CN207676806U - 接触嵌锂型锂离子超级电容器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种接触嵌锂型锂离子超级电容器，包括正极集流体、正极材料、隔膜、负极材料、锂箔，以及金属网负极集流体，利用金属锂柔软易延展的机械特性，通过将锂箔压合金属网集流体的结构，使得金属网与锂箔构成内嵌加固的整体结构，改善了锂箔在电极加工中耐拉伸性能低、难以薄化加工和控制预嵌锂量的不足；便于负极浆料涂布时在集流体表面铺展、成膜；使得负极活性材料在涂布于负极集流体之上的同时即可以和锂箔接触，便于实现接触预嵌锂；提升负极集流体因电容器过放电时负极电位升高造成的负极集流体氧化溶解的耐受度，提升负极集流体在电解质中的电化学稳定性，增加电容器的充放电循环稳定性。

Description

接触嵌锂型锂离子超级电容器

技术领域

本实用新型涉及超级电容器领域，尤其涉及一种接触预嵌锂型锂离子超级电容器。

背景技术

超级电容器又称电化学电容器,其作为一种新型的储能器件,电荷存储能力远高于常规物理电容器,且充放电速度、效率和安全性优于蓄电池.

锂离子超级电容器集合了锂离子电池和传统超级电容器的优势，可以在高功率密度、长寿命和宽工作温度的同时获得传统超级电容器3-5倍的能量密度。锂离子超级电容器一般正极采用电容材料，是能量密度限制的主要因素，活性炭是选择最多的材料。这是由于活性炭具有较大的表面积以及良好的导电性，可以满足离子快速的吸附脱附过程。负极一般采用预嵌锂的电池负极，是功率密度限制的主要因素，主要包括预嵌锂的碳材料如硬碳、软碳和石墨以及锂的金属氧化物等。预嵌入的锂可以在首次充电过程中补充电解液中消耗的部分离子，并且保持负极电势处于一个相对较低的值，进而可以保持负极材料的稳定性以及增大电容器的循环使用寿命。同时，预嵌入的锂也可以提升电容器的工作电势范围，从而有效提升锂离子超级电容器整体的容量和能量密度。因此，锂离子电容器负极的锂补偿预锂化问题是电源系统性能的进一步提升的关键。然而现有的预嵌锂方式中，电化学预锂化技术，工艺周期长；金属锂粉的预掺杂预锂化，则受收到锂粉的生产和加工等安全性问题的限制。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种接触嵌锂型锂离子超级电容器，它可以实现接触预嵌锂，结构简单、安全性好，且增加了电容器的循环稳定性。

实现上述目的的技术方案是：本实用新型的一种接触嵌锂型锂离子超级电容器，请参阅图1，包括正极集流体101、正极材料102、隔膜103、负极材料 104、负极集流体105、锂箔106；其中：

所述正极材料位于正极集流体101表面构成电容器正极；锂箔压合于负极集流体，使锂箔内嵌在负极集流体之中，负极材料位于负极集流体表面，构成电容器负极。

将正极、隔膜、负极依次层叠放置，构成电容器。

上述的接触嵌锂型锂离子超级电容器，其中，所述正极集流体101，可以是铝箔、镍箔、不锈钢箔中的一种，厚度为5-30um；

上述的接触嵌锂型锂离子超级电容器，其中，所述负极集流体105，为金属网、金属可以是铜箔、镍箔、不锈钢箔中的一种，厚度为10-1000um，丝径为5-500um，网孔为0.05-5mm；

上述的接触嵌锂型锂离子超级电容器，其中，所述正极材料102由高比表面积多孔碳材料80-95％，比表面积1500-3500m2/g，混合了导电添加剂3-10％、粘接剂3-10％，构成浆料，浆料涂布于正极集流体101后经干燥，压实，厚度为20-200um，得到电容器正极；

上述的接触嵌锂型锂离子超级电容器，其中，所述负极材料104由石墨类软碳材料80-95％，混合了导电添加剂3-10％、粘接剂3-10％，构成浆料，涂布于压合了锂箔106后的负极集流体105后经干燥，压实，得到电容器负极。

上述的石墨类软碳材料，其特征在于，是天热石墨、沥青焦炭、中间相碳微球中的一种或几种的组合

上述的接触嵌锂型锂离子超级电容器，其中，所述锂箔106，为金属锂，厚度为10-50um。

上述的接触嵌锂型锂离子超级电容器，其中，所述隔膜103，厚度为5-100 um，可以是聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯，聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚酰胺，聚酰亚胺，纤维素，玻璃纤维等制成的多孔薄膜。

