使之满足0.05≤a/b≤0.3，就可以获得一种内电阻小、在充电和放电过程中内电阻变化很小、并且具有高输出密度的高性能有机电解质电容器，其中锂离子可以容易地移动。

Description

有机电解质电容器
技术领域
本发明涉及一种具有高能量密度和高功率密度的有机电解质电容器。
背景技术
近年来，因为以导电聚合物、过渡金属氧化物等作为正极，并以金属锂或锂合金作为负极的可充电电池具有高能量密度，所以人们提出用这种可充电电池替代镍-铬(Ni-Cd)电池和铅-酸电池。
然而，这些可充电电池在重复充电和放电时，由于正极或负极劣化，会使其容量明显降低，并且在投入实际使用之前还有这样的问题需要解决。尤其是，负极的劣化会伴随生成针状金属锂，称之为树枝晶，当电池重复充电和放电时，最终树枝晶会穿透隔板。这会导致电池内短路，或者在某些情况下引发电池爆炸。因此，可充电电池也具有安全问题。
为了解决上述问题，人们提出使用以碳材料例如石墨作为负极，并以含锂金属氧化物例如LiCoO2作为正极的电池。这种电池被称为“摇椅电池”，其中在组装成电池后，通过充电，锂离子由构成正极的含锂金属氧化物提供给负极，进一步，通过放电，锂离子又从负极回到正极。因为该电池在负极中不使用金属锂，而仅仅是锂离子参与充电和放电，所以，把这种电池称作锂离子可充电电池，以与使用金属锂的锂电池相区别。这种电池具有高电压和高容量的特征。
近年来，因为环境问题引人关注，所以人们正积极开发由光能发电和风力发电所产生的清洁能源的储能系统、使电力负载均衡的分散式电源以及将取代汽油动力车辆的电动车或混合式电动车所用的电源(主要电源和辅助电源)。
人们一直使用铅-酸电池作为车辆上电子设备的电源。但是，现在的车辆普遍安装了电动窗和涉及信息技术(IT)的设备，这类设备需要一种具有高能量密度和高输出密度的新型电源。
作为这类电能储存装置或驱动电源，上述锂离子可充电电池和双电层电容器备受关注。然而，虽然锂离子电池确实具有高能量密度，但在输出特性、安全性和循环寿命方面仍存在问题。
另一方面，双电层电容器是一种广泛使用的电子器件，用作集成电路(IC)和大规模集成电路(LSI)的存储备份电源。虽然双电层电容器一次充电的放电容量小于电池一次充电的放电容量，但双电层电容器具有优良的瞬间充电/放电特性，可以经受数万次或更多次的充电/放电循环。这种高能量和免维护的特性是锂离子电池和镍金属氢化物电池所缺乏的。
尽管双电层电容器具有以上优点，但典型双电层电容器的能量密度约为3～4Wh/l，其能量密度比锂离子电池的能量密度要小大约两个数量级。因此，作为需要高能量密度的驱动电源例如在电动车上使用时，双电层电容器还没有达到实用水平。实际使用在电动车上时，双电层电容器的能量密度应该为6～10Wh/l，而对普及型电动车使用时，其能量密度应该为20Wh/l。
最近，一种被称为混合电容器的电能储存装置备受关注，它作为电能储存装置可用于需要高能量密度和高输出特性的场合中。
关于混合电容器，人们提出了一种双电层电容器，其中碳材料能吸收和释放锂离子并且之前已经通过化学方式或电化学方式吸收有锂离子，用这种碳材料作为负极(例如，参见JP-A-8-107048第2页第2栏第38行到第2页第2栏第47行)
人们提出了另一种电压上限为4V的双电层电容器，其中，作为负极，把能够吸收和释放锂离子的碳材料支撑于多孔集电体上，这样就不会与金属锂产生合金(例如，参见JP-A-9-55342第7页第11栏第24行到第7页第11栏第28行)。
此外，人们还提出了另一种双电层电容器，其中可极化的电极材料含有活性碳粉末，该电极材料以混合状态与集电体结合作为正极，该集电体由不锈钢纤维制成，而能够吸收和释放锂离子并且预先已经通过化学方式或电化学方式吸收有锂离子的碳材料与集电体结合作为负极，该集电体由多孔金属或纤维状金属制成(例如，参见JP-A-9-232190第4页第6栏第1行到第4页第6栏第10行)。
人们还提出了另一种双电层电容器，其中正极是由含碳材料制成的可极化电极，其对Li/Li+的自然电位在0.5～2.6V之间，作为反电极，负极由选自金属锂、含金属锂的合金以及能够可逆地吸收和释放锂离子并且预先吸收有锂离子的材料中的至少一种材料制成(例如，参见JP-A-11-297578第3页第4栏第8行到第3页第4栏第16行)。
根据这些提议，通过预先在负极上承载锂离子使得负极电位降低，从而提高电池单元的耐压。但是对于硬币形电池来说，它们都具有由一对彼此相对的正极和负极构成的单元结构，并且都未披露：具有缠绕电极的圆柱形电池具体实例，或一个以上电极叠置的例如棱柱形电池的大型电池单元的具体实例。
人们披露了在大型电池单元中，使锂离子预先吸附在负极上的种种方法。但是，各种方法在实现工业化时都有一个尚待解决的问题，即，锂离子均匀承载需要很长时间(例如，参见JP-A-8-162159第4页第6栏第10行到第4页第6栏第45行，JP-A-8-255633第4页第5栏第33行到第5页第7栏第29行，JP-A-10-144295第2页第2栏第4行到第2页第2栏第34行，或JP-A-8-102333第3页第3栏第2行到第3页第3栏第37行)。
与此同时，人们提出了有机电解质电池，其中正极集电体和负极集电体具有贯穿正反面的孔，且负极活性材料能可逆地承载锂离子，这样得自负极的锂离子就通过与对着负极或正极设置的锂极进行电化学接触而承载到负极上(例如，参见申请号为10-531811(1998)的日本专利第11页第4行到第12页第27行)。
根据该发明所披露，通过提供带有贯穿正反面的孔的电极集电体，可以使锂离子移动通过电极正反面，而不会被电极集电体阻塞。因此，即使是在具有许多叠层的电池单元结构的电能储存装置中，也可以用电化学方法，使锂离子不仅可以承载到设置在锂极附近的负极上，还可以承载到远离锂极设置的负极上。
使用各种能够可逆地承载锂离子的材料作为负极活性材料，例如，已知可以使用各种碳材料，包括石墨例如天然石墨和人造石墨、焦炭、沥青、热硬化树脂以及使用椰子壳或树作为起始材料的那些材料，还有碳纤维、多并苯材料、氧化锡、氧化硅等。一种不溶不熔的基体适合作为负极活性材料使用，其为芳香族缩聚物的热处理产物，具有氢原子/碳原子的原子数之比在0.50～0.05范围内的多并苯骨架结构，(例如，参见JP-B-1-44212权利要求1到22，或JP-B-3-24024权利要求1到8)。
发明内容
如上所述，由能够吸收和释放锂离子并且预先承载了锂离子的碳材料或类似材料所制成的负极，其电位低于双电层电容器中使用的活性碳的电位。因此，当其与正极活性碳结合时，可改善电池单元的耐压，因为负极容量远大于活性碳，所以能量密度也较高。
但是，因为存在如下问题：含有锂离子的电解质溶液导电率低，负极中锂离子的吸收和释放反应速度慢，所以很难在高电流密度下放电。尤其是，人们认为放电特性的劣化归因于放电状态下内电阻大于充电状态下的内电阻。
因此，本发明的目的是提供一种在充电和放电过程中内电阻变化很小、并且具有高能量和高输出能量的有机电解质电容器。
本发明人刻苦研究以解决上述问题并获得以下发明，他们发现把已充电状态的有机电解质电容器经过1±0.25小时，放电到充电电压的一半时的电池单元容量记为a(mAh)，把已充电状态的负极放电到1.5V(Li/Li+)时的负极全容量记为b(mAh)，然后通过控制正极活性材料和负极活性材料的比例使之满足0.05≤a/b≤0.3，就可以获得一种内电阻小、在充电和放电过程中内电阻变化很小、并且具有高能量密度的高性能有机电解质电容器，其中锂离子可以容易地移动。
也就是说，本发明如下所述：
(1)一种有机电解质电容器，包括正极、负极和能够传导锂离子的电解质，其特征在于：所述正极能够可逆地承载锂离子和阴离子；所述负极能够可逆地承载锂离子；把已充电状态的有机电解质电容器经过1±0.25小时，放电到充电电压的一半时的电池单元容量记为a(mAh)，把已充电状态的负极放电到1.5V(Li/Li+)时的负极全容量记为b(mAh)，然后控制正极活性材料和负极活性材料的比例使之满足0.05≤a/b≤0.3。
(2)根据(1)所述的有机电解质电容器，其中所述锂离子预先承载在负极和/或正极上。
(3)根据(1)或(2)所述的有机电解质电容器，其中单位重量负极活性材料的电容是单位重量正极活性材料的电容的三倍或以上，且正极活性材料的重量大于负极活性材料的重量。
(4)根据(1)至(3)任一所述的有机电解质电容器，还包括正极集电体和负极集电体，其中各集电体具有贯穿正反面的孔，锂离子通过与对着负极和/或正极设置的锂极进行电化学接触而承载在负极和/或正极上。
“控制正极活性材料和负极活性材料的比例使之满足0.05≤a/b≤0.3”的原因是：为了控制电池单元的输出特性，就必须对应于负极锂离子的释放能力(在此为负极全容量b)，任意设定负极容量(在此等于电池单元容量a)。
换言之，本发明人发现：电池单元容量a与负极全容量b之比(a/b)由正极活性材料和负极活性材料之比决定，随着正极活性材料比例增加，a/b变大，随着正极活性材料比例减少，a/b变小。此外，本发明人发现：a/b值影响电池单元的输出特性，由此又发现，在0.05≤a/b≤0.3范围内可获得高输出特性。
“单位重量负极活性材料的电容是单位重量正极活性材料的电容的三倍或以上，且正极活性材料的重量大于负极活性材料的重量”的原因是：即使在电池单元放电容量固定不变的情况下，通过改变正极活性材料重量和负极活性材料重量之比，能量密度也会发生变化。换言之，通过降低单位重量电容的负极活性材料重量的比例，能量密度会提高，与此相反，通过提高负极活性材料重量的比例，能量密度会降低。
