CN203644570U - 一种长寿命补偿式锂离子电容器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种长寿命补偿式锂离子电容器，包括锂辅助电极、正极、负极、隔膜、电解液，电容器单元可以采用叠层或卷绕结构，其特征在于锂单独构成一个辅助电极，该电极通过集流体和极耳引出。本实用新型锂离子电容器的锂辅助电极可以多次向负极补偿锂离子，有效解决负极在反复充放电过程中由于负极锂离子自放电或迁移出造成的容量衰减问题，解决锂离子电容器循环寿命短的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电化学储能器件，特别涉及一种长寿命补偿式锂离子电容器。
背景技术
随着社会的发展，人类即面临着煤、石油等不可再生能源的日益枯竭，也面临着严重的环境污染问题。以太阳能、风能等为代表的新能源领域，以及采用高性能储能元器件代替石油驱动汽车以实现减排的电动汽车行业，对储能装置的能量密度、功率密度和使用寿命提出了更加深刻的要求。
锂离子电容器是一种新型储能器件，正极与负极充放电原理不同。在设计上采用了双电层电容器和电化学储锂的原理，在构造上采用了锂离子电池的负极材料与双电层电容器的正极材料之组合（即负极采用石墨等储锂炭材料，正极采用活性炭）；锂离子电容器的工作电压（2.0～4.0 V）可以与锂离子电池相媲美，从而大大提高了电容器的能量密度（30 Wh/kg）；锂离子电容器具有与双电层电容器相似的快速充电速度，而能量密度却远高于双电层电容器（< 5 Wh/kg），自放电也小；相比锂离子电池，锂离子电容器的安全性也更高。在太阳能发电、风力发电、电动汽车、不间断电源系统(UPS)、建设工程电梯等领域中，展示了很好的应用前景。
在以锂盐为电解质的电解液中，正极活性炭的开路电位为 ~ 3V vs. Li+/Li，负极石墨材料的开路电位也为 ~ 3 V vs. Li+/Li，且石墨材料的嵌锂容量是活性炭材料的5 倍左右。
为了使该体系下的锂离子电容器能够正常稳定工作，且能量密度最大化，一般采用预嵌锂方式，将石墨电位降到嵌锂平台0.2 V vs. Li+/Li 以下，再与正极活性炭组合构成锂离子电容器。
但目前存在的问题是，在反复的充放电过程中，由于负极石墨中的锂离子缓慢的自放电或迁移出石墨层，造成石墨一端电势对金属锂逐渐升高，此时为了保持恒定的工作电压，正极活性炭的电位也在逐渐上升（> 0.2 V vs. Li+/Li），从而锂离子电容器的容量开始衰减，相应的能量密度逐渐降低，严重影响了锂离子电容器的长期使用寿命。
发明内容
本实用新型的目的就是要提供一种具有长寿命补偿式锂离子电容器。
本实用新型的目的是这样实现的，该锂离子电容器包括锂辅助电极、正极、负极、
隔膜、电解液，电容器单元可以采用叠层或卷绕结构，所述的锂单独构成一个辅助电极，该
电极通过集流体和极耳引出。
所述的锂离子电容器，锂可以为金属单质锂，其形态可以为片状、粉末。
所述的锂离子电容器，锂辅助电极是将金属单质锂压实并填充于铜网、钛网或不锈
钢网等集流体上，并通过极耳引出，形成单独的辅助电极。
所述锂离子电容器，锂辅助电极在电容器单元中的位置，若采用多层叠片结构，锂辅
助电极可以位于电芯的最外一端，也可以位于叠片结构中的多层；若采用卷绕结构，锂辅助
电极可以位于电芯的最中间位置或外侧。
本实用新型具有以下优点和积极效果：
本实用新型中，当锂离子电容器在反复充放电使用过程中，当负极锂离子由于自放电或迁移
出石墨层时，可以将负极石墨与锂辅助电极构成回路，多次通过向石墨电极中补偿锂离子，
从而达到石墨电极电势始终保持在 0.2 vs. Li+/Li 以下平台工作，锂离子电容器的容量得以
保持，能量密度得以维持，大大延长了电容器的长期有效使用寿命。
附图说明
附图1 为本实用新型一种采用叠片结构组成的补偿式锂离子电容器结构单元，锂辅