下面将结合附图2对本实用新型作进一步说明。

本实用新型的接触嵌锂型锂离子超级电容器的制造工艺是：

正极集流体101的表面上涂布厚度为20-200μm的正极材料102，可在正极集流体的单面或双面涂布；

负极集流体105上压合锂箔106，采用双辊压膜机辊压，速度为0.5-5m/min，压力10-100t，此过程于水分含量<100ppm环境下进行；

负极材料104涂布于压合了锂箔106后的负极集流体105，可在集流体的单面或双面涂布，此过程于真空环境下进行。

将电容器正极和负极各自切割成一定尺寸，如5cm×10cm，沿一侧将具有0.5mm宽度的所述正极材料和负极材料的部分去除从而形成露出集流体的部分。将由铝制成的正极引线109，焊接至露出的正极集流体的部分；将由镍制成的负极引线110，焊接至露出的负极集流体的部分。

在制造的正极和负极中，将隔膜103，置于之间，构成单元电容器层，并可根据需要多层堆叠实现电容量的改变。使所制得的电容器层容纳在铝塑膜软包装壳中，铝塑壳108。随后，将电解质107倒入铝塑壳108中使得用电解质对正极、负极和隔膜进行浸渍。

电解质107，为,0.5-3mol/L的浓度含有LiFSI作为锂盐的EMIFSI溶液，或其它含有锂盐溶质的有机溶液或离子液体电解质。

最后，使用真空封口机在减小压力的同时将电容器壳密封。由此，制作成接触嵌锂型锂离子超级电容器。

本实用新型的接触嵌锂型锂离子超级电容器的优点是：采用金属网作为负极集流体，利用金属锂柔软易延展的机械特性，通过将锂箔压合金属网集流体的结构，使得金属网与锂箔构成内嵌加固的整体结构，改善了锂箔在电极加工中耐拉伸性能低、难以薄化加工和控制预嵌锂量的不足；便于负极浆料涂布时在集流体表面铺展、成膜；使得负极活性材料在涂布于负极集流体之上的同时即可以和锂箔接触，便于实现接触预嵌锂；由于金属网的网孔空间结构，可以有效减缓充放电过程中电极材料脱、嵌锂造成的电极体积膨胀，提升电极的循环性能；由于锂金属的化学活性，可以提升负极集流体因电容器过放电时负极电位升高造成的负极集流体氧化溶解的耐受度，降低集流体电压，作为牺牲阳极提升负极集流体在电解质中的电化学稳定性，增加电容器的充放电循环稳定性；相比通常使用的金属锂粉来实现预嵌锂的工艺，本实用新型避免了金属锂粉的高化学活性导致易燃易爆的危险。本实用新型结构简单、安全性好，具有非常重要的实际意义和应用价值。

附图说明

图1是本实用新型的接触嵌锂型锂离子超级电容器的层面单元结构图。

图2是本实用新型的接触嵌锂型锂离子超级电容器的整体层叠结构图。

具体实施方式

下述实施例提供一种接触嵌锂型锂离子超级电容器：

实施例1

正极集流体101为铝箔；正极材料102由比表面积1800m2/g的活性炭90％，混合了导电炭黑5％、粘接剂PTFE乳液5％，构成浆料，浆料涂布于正极集流体后干燥，压实，双面涂布，厚度各为50um，得到电容器正极；负极集流体105为铜网，厚度45um，丝径25um，网孔0.2mm；其上压合锂箔106，厚度15um，采用双辊压膜机辊压，速度为2m/min，压力50t，于水分含量<100 ppm环境下进行；负极材料104，由石墨90％，混合了导电炭黑5％、粘接剂 PTFE乳液5％，构成浆料，浆料涂布于压合了锂箔106后的负极集流体105 后干燥，压实，双面涂布，厚度各为30um，得到电容器负极，此过程于真空环境下进行；将电容器正极和负极各自切割成5cm×10cm尺寸，沿一侧将具有0.5mm宽度的所述正极材料和负极材料的部分去除从而形成露出集流体的部分，铝线109，焊接至露出的正极集流体的部分；镍线110，焊接至露出的负极集流体的部分；在正极和负极中，将隔膜103(聚乙烯多孔隔膜)，置于之间，构成单元电容器层，并多层堆叠；使所制得的电容器层容纳在铝塑壳108 中。随后，将电解质107(LiPF6的碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯体积比1:1的溶液)，倒入铝塑壳108中使得用电解质对正极、负极和隔膜进行浸渍；最后，将电容器壳密封，制作成接触嵌锂型锂离子超级电容器。