本发明效果
如上所述，本发明的有机电解质电容器包括正极、负极和能够传导锂离子的电解质。正极能够可逆地承载锂离子和阴离子，而负极能够可逆地承载锂离子。把已充电状态的有机电解质电容器经过1±0.25小时，放电到充电电压的一半时的电池单元容量记为a(mAh)，把已充电状态的负极放电到1.5V(Li/Li+)时的负极全容量记为b(mAh)，然后控制正极活性材料和负极活性材料的比例使之满足0.05≤a/b≤0.3，就可以获得一种具有高电压、高能量密度和高输出能量特性的有机电解质电容器。
因为电池单元内电阻会随着电极厚度等变化，所以输出能量特性的绝对值也会变化。但是在本申请的实施例中，当电池单元在高达100倍的电流下放电时，会保留50％或更高的电池单元容量，电池单元容量是当电池单元以放电时间为1±0.25小时的电流放电时得到的。其中，如实例3中的情况，单位重量负极活性材料的电容是单位重量正极活性材料的电容的三倍或以上，且正极活性材料重量大于负极活性材料重量的方案是特别合适的，该方案可以提高能量密度。
本发明的有机电解质电容器具有上述特性，作为电动车、混合电动车和燃料电池车的驱动蓄电电源或辅助蓄电电源都十分有效。本发明的有机电解质电容器还适用于电动自行车、电动摩托车和电动轮椅的驱动蓄电电源或辅助蓄电电源。此外，该电容器还可适用于各种能量储存装置，例如太阳能储能设备和风力发电储能设备。或者，该电容器可适用于不间断电源和家用电器的蓄电电源。
附图说明
图1为轴侧图，示出用复合薄膜作为外封装容器的有机电解质电容器内部结构，其中有机电解质电容器的内部结构用实线示出，而有机电解质电容器的外封装容器用虚线示出。
图2是图1的俯视图。
图3是沿图2中线I-I’的剖视图。
图4是沿图2中线II-II’的剖视图。
图5是在其上已形成电极的电极集电体(正极集电体1a或负极集电体2a)的放大俯视图，图5示出了用多孔金属网作为电极集电体的实例，虚线环绕的部分是通孔。
图6是沿图5中线I-I’的剖视图，图6示出了多孔金属网(正极集电体1a和负极集电体2a)中的通孔填充有导电材料1b和2b，且正极1和负极2在填充了通孔的多孔金属网的导电层上形成。
图7示出电极集电体的实例；图7(a)示出孔隙率为38％的多孔金属网的实例；图7(b)示出孔隙率为37％的金属网的实例；图7(c)示出孔隙率为34％的冲孔金属的实例；虽然在图7(c)实例中，电极集电体中的通孔为圆形，但是通孔的形状并不局限于圆形，而是可以任意设定为各种形状，例如，图7(d)所示的矩形(孔隙率45％)，图7(e)所示的十字形(孔隙率35％)等。
图8为示出三电极叠层单元的层状结构的实例1的剖视图。
图9为示出三电极叠层单元的层状结构的实例2的剖视图。
图10为示出三电极叠层单元的层状结构的实例3的剖视图。
图11为示出电极叠层单元的一个实例的展开轴侧图。
图12为示出电极叠层单元的另一实例的展开轴侧图。
以下描述各图中标出的附图标记。
附图标记1表示正极；α-附图标记1a表示正极集电体；α-附图标记1c表示正极端子；附图标记2表示负极；α-附图标记2a表示负极集电体；α-附图标记2c表示负极端子；附图标记3表示隔板；附图标记4和5表示复合薄膜；附图标记6表示电极叠层单元；附图标记7表示锂极；α-附图标记7a表示锂极集电体；附图标记8表示三电极叠层单元；α-附图标记9a和9b表示导线A和B；大写字母C表示热密封部分；大写字母A’表示端子连接部分；以及，大写字母B’表示端子熔接部分。
具体实施方式
本发明所述的有机电解质电容器是一种包括正极、负极和可以传导锂离子的电解质的有机电解质电容器，其特征是：正极能够可逆地承载锂离子和阴离子；负极能够可逆地承载锂离子；把已充电状态的有机电解质电容器经过1±0.25小时，放电到充电电压的一半时的电池单元容量记为a(mAh)，把已充电状态的负极放电到1.5V(Li/Li+)时的负极全容量记为b(mAh)，然后控制正极活性材料和负极活性材料的比例使之满足0.05≤a/b≤0.3。
在本发明中，优选使锂离子预先承载到负极和/或正极上。此外，正极集电体和负极集电体具有贯穿正反面的孔，从工业化观点来说，通过与对着负极和/或正极设置的锂极进行电化学接触，而使锂离子承载到负极和/或正极上的方法是最合适的。
首先描述本发明所述有机电解质电容器的内部结构。图1是用复合薄膜作为外封装容器的实例，是示出本发明有机电解质电容器内部结构的轴侧图。参照图1，有机电解质电容器的内部结构用实线示出，而有机电解质电容器的外封装容器用虚线示出。图2是图1的俯视图。图3是沿图2中线I-I’的剖视图，图4是沿图2中线II-II’的剖视图。
图1所示的本发明的有机电解质电容器通过提供三电极叠层单元而构成，该三电极叠层单元在复合薄膜内包括正极1、负极2和锂极7的叠合体，在内部注入能够传导锂离子的电解质溶液后，用热粘合等方法使两块复合薄膜4和5密封。在本发明中，“正极”是指放电过程中电流流出而充电过程中电流流入一侧的电极，“负极”是指放电过程中电流流入而充电过程中电流流出一侧的电极。
如图1所示，正极1在正极集电体1a上形成，负极2在负极集电体2a上形成，正极和负极通过隔板3叠置，以防止电极之间彼此直接接触。由此构成电极叠层单元6。通过将金属锂用压力结合的方式叠层到锂极集电体7a的一面上，形成锂极7，锂极通过隔板3置于电极叠层单元6之上。由此形成三电极叠层单元。
作为本发明实例，各电极集电体(正极集电体1a和负极集电体2a)和锂极集电体7a，具有贯穿正反面的孔(图1中未示出)。即使用导电材料填充这些通孔，锂离子也可以移动穿过用导电材料填充的通孔部分而在电极之间自由移动。
图5是在其上已形成电极的电极集电体(正极集电体1a或负极集电体2a)的放大俯视图。图5示出了用多孔金属网作为电极集电体的实例，虚线环绕的部分是通孔。图6是图5中线I-I’的剖视图。如图6所示，多孔金属网(正极集电体1a和负极集电体2a)中的通孔被导电材料1b和2b所填充。正极1和负极2在填充了通孔的多孔金属网的导电层上形成。
当组装电池时，在电解质溶液注入时，所有的负极2与锂极7发生电化学接触。锂离子从锂极7溶解到电解质溶液，然后通过锂极集电体7a、正极集电体1a和负极集电体2a的通孔，锂离子平稳地承载到所有的负极2上。
参照图3，电极叠层单元6具有4层正极1和4层负极2；但对电极叠层单元的结构并无特别限定，只要提供至少一层正极和一层负极，则对正极和负极的数目也无特别限定。
锂极7置于电极叠层单元6之上以形成三电极叠层单元8。但是锂极7的位置、层数和形状不受上述结构的限制。但是应该指出的是，为了平稳地沉积锂，优选将锂极7对着负极或正极放置。例如，锂极7可直接叠置于负极2上。当锂极7直接叠置于负极2上时，锂离子直接承载到相邻的负极上，锂离子通过至少一层电极集电体后，还承载到除相邻负极以外的其他负极上。
提供锂极7是为了给负极2提供锂离子。因此，必须具有足够的量，以达到负极的目标电容。此外，通过给正极而不是负极供应锂离子、或者给正极和负极都供应锂离子也可以达到这种效果。但是优选为，把正极和负极的锂离子吸收能力、安全性等考虑在内，调节到合适的量。
随着锂极7释放锂离子，锂极7逐渐减少。因此，优先使用例如不锈钢网等导电的多孔体作为锂极集电体7a，如此，把锂极7设置成至少部分锂极7填入锂极集电体的孔洞部分中。当以此方式配置时，即使是在锂离子从锂极7沉积到电极上时，在电极之间因锂极损失而导致的间隙可较小，并使锂离子平稳地承载到电极活性材料上。
在图1所示的本发明的有机电解质电容器中，各电极之间设置了隔板3，这样正极1、负极2和锂极7不会直接接触。电池单元内部充满了能够传导锂离子的电解质，分隔各电极的隔板3也浸在电解质中。电解质通常溶解在溶剂中，以液态形式使用，并浸入隔板3中。在不使用隔板3的情况下，为了防止正极1和负极2直接接触并防止电解质泄漏，可以使用凝胶态或固态形式的电解质。
如图2所示，各正极集电体1a具有引出部分，以该引出部分作为端子连接部分A’，各正极集电体1a的端子熔接部分A’(两片)熔接到正极端子1c。此外，各负极集电体2a和锂极集电体7a也具有引出部分，以该引出部分作为端子连接部分B’。各负极集电体2a的端子熔接部分B’(三片)和锂极集电体7a的端子熔接部分B’(一片)彼此置于一起，然后熔接到负极端子2c。
密封复合薄膜4和5，此时正极端子1c和负极端子2c位于其间。在图2所示的热密封部分A和B处，正极端子1c和负极端子2c分别热粘合到复合薄膜4和5。换言之，在图2的实例中，在复合薄膜4和5与各端子之间的热密封部分A和B处、以及复合薄膜4和5之间的热密封部分C处，密封有机电解质电容器。这样，正极端子1c和负极端子2c就从复合薄膜4和5之间的空间伸到电池外面。因此，正极1通过正极端子1c与外部电路处于连接状态，而负极2和锂极7通过负极端子2c与外部电路处于连接状态。
没有特别限定正极端子1c和负极端子2c的形状和尺寸。但是只要能够保证充足的气密性，在有限的电池单元容积中则优选尽可能厚和宽的端子，因为这样可以降低端子的电阻。优选选择各端子的形状和尺寸，使其能满足电池单元所需特性。
下文将按如下顺序详细描述本发明的有机电解质电容器：(A)正极集电体和负极集电体，(B)导电材料，(C)负极，(D)正极，(E)锂极，(F)电解质，(G)外封装容器，(H)有机电解质电容器的原理，及(I)有机电解质电容器的制造方法。