助电极位于电芯的最外一端。图中1为锂辅助电极，2为正极，3为负极，4为隔膜，5为极耳，6为电解液，外壳，1a为辅助电极集流体，2a为正极集流体，3a为负极集流体，5a为正极极耳，5b为负极极耳，5c为辅助电极极耳。
附图2 为本实用新型另外一种采用叠片结构组成的补偿式锂离子电容器结构单元，锂辅助电极位于电芯中多个位置。图中1为锂辅助电极，2为正极，3为负极，4为隔膜，5为极耳，6为电解液，外壳，1a为辅助电极集流体，2a为正极集流体，3a为负极集流体，5a为正极极耳，5b为负极极耳，5c为辅助电极极耳。
附图3 为本实用新型一种采用卷绕结构组成的补偿式锂离子电容器结构单元，锂辅
助电极位于电芯中央位置。图中1为锂辅助电极，2为正极，3为负极，4为隔膜，5为极耳，6为电解液，外壳，1a为辅助电极集流体，2a为正极集流体，3a为负极集流体，5a为正极极耳，5b为负极极耳，5c为辅助电极极耳。
具体实施方式
实施例1
图1 所示的一种采用叠片结构组成的补偿式锂离子电容器单元，该锂离子电容器包括锂辅助电极1、正极2、负极3、隔膜4、极耳5、电解液，外壳6。
所述的锂辅助电极1 位于电容器的最外一端。
电容器单元按照锂辅助电极1/隔膜4/负极3/隔膜4/正极2/隔膜4/负极3/隔膜/正极
2……的方式交替组成。
实施例2
图3 所示的一种采用叠片结构组成的补偿式锂离子电容器单元，该锂离子电容器包括锂辅助电极1、正极2、负极3、隔膜4、极耳5、电解液，外壳6。
所述的锂辅助电极1 位于电容器的多个位置。
电容器单元按照锂辅助电极1/隔膜4/负极3/隔膜4/正极2/锂辅助电极1/隔膜4/负极
3/隔膜4/正极2……的方式交替组成。
实施例3
图3 所示的一种采用卷绕结构组成的补偿式锂离子电容器单元，该锂离子电容器包括锂源
1、正极2、负极3、隔膜4、极耳5、电解液，外壳6。
所述的锂源电极1 位于电容器的中央位置。
电容器单元按照锂辅助电极1/隔膜4/负极3/隔膜4/正极2/隔膜4/负极3/隔膜/正极
2……的方式交替组成。
本实用新型中锂源电极1、正极2 与负极3 的制造过程如下：
将金属单质锂片或锂粉体，按照固定尺寸和质量，压实并填充于铜网、钛网或不锈钢网等集
流体上，并通过极耳引出，形成单独的一个锂辅助电极1。
将活性炭材料、粘结剂、导电剂按一定比例混合均匀，刮涂或喷涂于多孔铝箔集流
体构成正极2；将石墨类材料、粘结剂、导电剂按一定比例混合均匀，刮涂或喷涂于多孔铜
箔集流体构成负极3。
电容器单元中，所有锂源电极经极耳通过焊接或其他方式连接在一起，所有正极经
极耳通过焊接或其他方式连接在一起，所有负极经极耳通过焊接或其他方式连接接在一起。
Claims (4)
1.一种长寿命补偿式锂离子电容器，包括锂辅助电极、正极、负极、隔膜、电解液，电容器单元采用叠层或卷绕结构，其特征在于：锂单独构成一个辅助电极，该电极通过集流体和极耳引出。
2.根据权利要求1 所述的锂离子电容器，其特征在于：锂为金属单质锂，其形态为片状或粉末。
3.根据权利要求1 所述的锂离子电容器，其特征在于：将锂压实并填充于铜网、钛网或不锈钢网集流体上，并通过极耳引出，形成单独的一个辅助电极。
4.根据权利要求1 所述的锂离子电容器，其特征在于：若电容器单元采用多层叠片结构，锂辅助电极位于电芯的最外一端，或位于叠片结构中多层；若电容器单元采用卷绕结构，锂辅助电极位于电芯的最中间位置或外侧。
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| CN107731541A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-02-23 | 东莞凯德新能源有限公司 | 一种圆柱形高功率锂离子电容器及其制备方法 |
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