实施例2

正极集流体101为铝箔；正极材料102由比表面积2200m2/g的活性炭85％，混合了导电炭黑10％、粘接剂PTFE乳液5％，构成浆料，浆料涂布于正极集流体后干燥，压实，双面涂布，厚度各为60um，得到电容器正极；负极集流体105为镍网，厚度30um，丝径15um，网孔0.2mm；其上压合锂箔106，厚度10um，采用双辊压膜机辊压，速度为1m/min，压力40t，于水分含量<100 ppm环境下进行；负极材料104，由沥青焦炭90％，混合了乙炔黑5％、粘接剂PVDF5％，构成浆料，浆料涂布于压合了锂箔106后的负极集流体105后干燥，压实，双面涂布，厚度各为40um，得到电容器负极，此过程于真空环境下进行；将电容器正极和负极各自切割成10cm×10cm尺寸，沿一侧将具有0.5mm宽度的所述正极材料和负极材料的部分去除从而形成露出集流体的部分，铝线109，焊接至露出的正极集流体的部分；镍线110，焊接至露出的负极集流体的部分；在正极和负极中，将隔膜103(聚丙烯多孔隔膜)，置于之间，构成单元电容器层，并多层堆叠；使所制得的电容器层容纳在铝塑壳108 中。随后，将电解质107(1.0mol/L，LiPF6/碳酸亚乙酯+碳酸二甲酯)+碳酸乙甲酯)，倒入铝塑壳108中使得用电解质对正极、负极和隔膜进行浸渍；最后，将电容器壳密封，制作成接触嵌锂型锂离子超级电容器。

实施例3

正极集流体101为不锈钢箔；正极材料102由比表面积2800m2/g的活性炭92％，混合了导电炭黑3％、粘接剂PTFE乳液5％，构成浆料，浆料涂布于正极集流体后干燥，压实，双面涂布，厚度各为25um，得到电容器正极；负极集流体105为不锈钢网，厚度20um，丝径10um，网孔0.3mm；其上压合锂箔106，厚度12um，采用双辊压膜机辊压，速度为2m/min，压力60t，于水分含量<100ppm环境下进行；负极材料104，由中间相碳微球80％，混合了科琴黑10％、粘接剂PVDF10％，构成浆料，浆料涂布于压合了锂箔106后的负极集流体105后干燥，压实，双面涂布，厚度各为60um，得到电容器负极，此过程于真空环境下进行；将电容器正极和负极各自切割成5cm×8cm 尺寸，沿一侧将具有0.5mm宽度的所述正极材料和负极材料的部分去除从而形成露出集流体的部分，铝线109，焊接至露出的正极集流体的部分；镍线110，焊接至露出的负极集流体的部分；在正极和负极中，将隔膜103(玻璃纤维多孔隔膜)，置于之间，构成单元电容器层，并多层堆叠；使所制得的电容器层容纳在铝塑壳108中。随后，将电解质107(1mol/L的LiFSI溶于EMIFSI)，倒入铝塑壳108中使得用电解质对正极、负极和隔膜进行浸渍；最后，将电容器壳密封，制作成接触嵌锂型锂离子超级电容器。

以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (7)

1.一种接触嵌锂型锂离子超级电容器，包括正极集流体(101)、正极材料(102)、隔膜(103)、负极材料(104)、负极集流体(105)、锂箔(106)、电解质(107)、铝塑壳(108)、正极引线(109)、负极引线(110)；其特征在于，所述正极材料(102)涂布于正极集流体的一面正反两面，构成电容器正极；负极材料(104)涂布于负极集流体(105)的一面或正反两面，构成电容器负极；正极、隔膜(103)、负极依次层叠放置；将正极引线(109)，焊接至露出的正极集流体(101)；将负极引线(110)，焊接至负极集流体(105)；层叠放置的正极、负极、隔膜(103)置于铝塑壳(108)内，并在铝塑壳(108)内充满电解质(107)，构成电容器。

2.根据权利要求1所述的接触嵌锂型锂离子超级电容器，其特征在于，所述正极集流体(101)，厚度为5-30um。

3.根据权利要求1所述的接触嵌锂型锂离子超级电容器，其特征在于，所述正极材料(102)，厚度为20-200um。

4.根据权利要求1所述的接触嵌锂型锂离子超级电容器，其特征在于，所述负极材料(104)，厚度为20-500um。

5.根据权利要求1所述的接触嵌锂型锂离子超级电容器，其特征在于，所述负极集流体(105)，为金属网，厚度为10-1000um，丝径为5-500um，网孔为0.01-5mm。

6.根据权利要求1所述的接触嵌锂型锂离子超级电容器，其特征在于，所述锂箔(106)，厚度为10-50um。

7.根据权利要求1所述的接触嵌锂型锂离子超级电容器，其特征在于，所述隔膜(103)，厚度为5-100um。