(A)正极集电体和负极集电体
通常建议用于有机电解质电池中的各种材料都可用作正极集电体和负极集电体。铝、不锈钢等适合用作正极集电体，而不锈钢、铜、镍等适合用作负极集电体。各种形状的材料例如薄片形和网状材料都可以使用。尤其是，为了使锂离子预先承载到负极和/或正极上，优选那些具有贯穿正反面的孔的材料，实例包括多孔金属网、冲孔金属、金属网、发泡体和通过蚀刻方式使之具有通孔的多孔薄片等。优选在集电体上形成导电层，因为这样可以减小内电阻。
更优选地，在形成电极之前，用不易脱落的导电材料填充电极集电体中的至少部分通孔，这样不仅可以增强电极的产率，还可以解决由电极脱落所造成的电容器可靠性受损的问题。此外，通过把包括集电体的电极变薄，可以获得高能量密度和高输出能量密度。
就电极集电体的厚度来说，正极和负极的厚度可相等。但是，当材料不同时，通过把比重较大的任一电极做薄一点，可以明显降低单位电池单元容积的重量。在本发明中，如果用铝作正极集电体，用铜作负极集电体，则更优选使负极集电体比正极集电体薄。
可按需调整电极集电体中通孔的形状和数量，以使下文所述的电解质溶液中的锂离子可以移动通过电极的正反面，而不受电极集电体的阻碍，并容易用导电材料填充通孔。
电极集电体的孔隙率可定义为：以百分数表示的比值{1-(集电体重量/集电体绝对比重)/集电体表观体积}。本发明中所用电极集电体的孔隙率通常为10～79％，较佳为20～60％，更好为30～50％，优选为35～45％。
如果电极集电体的孔隙率高，则锂离子仅需较短时间就可承载到负极上，并且不易出现所承载锂离子不规则的情况。但是，集电体的强度会降低，还容易起皱和破裂。此外，难以保持通孔上的导电材料，因此，由于导电材料脱落、电极破裂等原因，会出现电极产出降低的问题。
另一方面，如果集电体的孔隙率低，则锂离子承载到负极上需要较长时间，因此会出现例如降低生产效率、增加电池单元性能的不规则性等问题。但是，集电体的强度会提高，且活性材料不容易脱落，因此可提高电极产出。所以，优选为把电池的结构(叠层型或缠绕型等)和产能考虑在内，在上述确定的范围内选择电极集电体的孔隙率和孔径。
图7示出电极集电体的一个实例。图7(a)示出孔隙率为38％的多孔金属网实例。图7(b)示出孔隙率为37％的金属网实例。图7(c)示出孔隙率为34％的冲孔金属实例。虽然图7(c)实例示出电极集电体中的通孔为圆形，但通孔的形状并不限于圆形。其形状可任意设定，例如可以是图7(d)所示的矩形(孔隙率：45％)，图7(e)所示的十字形(孔隙率：35％)等形状。
(B)导电材料
上述涂覆在电极集电体表面上的导电材料可以是任何不容易从通孔脱落的材料，并且即使在通孔填充时，也能允许锂离子穿透该导电材料而移动，对其他性能没有特别限定。
这类导电材料主要由导电部件和粘合剂树脂制成。可按需调整导电部件和粘合剂树脂的类型、成分等。
例如，这类导电材料所用导电部件举例包括：各种碳材料，包括石墨例如天然石墨或人造石墨，以及基于焦炭、沥青、树脂和植物的材料，还有例如乙炔黑和凯金黑(Ketjen Black)的碳黑、多并苯材料、氧化锡、氧化硅等，所有这些材料都可用作下文所述的负极活性材料。此外，也可使用金属镍等金属的粉末。其中，特别优选的导电部件是石墨、乙炔黑、凯金黑等。
用作导电材料的粘合剂树脂可以是任何不溶于下文所述的有机电解质溶液的树脂。例如，可以使用以水作为分散介质或溶剂的水性树脂，使用有机溶剂例如乙醇和N-甲基吡咯烷酮作为分散介质或溶剂的非水性树脂。例如，例如SBR的橡胶粘合剂树脂、羰甲基纤维素树脂是水性树脂，而取决于其成分，酚醛树脂和三聚氰胺树脂既可作为水性树脂使用，又可作为非水性树脂使用。
此外，乳液形式的丙烯酸树脂、聚酰胺树脂和聚乙烯树脂可作为水性树脂使用。另外，非水性树脂的代表实例是含氟树脂例如聚四氟乙烯和聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺树脂、聚酰胺-酰亚胺共聚物树脂。其中，特别优选使用非水性聚酰胺-酰亚胺树脂，因为该树脂使导电材料紧紧地粘接到电极集电体上，因此很难从通孔脱落。此外，通过在使用非水性粘合剂的导电层上形成下文所述的使用水性粘合剂的电极层，可以获得具有优良涂覆性能和电极层粘接性能，以及具有优良均匀性和可靠性的电极。
(C)负极
在本发明的有机电解质电容器中，负极含有能够可逆地承载锂离子的负极活性材料。在本发明中，通过将导电部件、粘合剂树脂等根据需要添加到负极活性材料中，成形负极活性材料层。
对本发明所用的负极活性材料没有特别限定，只要其能够可逆地承载锂离子即可。例如，可使用各种碳材料，包括石墨例如天然石墨和人造石墨、焦炭、沥青、热固性树脂和那些使用椰子壳、树木等作为起始材料的材料，以及碳纤维、多并苯材料、氧化锡、氧化硅等。
因为锂离子具有较小的离子直径，所以，作为负极活性材料，特别优选通过在特定条件下对上述材料进行处理例如炭化和整理，以控制结构，从而有效地传导锂离子。
其中，因为多并苯有机半导体(PAS)具有无定形结构，在锂离子嵌入或脱出的时候不会经历结构变化，例如膨胀和收缩，并因此具有优良的循环特性，所以PAS特别适合用作负极活性材料。此外，对锂离子嵌入或脱出来说，PAS具有各向同性的分子结构(高度有序结构)，因此PAS具有快速充电快速放电的优良特性。在本发明中，优先使用不溶不熔性的基体，该基体为芳香族缩聚物的热处理产物，具有氢原子/碳原子的原子数之比为0.50～0.05的多并苯骨架结构。
在此，芳香族缩聚物指芳香烃化合物与醛的缩合物。例如，所说的酚类例如苯酚、甲酚和二甲苯酚可适合用作芳香烃化合物。
此外，对于芳香族缩聚物，也可使用这样的芳香族缩聚物(更确切地说，是苯酚、二甲苯和甲醛的缩合物)，其中具有上述酚式羟基基团的芳香烃化合物的一部分，被例如二甲苯、甲苯和苯胺等没有酚式羟基基团的芳香烃化合物所取代。此外，还可使用三聚氰胺和尿素取代的芳香族聚合物，呋喃树脂也适合使用。
醛类例如甲醛、乙醛和糠醛可作为上述的醛使用。其中甲醛是最合适的。酚醛缩合物可以是酚醛型或甲阶酚醛型或其混合物。
通过对芳香族聚合物进行热处理可得到不溶不熔性基体，也可以使用上述不溶不熔性的多并苯骨架结构基体。
本发明所用的不溶不熔性基体，根据X光衍射(CuKα)，其主峰位置以2θ表示，主峰出现在24°或之下，除主峰以外，另一个宽峰出现在41°和46°之间的位置。换言之，这表明，不溶不熔性基体具有多并苯骨架结构，其中芳香族多环结构适当构成，还表明基体中形成了无定形结构，使锂离子能稳定吸入。因此，对于本发明的有机电解质电容器来说，不溶不熔性基体可用作活性材料。
导电部件，包括碳基材料例如乙炔黑、凯金黑和石墨以及金属粉末都可根据需要添加到负极活性材料中。
优选的是，本发明的负极活性材料层含有这样的负极活性材料，例如如上所述的碳材料和PAS，使用的负极活性材料形状易于成形，例如粉末、颗粒或短纤维形式，将这种负极活性材料与粘合剂树脂一起成形。粘合剂树脂可以是任何不溶于下文所述的有机电解质溶液的粘合剂。例如，可以使用以水作为分散介质或溶剂的水性树脂，使用有机溶剂例如乙醇和N-甲基吡咯烷酮作为分散介质或溶剂的非水性树脂。例如，例如SBR的橡胶粘合剂树脂和羰甲基纤维素树脂是水性树脂，而取决于其成分，酚醛树脂和三聚氰胺树脂既可作为水性树脂使用，也可作为非水性树脂使用。
此外，乳液形式的丙烯酸树脂、聚酰胺树脂和聚乙烯树脂可作为水性树脂使用。而非水性树脂的代表实例是：含氟树脂例如聚四氟乙烯和聚偏二氟乙烯，聚酰亚胺树脂，和聚酰胺-酰亚胺共聚物树脂。
在上述物质中，特别优先使用氟树脂、水性SBR树脂、丙烯酸树脂和非水性氟树脂。
为了保证电池单元的能量密度，负极活性材料层的厚度要与正极活性材料层的厚度平衡设计。通过降低负极活性材料层的厚度，可更有效地利用活性材料，因此可提高能量密度。另一方面，活性材料层的厚度太薄是非优选的，因为这样会降低电池单元的能量密度。因此，考虑到产能，本发明的负极活性材料层在一面上的厚度一般为15～100μm，优选为20～80μm。
基于活性材料的重量，粘合剂树脂的混合比为1～20％，更好为2～10％，优选为2～5％。
(D)正极
在本发明的有机电解质电容器中，正极含有能够可逆地承载锂离子和/或阴离子的正极活性材料，这种阴离子例如四氟硼酸根。
对正极活性材料没有特别限定，只要该材料能够可逆地承载锂离子和/或阴离子即可。例如，使用焦炭、沥青、树脂、椰子壳和植物例如锯末作为起始材料，并用水蒸气、二氧化碳或KOH活化的各种活性炭，以及导电聚合物，还有多并苯材料，具有高度构成的中孔且中孔的孔径为2.0～50nm的中孔碳等都可使用。
本发明的正极活性材料层通过向正极活性材料中按需添加导电部件、粘合剂树脂等来成形。可按需确定导电部件和粘合剂树脂的类型、成分等。
例如，碳黑如活性碳、乙炔黑和凯金黑，碳基材料如石墨适合用作导电部件。导电部件的混合比随活性材料的导电率、电极形状等而改变，但优选以相对于活性材料2～40％的比例添加导电部件。
粘合剂树脂可以是任何不溶于下文所述的有机电解质溶液的粘合剂。例如，可以使用以水作为分散介质或溶剂的水性树脂，以有机溶剂例如乙醇和N-甲基吡咯烷酮作为分散介质或溶剂的非水性树脂。例如，例如SBR的橡胶粘合剂树脂和羰甲基纤维素树脂是水性树脂，而取决于其成分，酚醛树脂和三聚氰胺树脂，既可作为水性树脂使用，又可作为非水性树脂使用。
此外，乳液形式的丙烯酸树脂、聚酰胺树脂和聚乙烯树脂可作为水性树脂使用。而非水性树脂的代表实例是：含氟树脂例如聚四氟乙烯和聚偏二氟乙烯，聚酰亚胺树脂和聚酰胺-酰亚胺共聚物树脂。
在上述物质中，特别优先使用氟树脂、水性SBR树脂、丙烯酸树脂和非水性氟树脂。
基于活性材料的重量，粘合剂树脂的混合比为1～20％，较好为2～10％，优选为2～5％。
在本发明中，单面上正极层的厚度一般为30～150μm，优选为60～100μm。
为了保证电池单元的能量密度，正极活性材料层的厚度要与负极活性材料层的厚度平衡设计。通过降低正极活性材料层的厚度，可更有效地利用活性材料，因此可提高输出密度。另一方面，活性材料层的厚度太薄是非优选的，因为这样会降低电池单元的能量密度。因此，考虑到产能，以上限定的正极活性材料层的厚度可适用于本发明。
(E)锂极
在本发明有机电解质电容器的一个实例中，锂极7预先设置在有机电解质电容器内作为锂离子供应源。使用金属锂或至少包含金属锂并能提供锂离子的材料例如锂-铝合金，作为锂极。
作为在有机电解质电容器内设置锂极的量(能够提供锂离子的材料例如金属锂的重量)，必须设置足够的量以获得特定的负极电容。如果锂极超量设置，则在从锂极7承载到电极上特定量之后，锂极7会留在有机电解质电容器中(电容的定义在下文给出)。但应该指出的是，考虑到安全问题，优选仅设置所需量，并且其全部的量都承载到负极和/或正极上。
在本发明中，优选在锂极集电体上形成锂极，锂极集电体由导电多孔体构成。但是可省略锂极集电体。作为锂极集电体的导电多孔体，优先使用不与锂极反应的多孔金属体，例如不锈钢网。
当使用导电多孔体例如不锈钢网作为锂极集电体时，优选将至少部分锂极嵌入锂极集电体的孔洞部分中。更优选将锂极处理成80％或以上的锂极填充到导电多孔体的孔洞部分中。当以此方式构造时，即使在锂离子沉积到负极上之后，由锂极损失所造成的电极间的间隙可较小。因此可以以更可靠的方式来保持有机电解质电容器的可靠性。
优选将其上形成锂极的锂极集电体对着负极或正极设置。例如，参照图8，通过将金属锂压力结合到锂极集电体7a，制成锂极7，锂极7设置在电极叠层单元6的底部，以形成三电极叠层单元8，电极叠层单元6中正极1、隔板3和负极2依次叠层。图9示出三电极叠层单元8的另一种层状结构。参照图9，分别通过将金属锂压力结合到锂极集电体7a，制成锂极7，将锂极7设置在电极叠层单元6的顶部和底部，从而形成三电极叠层单元8。在图10所示的又一实例中，锂极7设置在两个电极叠层单元6之间，从而形成三电极叠层单元8。通过以这些方式设置锂极7，锂离子可平稳地承载到负极上。
锂极在锂极集电体上形成，锂极集电体可以设置在电极叠层单元的横截面方向，这样锂离子会通过负极端子和/或正极端子与锂极端子短路而承载到负极活性材料上和/或正极活性材料上。但在此方案中，由于负极和/或正极过宽，在电极内可能会出现更明显的不规则沉积物。因此，必须考虑到电池单元的结构、电极尺寸等，来选择锂极的放置位置。
在本发明的有机电解质电容器中，通过在特定位置设置将会承载到负极和/或正极上的锂极，不仅可以提高电池单元设计的自由度和产率，还可提供优良的充电和放电特性。
(F)电解质
使用能够传导锂离子的电解质作为本发明有机电解质电容器所用的电解质。这类电解质通常是液体形式并浸入隔板中。可使用耐电解质溶液、耐电极活性材料等并具有连通孔的非导电多孔体等作为隔板。此外，也可使用凝胶或固态形式电解质。在这种情况下可省略隔板，并且有防止泄漏的效果。
例如，锂盐如LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiPF6和Li(C2F5SO2)2N适合作为能够传导锂离子的电解质而使用，因为上述物质即使是施加高电压也不会发生电解，并且锂离子能稳定方式保存。在此方案中，优先使用非质子的有机溶剂作为溶解锂盐的溶剂。
非质子的有机溶剂的实例包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二亚甲基酯、碳酸二乙烯酯、γ-丁内酯、乙腈、二甲氧乙烷、四氢呋喃、二氧戊烷、二氯甲烷、环丁砜等。此外，也可使用这些非质子有机溶剂中的两种或多种混合而成的混合溶剂。
充分脱水后，将电解质和溶剂互相混合形成电解液。为了降低由电解质溶液引起的内电阻，所以在电解质溶液中，电解质浓度优选为至少是0.1mol/l或更高，特别优选为设定其浓度在0.5～1.5mol/l的范围内。
(G)外封装容器
对本发明有机电解质电容器的外封装容器的材料没有特别限定。通常用于电池或电容器的各种材料都可使用。可使用金属材料例如铁和铝、塑料材料或上述材料叠层而成的复合材料。也没有特别限定外封装容器的形状。可选择例如圆柱形和棱柱形等形状以满足使用。为了降低有机电解质电容器的尺寸和重量，优先使用由铝和聚合物材料例如尼龙和聚丙烯制成的复合薄膜所构成的薄膜型外封装容器。
如上所述，膜电池使用三层复合薄膜作为外封装材料，其中尼龙薄膜贴在铝箔外面，一层改性聚丙烯等贴在铝箔里面。通常，将复合薄膜深拉伸到预定尺寸。在将正极、负极和隔板叠层或缠绕形成的单元置于内部，并将内部充满电解质溶液之后，用热密封的方法密封复合薄膜。由此得到电能储存装置。在这种情况下，可把正极端子(例如，约100μm厚的铝箔)和负极端子(例如，100μm厚的镍箔)从复合薄膜之间的空间拉到电池单元的外面。
换言之，复合薄膜可通过复合薄膜热密封这种简单的方法来密封，而其间夹有正极端子和负极端子。但应该注意的是，为了使复合薄膜牢固密封，优选设计工艺是使用上述薄金属箔作为端子，或预先把密封薄膜叠置在端子的表面上。
参照图1，使用复合薄膜4和5作为外封装容器，以与三电极叠层单元厚度相当的量来深拉伸复合薄膜5；然而，也可深拉伸复合薄膜4和5中的任意一个，还可以同时深拉伸复合薄膜4和5。参照图1，两块薄膜构成一组，作为复合薄膜使用，且薄膜交叠以覆盖内容物。热密封交叠的外周部分，以封装内容物。
在本发明中，复合薄膜并不局限于图1所示的薄片状，还可以使用预先成型成囊状或袋状的膜部件。若使用囊状成型的膜部件，则热密封其相对的两边，以封装内容物。若使用袋状膜部件，则热密封其开口边，以封装内容物。
(H)本发明的有机电解质电容器的原理
在相关技术的双电层电容器中，使用几乎等量的相同活性材料(主要是活性碳)作为正极和负极。当组装电池单元时，正极和负极所用活性材料相对于Li/Li+电位的电位约为3V。当电池单元充电时，阴离子在正极表面上形成双电层，使正极电位升高，反之，阳离子在负极表面上形成双电层，使电位降低。
当电池单元放电时情况与此相反，分别地，正极将阴离子释放到电解质溶液中，负极将阳离子释放到电解质溶液中，因此各电极的电位降低和升高并恢复到3V左右。换言之，正极和负极的充电放电曲线的形状几乎关于3V线彼此线对称，而正极的电位变化与负极的电位变化几乎相等。此外，仅阴离子进入正极并由正极释放，并且仅阳离子进入负极并由负极释放。
同时，在本发明的有机电解质电容器中，优选使用能够可逆地承载锂离子和/或阴离子的活性材料作为正极。这类活性材料包括活性碳，其在相关技术的双电层电容器中用作正极和负极。此外，使用能够可逆地承载锂离子的活性材料作为负极。这类活性材料包括碳材料例如石墨，其通常用于锂离子可充电电池中。
本发明的有机电解质电容器以如下方式进行设计：把已充电状态的有机电解质电容器经过1±0.25小时，放电到充电电压的一半时的电池单元容量记为a(mAh)，把已充电状态的负极放电到1.5V(Li/Li+)时的负极容量记为b(mAh)，然后控制正极活性材料和负极活性材料的比例使之满足0.05≤a/b≤0.3。
在本发明中，电容和容量定义如下。即，电池单元电容是指电池单元放电曲线的斜率，其单位为F(法拉)。电池单元单位重量的电容是用电池单元电容除以电池单元内正负极活性材料的总重量所得的值，其单位为F/g。正极的电容指正极放电曲线的斜率，其单位为F。正极单位重量的电容是用正极电容除以电池单元内正极活性材料的重量所得的值，其单位为F/g。负极的电容指负极放电曲线的斜率，其单位为F。负极单位重量的电容是用负极电容除以电池单元内负极活性材料的重量所得的值，其单位为F/g。
此外，电池单元容量是电池单元开始放电和结束放电时的电压差(即电压变化量)与电池单元电容的乘积，其单位是C(库仑)。由于1C是1A的电流1秒所流过的电荷量，因此在本专利中，C转换为单位mAh。正极容量是开始放电和结束放电时的正极电位差值(正极电位的变化量)和正极电容的乘积，其单位是C或mAh。同样，负极容量是开始放电和结束放电时的负极电位差值(负极电极电位的变化量)和负极电容的乘积，其单位是C或mAh。电池单元容量、正极容量和负极容量彼此一致。
此外，电池单元的放电容量随着电流密度而改变。通常，当电池单元在高电流密度下放电时，电容下降，而当电池单元在低电流密度下放电时，电容升高。因此，在本申请中，把已充电状态的电池单元经过1±0.25小时放电到充电电压一半时的电流作为放电电流，把电池单元在该放电电流下放电的容量定义为电池单元容量a(mAh)。
在此所述的充电电压是指为了获得放电容量所设定的电压。
通常，市售的锂离子可充电电池设计为充电达到4.2V，而放电约到3V。此时，负极最终放电到0.5～1.0V。因为通常锂离子可充电电池中所用的负极不具有1.5V或更高的容量，所以在本申请中，把负极从已充电状态的电池单元中取出并放电到1.5V(Li/Li+)时的容量定义为负极全容量b(mAh)。
本发明的有机电解质电容器以如下方式进行设计：电池单元容量a(mAh)和负极全容量b(mAh)定义如上，然后控制正极活性材料和负极活性材料的比例使之满足0.05≤a/b≤0.3。由此可获得高输出特性。
在此所述的正极活性材料和负极活性材料的比例是用正极活性材料的重量除以负极活性材料的重量所得到的值。
在锂离子可充电电池中，虽然该比值取决于所用的电极活性材料，但通常是几乎都满足a＝b(即，a/b＝1)。换言之，在锂离子可充电电池中，a/b＝0.05意味着放电深度是5％，而a/b＝0.3意味着放电深度是30％。人们认为，当电池在此范围内放电时，锂离子可充电电池也能获得高输出。
另一方面，在本申请中，把已充电状态的电池单元经过1±0.25小时放电到充电电压一半时的电流作为放电电流，把电池单元在该放电电流下放电的容量定义为电池单元容量a(mAh)。因此，通过在此充电放电条件下控制正极活性材料和负极活性材料的比例，该比值可以满足0.05≤a/b≤0.3。由此可获得具有高输出特性的有机电解质电容器。
如果a/b＜0.05，则虽然输出特性很高，但能量密度会降低。此外，如果a/b＞0.3，则虽然可获得高能量密度，但输出特性会下降。
优选使锂离子预先承载到负极和/或正极上，因为这样可以更灵活地设计正极活性材料和负极活性材料的比例使之满足0.05≤a/b≤0.3。
此外，优选使单位重量负极活性材料的电容是单位重量正极活性材料的电容的三倍或以上，且正极活性材料的重量大于负极活性材料的重量，因为这样可以获得高能量密度。
在本发明有机电解质电容器的一个实例中，当特定量锂离子预先承载到负极上以获得负极容量所需的容量时，正极电位约为3V，而负极电位低于3V。
电容器充电电压能提高多少几乎都由正极电位决定。换言之，如果正极电位更高，则电解质溶液会发生氧化分解，所以把此电位设定为限界电位。与具有常规电池单元结构的电容器相比，在具有本发明结构的电容器中，锂离子预先承载到电极上，因为负极电位低，所以可以得到更大的正负极电位差。因此，与相关技术中耐压约2.3～2.7V的双电层电容器相比，本发明结构的耐压可设定到约3.6～4.1V，即，高达3V或高于3V。因此可提高能量密度。
此外，较低负极电极电位可以提高正极的容量。换言之，因为负极电位低，所以可以提高由正极放电所导致的电位改变量。更具体地说，在结束放电时，可使正极电位降低到小于3V的值，例如降到2V。这是因为放电到3V以前，主要释放阴离子，而当电位为3V或更低时，则吸收锂离子，所以会使正极电位降低。
在相关技术的双电层电容器中，正极电位在放电时仅降低到3V左右。这是因为负极电位此时也达到3V，所以电池单元电压为0V。换言之，在本发明的结构中，正极电位可降到2V，与相关技术中正极电位仅允许降到3V的双电层电容器相比，本发明结构可获得更高的容量。
(I)有机电解质电容器的制造方法
以下将描述本发明有机电解质电容器制造方法的一个实例。首先，用导电材料填充电极集电体的通孔。对于用导电材料填充电极集电体通孔的技术没有特别限定，可以使用公知的技术，包括涂覆技术例如模涂法、浸渍法和喷涂法，以及印刷技术例如凹版印刷法、丝网印刷法和转印法。
然后，在电极集电体上形成正负极，该电极集电体中的通孔已经用导电材料填充。通过使涂覆正极集电体的浆液干燥，形成正极，浆液由正极活性材料和粘合剂树脂混合而成。同样，通过使涂覆负极集电体的浆液干燥，形成负极，浆液由负极活性材料和粘合剂树脂混合而成。
通过把金属锂压力结合到锂极集电体上，形成锂极，锂极集电体由导电多孔体制成。锂极集电体的厚度约为10～200μm，虽然该厚度随着所用负极活性材料的量而变化，但金属锂的厚度通常为50～300μm。
电极干燥后，将其切割成适合于有机电解质电容器外封装容器尺寸的宽度。在制造缠绕型电极叠层单元时，将电极切割成带状。在此方案中，可以将电极切割成具有引出部分的形状，引出部分作为端子熔接部分。
然后，用其上形成电极的电极集电体组装成三电极叠层单元，通过插入隔板使正负极之间不会直接接触。图11和图12是电极叠层单元的展开图，图中还示出了端子熔接部分的形状和叠层方向。图11示出一个实例，其中正极端子熔接部分和负极端子熔接部分从相对的侧面伸出。图12示出一个实例，其中正极端子熔接部分与负极端子熔接部分从同侧伸出。但应该理解的是，正负极端子的方向并不局限于以上两例中的方向。
在组装的三电极叠层单元中，通过超声熔接等方法，正极端子熔接到正极集电体端子熔接部分，负极端子熔接到负极集电体和锂极集电体的端子熔接部分。
与外部端子熔接的三电极叠层单元置于外封装容器中，然后用热密封的方法密封外封装容器，但将电解质注入孔打开。在此方案中，为了与外电路连接，至少部分外部端子伸出外封装容器。通过外封装容器的电解质注入孔注入电解质，在电解质充满外封装容器的内部之后，用热密封等方法封闭电解质注入孔。通过完全密封外封装容器，可获得本发明的有机电解质电容器。
当注入电解质溶液时，所有的负极和锂极互相发生电化学接触，从锂极溶解到电解质溶液中的锂离子逐渐向负极移动，随着时间推移，将承载到负极上。因为锂离子要承载到负极上，所以，优选的设计技术是施加外力来固定负极，这样可防止负极因锂离子侵入负极而发生变形，而不会令负极失去平坦性。
尤其是，膜电池的外封装容器接触压小于使用金属外壳的电池，例如圆筒形电池和棱柱形电池。因此优选施加外压以保持正负极的平坦性，因为这样电池单元本身不会变形，并且能提高电池单元的性能。
以下将详细描述更多的具体实例。
(实例)
(实例1)
(负极PAS浆液的制造方法)
将0.5mm厚的酚醛树脂成型板置于在硅碳棒电炉中，在氮气环境下，以50℃/小时的速度使温度升高到500℃，然后以10℃/小时的速度使温度进一步升高到650℃，热处理后，合成PAS。用球磨机研磨以此方式获得的PAS板，得到平均粒径为7μm的PAS粉末。PAS粉末的H/C比是0.22。
然后，按重量计，将92份的PAS粉末、4份的乙炔黑粉末、4份的SBR、3.2份的羰甲基纤维素和120份的离子交换水以此组成充分混合，得到浆液。
(负极单位重量电容的测量)
把固含量约7mg/cm2的浆液涂覆到18μm厚铜箔的一面上，随后干燥和压紧。由此获得PAS电极。将电极切成1.5×2.0cm2的大小，用作评价负极。将负极与作为反电极的1.5×2.0cm2大小、250μm厚的金属锂叠层，并用50μm厚的由聚乙烯制成的无纺织物置于其间作为隔板，从而组装成两块模拟电池单元。用金属锂作为参比电极。用LiPF6溶于碳酸丙烯酯所形成的浓度为1mol/l的溶液作为电解质溶液。
随后，基于负极活性材料的重量，一块电池单元在1mA的充电电流下充电400mAh/g的锂离子，然后该电池单元在1mA下放电到1.5V。从放电开始1分钟后的负极电位到电位改变0.2V所需要的放电时间可知：负极单位重量的电容是652F/g。
同样，基于负极活性材料的重量，剩下的那块电池单元在1mA的充电电流下充电500mAh/g的锂离子，然后该电池单元在1mA下放电到1.5V。从放电开始1分钟后的负极电位到电位改变0.2V所需要的放电时间可知：负极单位重量的电容是748F/g。
(正极活性碳浆液的制造方法)
将椰子壳作为原材料放入电炉中，在氮气流下以50℃/小时的速度升温到950℃。然后用混合比为1∶1的氮气和水蒸气的混合气体将椰子壳活化两小时。从而制成比表面积为1860m2/g的活性碳。用球磨粉碎机研磨活性碳，得到平均粒径为5μm的活性碳粉末。
按重量计，将92份活性碳粉末、4份乙炔黑、4份SBR、1份羰甲基纤维素和150份离子交换水以此组成充分混合，得到浆液。
(正极单位重量电容的测量)
把固含量约为7mg/cm2的浆液涂覆在20μm厚的铝箔的一面上，铝箔上已经涂有碳基导电涂料，随后干燥并压紧。由此得到正极。
切出三个1.5×2.0cm2大小的正极。一个用作正极，其他的用作负极和参比电极。正极和负极层叠，并用50μm厚的无纺织物置于其间作为隔板，从而组装成模拟电池单元。用三乙基甲基铵四氟化硼(TEMA·BF4)溶于碳酸丙烯酯所制成的1mol/l的溶液作为正极电解质溶液。
电池单元在10mA的充电电流下充电到2.5V，然后在固定电压下充电。电池单元充电总时间为1小时，之后使电池单元在1mA下放电到0V。从电压由2.0V到1.5V的放电时间可知：电池单元单位重量的电容是22F/g。从参比电极与正极的电位差同样可知：正极单位重量的电容是88F/g。
(负极1的制造方法)
把非水性碳基导电涂料(Acheson(日本)Limited生产：EB-815)喷射并涂覆在32μm厚(50％的孔隙率)的铜制多孔金属网(购自Nippon Metal Industry Co.，Ltd.)的两面上，然后干燥。由此得到其上形成了导电层的负极集电体。总厚度(集电体的厚度和导电层的厚度之和)为49μm，几乎所有的通孔都被导电材料填充。负极所用浆液用辊涂机涂覆在负极集电体的两面上，随后压紧。于是得到负极总厚度(两面上负极层的厚度、两面上导电层的厚度以及负极集电体的厚度之和)为155μm的负极1。
(正极1的制造方法)
把非水性碳基导电涂料(Acheson(日本)Limited生产：EB-815)喷射并涂覆在35μm厚(50％的孔隙率)的铝制多孔金属网(购自Nippon Metal Industry Co.，Ltd.)的两面上，然后干燥。由此得到其上形成导电层的正极集电体。总厚度(集电体的厚度和导电层的厚度之和)为52μm，几乎所有的通孔都被导电涂料填充。用辊涂机将正极所用浆液成型于正极集电体的两面上，然后压紧。于是得到正极总厚度(两面上正极层的厚度、两面上导电层的厚度以及正极集电体的厚度之和)为214μm的正极1。
(制备电池单元)
将155μm厚的负极1和214μm厚的正极1切成图11所示的形状，使其分别具有5.0×8.0cm2的电极面积，用25μm厚的纤维素/人造丝混合的无纺织物层作为隔板。使正极集电体和负极集电体布置为其连结端子的熔接部分(以下称之为连结端子熔接部分)位于相反侧面，如图11所示，将正极和负极层叠，用30μm厚的由纤维素/人造纤维混纺而成的无纺织物作为隔板，得到厚度约为4mm的电池单元。然后，将8个正极和8个负极叠层。
把隔板放在最上部和最下部，各隔板四边再用带子固定，由此得到电极叠层单元。140μm厚的金属锂箔压力附着到80μm厚的不锈钢网上，基于负极活性材料重量，用作为400mAh/g的金属锂，一片锂箔与负极相对放在电极叠层单元的最外部。负极(8片)和其上压有金属锂的不锈钢网熔接并互相接触。由此得到电极叠层单元。正极活性材料的重量是负极活性材料重量的0.97倍。
10mm宽、30mm长、0.2mm厚的铝制正极端子预先在密封部分热密封有密封膜，将这样的铝制正极端子用超声波熔接法叠置到电极叠层单元中的正极集电体的端子熔接部分(8片)上。同样，10mm宽、30mm长、0.2mm厚的镍制负极端子预先在密封部分热密封有密封膜，将这样的镍制负极端子用超声波熔接法叠置到负极集电体的端子熔接部分(8片)上。由此，把电极叠层单元设置于两块外封装薄膜(总距离为4mm)内，薄膜被深拉伸使之高102mm、宽52mm、深2mm。
当外部复合薄膜的两边和带有端子部分的另一边热密封之后，在真空下注入浓度为1mol/l的LiPF6溶液作为电解质溶液，其中LiPF6溶解在碳酸乙烯酯、碳酸二乙基酯和碳酸丙烯酯以3∶4∶1的重量比混合而成的混合溶剂中。再减压热密封剩下的一边，完成真空密封。由此组装三块电池单元作为薄膜型电容器(电池单元厚度为4.0mm)。
(电池单元特性评价)
使电池单元在室温下经过14天之后，分解一块电池单元。因为金属锂完全耗尽，所以可判断出：锂离子预充电以使单位重量负极活性材料获得650F/g或以上的电容。负极活性材料与正极活性材料的单位重量电容之比为7.41。
剩余两块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V，然后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。随后，电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。重复3.6V到1.8V的循环，第三次循环时两块电池单元放电容量的平均值是105mAh(放电时间是1.05小时)。此外，当电池单元的垂直长度为100mm、水平长度为50mm时，其能量密度是14.0Wh/l。
对电池单元容量评价后，一块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。然后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。然后在氩气箱中分解电池单元，这样不会使正负极之间短路，取出八片负极。随后，用各负极作为工作电极、金属锂作为反电极和参比电极，通过试装，组装成三电极电池单元。电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至负极电位达到1.5V。负极全容量b是八片负极的总放电容量，为497mAh。
剩下的那块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。然后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时后，使电池单元在10A的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。此时放电容量是57mAh。结果列于下表1。
表1
100mA放电时的电池单元容量a(mAh) 负极全容量b(mAh) 能量密度(Wh/l) 10A下的放电容量(mAh) 容量保持率(％) a/b
实例1 105 497 14.0 57 54 0.21
(实例2)
以与实例1相同的方式组装三块电池单元作为薄膜型电容器，但是使用涂覆的负极2使压制的负极总厚度(两面上负极层的厚度、两面上导电层的厚度以及负极集电体的厚度之和)为188μm，并使用涂覆的正极2使压制的正极总厚度(两面上正极层的厚度、两面上导电层的厚度以及正极集电体的厚度之和)为209μm。
正极和负极的数量各为八片，电池单元厚度为4.3mm。180μm厚的金属锂箔压力附着到80μm厚的不锈钢网上，基于负极活性材料重量，用作为400mAh/g的金属锂，一片这样的材料对着负极放在电极叠层单元的最外部。正极活性材料的重量是负极活性材料重量的0.72倍。
(电池单元特性评价)
使电池单元在室温下经过14天之后，分解一块电池单元。因为金属锂完全耗尽，所以可判断出：锂离子预充电以使单位重量负极活性材料获得650F/g或以上的电容。负极活性材料与正极活性材料的单位重量电容之比为7.41。
剩余两块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。然后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。然后，电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。重复3.6V到1.8V的循环，第三次循环时两块电池单元放电容量的平均值是104mAh(放电时间是1.04小时)。此外，当电池单元的垂直长度为100mm、水平长度为50mm时，其能量密度是13.1Wh/l。
对电池单元容量评价后，一块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。随后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。然后在氩气箱中分解电池单元，这样不会使正负极之间短路，取出八片负极。随后，用各负极作为工作电极、金属锂作为反电极和参比电极，通过试装，组装成三电极电池单元。电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至负极电位达到1.5V。负极全容量b是八片负极的总放电容量，为706mAh。
剩下的那块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。然后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时后，使电池单元在10A的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。此时放电容量是59 mAh。结果列于下表2。
表2
100mA放电时的电池单元容量a(mAh) 负极全容量b(mAh) 能量密度(Wh/l) 10A下的放电容量(mAh) 容量保持率(％) a/b
实例2 104 706 13.1 59 57 0.15
(实例3)
以与实例1相同的方式组装三块电池单元作为薄膜型电容器，但是使用涂覆的负极3使压制的负极总厚度(两面上负极层的厚度、两面上导电层的厚度以及负极集电体的厚度之和)为137μm，并使用涂覆的正极3使压制的正极总厚度(两面上正极层的厚度、两面上导电层的厚度以及正极集电体的厚度之和)为219μm。
正极和负极的数量各为八片，电池单元厚度为3.9mm。110μm厚的金属锂箔压力附着到80μm厚的不锈钢网上，基于负极活性材料重量，用作为400mAh/g的金属锂，一片这样的材料对着负极放在电极叠层单元的最外部。正极活性材料的重量是负极活性材料重量的1.21倍。
(电池单元特性评价)
使电池单元在室温下经过14天之后，分解一块电池单元。因为金属锂完全耗尽，所以可判断出：锂离子预充电以使单位重量负极活性材料获得650F/g或以上的电容。负极活性材料与正极活性材料的单位重量电容之比为7.41。
剩余两块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。然后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。然后，电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。
重复3.6V到1.8V的循环，第三次循环时两块电池单元放电容量的平均值是105mAh(放电时间是1.05小时)。此外，当电池单元的垂直长度为100mm、水平长度为50mm时，其能量密度是15.7Wh/l。
对电池单元容量评价后，一块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。随后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。然后在氩气箱中分解电池单元，这样不会使正负极之间短路，取出八片负极。随后，用各负极作为工作电极、金属锂作为反电极和参比电极，通过试装，组装成三电极电池单元。电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至负极电位达到1.5V。负极全容量b是八片负极的总放电容量，为401mAh。
剩下的那块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。然后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时后，使电池单元在10A的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。此时放电容量是55mAh。结果列于下表3。
表3
100mA放电时的电池单元容量a(mAh) 负极全容量b(mAh) 能量密度(Wh/l) 10A下的放电容量(mAh) 容量保持率(％) a/b
实例3 105 401 14.5 55 52 0.26
(对比例1)
以与实例1相同的方式组装三块电池单元作为薄膜型电容器，但是使用涂覆的负极4使压制的负极总厚度(两面上负极层的厚度、两面上导电层的厚度以及负极集电体的厚度之和)为116μm，并使用涂覆的正极4使压制的正极总厚度(两面上正极层的厚度、两面上导电层的厚度以及正极集电体的厚度之和)为227μm。正极和负极的数量各为八片，电池单元厚度为3.8mm。
90μm厚的金属锂箔压力附着到80μm厚的不锈钢网上，基于负极活性材料重量，用作为400mAh/g的金属锂，一片这样的材料对着负极放在电极叠层单元的最外部。正极活性材料的重量是负极活性材料重量的1.66倍。
(电池单元特性评价)
使电池单元在室温下经过14天之后，分解一块电池单元。因为金属锂完全耗尽，所以可判断出：锂离子预充电以使单位重量负极活性材料获得650F/g或以上的电容。负极活性材料与正极活性材料的单位重量电容之比为7.41。
剩余两块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。然后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。然后，电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。重复3.6V到1.8V的循环，第三次循环时两块电池单元放电容量的平均值是106mAh(放电时间是1.06小时)。
对电池单元容量评价后，一块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。随后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。然后在氩气箱中分解电池单元，这样不会使正负极之间短路，取出八片负极。
随后，用各负极作为工作电极、金属锂作为反电极和参比电极，通过试装，组装成三电极电池单元。电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至负极电位达到1.5V。负极全容量b是八片负极的总放电容量，为298mAh。
剩下的那块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。然后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时后，使电池单元在10A的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。此时放电容量是49mAh。结果列于下表4。
表4
100mA放电时的电池单元容量a(mAh) 负极全容量b(mAh) 能量密度(Wh/l) 10A下的放电容量(mAh) 容量保持率(％) a/b
对比例1 106 298 16.4 49 46 0.36
(对比例2)
以与实例1相同的方式组装三块电池单元作为薄膜型电容器，但是使用涂覆的负极5使压制的负极总厚度(两面上负极层的厚度、两面上导电层的厚度以及负极集电体的厚度之和)为101μm，并使用涂覆的正极5使压制的正极总厚度(两面上正极层的厚度、两面上导电层的厚度以及正极集电体的厚度之和)为241μm。正极和负极的数量各为八片，电池单元厚度为3.7mm。
70μm厚的金属锂箔压力附着到80μm厚的不锈钢网上，基于负极活性材料重量，用作为400mAh/g的金属锂，一片这样的材料对着负极放在电极叠层单元的最外部。正极活性材料的重量是负极活性材料重量的2.33倍。
(电池单元特性评价)
使电池单元在室温下经过14天之后，分解一块电池单元。因为金属锂完全耗尽，所以可判断出：锂离子预充电以使单位重量负极活性材料获得650F/g或以上的电容。负极活性材料与正极活性材料的单位重量电容之比为7.41。
剩余两块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。然后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。然后，电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。
重复3.6V到1.8V的循环，第三次循环时两块电池单元放电容量的平均值是105mAh(放电时间是1.05小时)。此外，当电池单元的垂直长度为100mm、水平长度为50mm时，其能量密度是16.5Wh/l。
对电池单元容量评价后，一块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。随后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。然后在氩气箱中分解电池单元，这样不会使正负极之间短路，取出八片负极。
随后，用各负极作为工作电极、金属锂作为反电极和参比电极，通过试装，组装成三电极电池单元。电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至负极电位达到1.5V。负极全容量b是八片负极的总放电容量，为222mAh。
剩下的那块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。然后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时后，使电池单元在10A的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。此时放电容量是41mAh。结果列于下表5。
表5
100mA放电时的电池单元容量a(mAh) 负极全容量b(mAh) 能量密度(Wh/l) 10A下的放电容量(mAh) 容量保持率(％) a/b
对比例2 105 222 15.3 41 39 0.47
(实例4)
以与实例1相同的方式组装三块电池单元作为薄膜型电容器，但是使用涂覆的负极6使压制的负极总厚度(两面上负极层的厚度、两面上导电层的厚度以及负极集电体的厚度之和)为233μm，并使用涂覆的正极6使压制的正极总厚度(两面上正极层的厚度、两面上导电层的厚度以及正极集电体的厚度之和)为205μm。正极和负极的数量各为八片，电池单元厚度为4.7 mm。
150μm厚的金属锂箔压力附着到80μm厚的不锈钢网上，基于负极活性材料重量，用作为500mAh/g的金属锂，两片这样的材料对着负极放在电极叠层单元的顶端和底部。正极活性材料的重量是负极活性材料重量的0.53倍。
(电池单元特性评价)
使电池单元在室温下经过14天之后，分解一块电池单元。因为金属锂完全耗尽，所以可判断出：锂离子预充电以使单位重量负极活性材料获得748F/g或以上的电容。负极活性材料与正极活性材料的单位重量电容之比为8.50。
剩余两块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。随后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。然后，电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。
重复3.6V到1.8V的循环，第三次循环时两块电池单元放电容量的平均值是102mAh(放电时间是1.02小时)。此外，当电池单元的垂直长度为100mm、水平长度为50mm时，其能量密度是12.4Wh/l。
对电池单元容量评价后，一块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。随后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。然后在氩气箱中分解电池单元，这样不会使正负极之间短路，取出八片负极。
随后，用各负极作为工作电极、金属锂作为反电极和参比电极，通过试装，组装成三电极电池单元。电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至负极电位达到1.5V。负极全容量b是八片负极的总放电容量，为1098mAh。
剩下的那块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。然后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时后，使电池单元在10A的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。此时放电容量是61mAh。结果列于下表6。
表6
100mA放电时的电池单元容量a(mAh) 负极全容量b(mAh) 能量密度(Wh/l) 10A下的放电容量(mAh) 容量保持率(％) a/b
实例4 102 1098 12.4 61 60 0.09
(实例5)
(负极硬质碳浆液的制造方法)
将平均粒径为20μm的粉末状酚醛树脂(商品名Bellpearl R800，Kanebo Ltd.生产)放入电炉中，在氮气环境下，以50℃/小时的升温速度把温度升高到600℃并在此温度保持5小时。进一步，以80℃/小时的升温速度把温度升高到1200℃并在此温度保持10小时，随后冷却。由此制成硬质碳样品。
如此获得的样品在球磨机中研磨以调整粒径。由此得到平均粒径为15μm的硬质碳粉末。用BET方法测得该粉末的比表面积值为8m2/g。
以重量计，把92份硬质碳粉末、4份乙炔黑粉末、4份SBR、1.2份羰甲基纤维素和120份离子交换水以此组成充分混合，得到浆液。
(负极单位重量电容的测量)
把固含量约7mg/cm2的负极硬质碳浆液涂覆到18μm厚的铜箔的一面上，随后干燥和压紧。由此获得硬质碳电极。切出四个1.5×2.0cm2大小的负极，用作评价负极。
负极与作为反电极的1.5×2.0cm2大小、200μm厚的金属锂叠层，并用50μm厚的由聚乙烯制成的无纺织物置于其间作为隔板，从而组装成两个模拟电池单元。用金属锂作为参比电极。用LiPF6溶于碳酸丙烯酯所形成的浓度为1mol/l的溶液作为电解质溶液。
随后，基于负极活性材料的重量，在1mA的充电电流下充电400mAh/g的锂离子，然后该电池单元在1mA下放电到1.5V。从放电开始1分钟后的负极电位到电位改变0.2V所需要的放电时间可知：负极单位重量的电容是8426F/g。
(负极7的制造方法)
把非水性碳基导电涂料(Acheson(日本)Limited生产：EB-815)喷射并涂覆在32μm厚(50％的孔隙率)的铜制多孔金属网(购自Nippon Metal Industry Co.，Ltd.)的两面上，然后干燥。由此得到其上形成了导电层的负极集电体。
总厚度(集电体的厚度和导电层的厚度之和)为49μm，并且几乎所有的通孔都被导电材料闭塞。硬质碳浆液用辊涂机成型于负极集电体的两面上，随后压紧。于是得到负极总厚度(两面上负极层的厚度、两面上导电层的厚度以及负极集电体的厚度之和)为168μm的负极7。
(制备电池单元)
以与实例1相同的方式组装三块电池单元作为薄膜型电容器，但是使用168μm厚的负极7，并使用经涂覆的正极7使压制的正极总厚度(两面上正极层的厚度、两面上导电层的厚度以及正极集电体的厚度之和)为197μm，与实例1同。正极和负极的数量各为八片，电池单元厚度为4.0mm。
150μm厚的金属锂箔压力附着到80μm厚的不锈钢网上，基于负极活性材料重量，用作为400mAh/g的金属锂，一片这样的材料对着负极放在电极叠层单元的最外部。正极活性材料的重量是负极活性材料重量的0.78倍。
(电池单元特性评价)
使电池单元在室温下经过14天之后，分解一块电池单元。因为金属锂完全耗尽，所以可判断出：锂离子预充电以使单位重量负极活性材料获得8420F/g或以上的电容。负极活性材料与正极活性材料的单位重量电容之比为95.8。
剩余两块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V，再对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。随后，电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。
重复3.6V到1.8V的循环，第三次循环时两块电池单元放电容量的平均值是107mAh(放电时间是1.07小时)。此外，当电池单元的垂直长度为100mm、水平长度为50mm时，其能量密度是14.4Wh/l。
对电池单元容量评价后，一块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。随后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。然后在氩气箱中分解电池单元，这样不会使正负极之间短路，取出八片负极。
随后，用各负极作为工作电极、金属锂作为反电极和参比电极，通过试装，组装成三电极电池单元。电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至负极电位达到1.5V。负极全容量b是八片负极的总放电容量，为927mAh。
剩下的那块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。然后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时后，使电池单元在10A的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。此时放电容量是68mAh。结果列于下表7。
表7
100mA放电时的电池单元容量a(mAh) 负极全容量b(mAh) 能量密度(Wh/l) 10A下的放电容量(mAh) 容量保持率(％) a/b
实例5 107 927 14.4 68 64 0.12
(对比例3)
以与实例1相同的方式组装三块电池单元作为薄膜型电容器，但是使用涂覆的负极8使压制的负极总厚度(两面上负极层的厚度、两面上导电层的厚度以及负极集电体的厚度之和)为453μm，并使用经涂覆的正极8使压制的正极总厚度(两面上正极层的厚度、两面上导电层的厚度以及正极集电体的厚度之和)为200μm。
正极和负极的数量各为八片，电池单元厚度为6.7mm。255μm厚的金属锂箔压力附着到80μm厚的不锈钢网上，基于负极活性材料重量，用作为500mAh/g的金属锂，两片这样的材料对着负极放在电极叠层单元的顶端和底部。正极活性材料的重量是负极活性材料重量的0.23倍。
(电池单元特性评价)
使电池单元在室温下经过14天之后，分解一块电池单元。因为金属锂完全耗尽，所以可判断出：锂离子预充电以使单位重量负极活性材料获得748F/g或以上的电容。负极活性材料与正极活性材料的单位重量电容之比为8.50。
剩余两块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。然后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。随后，电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。重复3.6V到1.8V的循环，第三次循环时两块电池单元放电容量的平均值是103mAh(放电时间是1.03小时)。此外，当电池单元的垂直长度为100mm、水平长度为50mm时，其能量密度是8.30Wh/l。
对电池单元容量评价后，一块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。随后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时。然后在氩气箱中分解电池单元，这样不会使正负极之间短路，取出八片负极。随后，用各负极作为工作电极、金属锂作为反电极和参比电极，通过试装，组装成三电极电池单元。电池单元在100mA的恒定电流下放电，直至负极电位达到1.5V。负极全容量b是八片负极的总放电容量，为2625mAh。
剩下的那块电池单元在1000mA的恒定电流下充电，直至电池单元电压达到3.6V。然后对电池单元进行恒电流-恒电压充电，连续施加3.6V的恒定电压1小时后，使电池单元在10A的恒定电流下放电，直至电池单元电压达到1.8V。此时放电容量是56mAh。结果列于下表8。
表8
100mA放电时的电池单元容量a(mAh) 负极全容量b(mAh) 能量密度(Wh/l) 10A下的放电容量(mAh) 容量保持率(％) a/b
对比例3 103 2625 8.3 56 54 0.04
如对比例3中，当0.05＞a/b时，虽然在10A下放电后的容量保持率很高，但是负极太厚使能量密度明显下降。

Claims (3)

1.一种有机电解质电容器，包括：
正极，
负极，及
能够传导锂离子的电解质，其中
所述正极能够可逆地承载锂离子和阴离子；
所述负极能够可逆地承载锂离子；以及
把已充电状态的所述有机电解质电容器经过1±0.25小时，放电到充电电压一半时的电池单元容量记为a，单位是mAh，把已充电状态的所述负极放电到1.5V时的负极全容量记为b，单位是mAh，然后控制正极活性材料和负极活性材料的比例使之满足0.05≤a/b≤0.3，
其中，单位重量所述负极活性材料的电容是单位重量所述正极活性材料电容的三倍或以上，以及
所述负极活性材料的重量大于所述正极活性材料的重量。
2.根据权利要求1所述的有机电解质电容器，其中
所述锂离子已预先承载到所述负极和/或所述正极上。
3.根据权利要求1所述的有机电解质电容器，还包括：
正极集电体和负极集电体，其中
各集电体设有贯穿正反面的通孔；以及
通过与对着所述负极和/或所述正极设置的锂极进行电化学接触而使所述锂离子承载到所述负极和/或所述正极上。
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