锂离子超级电容器的生产方法及锂离子超级电容器技术

锂离子超级电容器的生产方法及锂离子超级电容器，将富锂化合物粉末与导电剂、粘合剂、溶剂混合制成浆料，涂覆在导电铝箔上制成锂源电极；将超级电容器的正极、负极、隔膜组装成电芯；将锂源电极放置在电芯一侧，或上、下两侧，放入封装壳内；锂源电极的极耳放置在封装壳的气袋一侧，往封装壳内注入锂盐电解液，然后热封边缘；以锂源电极为正极，电芯的负极为负极组成电对；将直流电源的正极与锂源电极连接，负极与电芯的负极连接；将所述电对充电至2.7～4.2V，维持充电电压恒压不低于1h，对电芯的负极预嵌锂；预嵌锂完成后，剪去封装壳的气袋，抽出锂源电极，然后再次封装电容器；锂源电极总容量为电芯的负极总容量的15%～50%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学储能
，尤其是涉及一种锂离子超级电容器的生产方法及采用该方法制备的锂离子超级电容器。
技术介绍
超级电容器是一种电化学储能器件，它具有高功率和长寿命的特点。目前，节能降耗及新能源技术成为世界关注的热点，超级电容器具有高功率和长寿命特性，在汽车节能和产业技术升级、新能源技术创新中可以发挥重要作用。但由于超级电容器储存能量小，对其使用普及受到极大的限制，因此提高超级电容器的能量密度是超级电容器
研发的重点。CN1926648A于2007年3月7日公开了一种锂离子电容器，具体公开了：一种锂离子电容器，具有正极、负极以及作为电解液的锂盐的非质子性有机溶剂电解质溶液，正极活性物质是能够可逆地承载锂离子和/或阴离子的物质，负极活性物质是能够可逆地承载锂离子的物质，正极和负极短路后的正极电位小于或等于2.0V，作为正极和负极，在分别具有贯穿正反面的孔的正极集电体和负极集电体的双面上，分别由正极活性物质和负极活性物质形成电极层，具有该正极和负极卷绕或层叠的电池结构，被卷绕或层叠的电极的最外部为负极。通过使与负极相对配置的锂离子供给源和负极和/或正极电化学接触，预先将锂离子承载在负极和/或正极中。该技术能提升电容器的能量密度。CN104008893A于2014年8月27日，公开了一种锂离子混合型电容器的制备方法及其锂离子混合型电容器。具体公开了：锂离子混合型电容器的制备方法，包括以下步骤：a）将电极极片和隔膜按照正极/隔膜/负极的顺序叠片或卷绕制成电芯；b）将电芯放入铝塑复合膜壳体中，将铝塑复合膜壳体的顶边和第一侧边热封口，电芯的正极和负极的极耳从顶边伸出铝塑复合膜壳体；c）金属锂电极放入铝塑复合膜壳体中，金属锂电极与电芯相邻放置并用隔膜隔开，金属锂电极的极耳从第二侧边伸出铝塑复合膜壳体；d）向铝塑复合膜壳体注入过量电解液，然后热封口铝塑复合膜壳体的第二侧边；e）以恒电流方式，以负极为工作电极，以金属锂电极为对电极，对负极进行预嵌锂；f）取出金属锂电极，倒出多余的电解液，真空热封口铝塑复合膜壳体的第二侧边，得到锂离子混合型电容器。预嵌锂工艺是锂离子超级电容器关键技术，目前普遍采用的是用金属锂电极作为锂源电极，如申请号为CN200580001498.2的专利，锂源电极是将金属锂压接在不锈钢网上，插入正负电极组的一侧或两侧，将锂源的不锈钢网集流体与负极集流体焊接在一起，注入电解液后密封，由于锂源与负极是短路状态，经长时间搁置后，锂金属被插进入负极。使用金属锂电极作为锂源电极，在制造和使用过程中存在安全性问题，如锂金属存放问题以及因金属锂没有被完全消耗在电容器内存在单质锂问题，此外，锂源集流体的存留增加了电容器的体积和重量，影响了电容器的能量密度和比能量。为了解决生产和使用过程中的安全性问题，如CN200710098687.7专利申请提出了一种新的预嵌锂方法，将非金属锂源按一定比例加入正极中，通过电容器活化使负极插入一定比例的锂离子，该工艺方法简单，适宜产品批量化生产，解决了由于存在单质锂而产生的安全性问题，但是由于在正极中存在富锂材料，从而使电容器的充放电电压范围缩小，影响了电容器的储存电量，同时，由于富锂材料的存在使多孔碳材料的承载量减少，也影响了锂离子电容器的静电容量。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提供一种在生产及使用过程中安全可靠，产品一致性好，能提高能量密度和比能量的锂离子超级电容器的生产方法及采用该方法制备的锂离子超级电容器。为了解决上述技术问题，一方面，本专利技术提供一种锂离子超级电容器的生产方法，包括以下步骤：将富锂化合物粉末与导电剂、粘合剂、溶剂混合制成浆料，涂覆在导电铝箔上，经烘干、辊压、焊接极耳，制成锂源电极；将超级电容器的正极、负极、隔膜组装成电芯；将所述锂源电极放置在所述电芯一侧，或上、下两侧，并用隔膜与电芯的电极隔离，放入封装壳内，电芯的正极极耳和负极极耳从封装壳内伸出；所述锂源电极的极耳放置在封装壳的气袋一侧，往封装壳内注入锂盐电解液，然后热封边缘；以锂源电极为正极，电芯的负极为负极组成电对；将直流电源的正极与锂源电极连接，将直流电源的负极与电芯的负极连接，按锂源电极活性物质的总容量值乘以0.05～0.2的系数计算出充电电流值，按计算得出的充电电流值将所述电对充电至2.7～4.2V，维持最高充电电压恒压不低于1h，对电芯的负极预嵌锂；预嵌锂完成后，剪去封装壳的气袋，抽出锂源电极，然后再次封装电容器；所述锂源电极活性物质的总容量为电芯的负极的活性物质的总容量的15%～50%。作为优选技术方案，本专利技术提供的锂离子超级电容器的生产方法，所述富锂化合物包括：LiMO2(M＝Co、Ni、Mn、Cu、Cr、Fe等)、LiMn2-xMxO4(当M＝Ni、Co、Cu时，0＜x＜1；当M＝Cr、Fe、V时，0＜x＜0.5)，LiNixM1-xO2(M＝Co、Mn、Cu、Cr、Fe、V、La、Al、Mg、Ga、Zn等，0＜x＜1)、LiNixMnyCozO2(x+y+z＝1)、LiFePO4、高铁酸锂、Li3-xMxN(M＝Co、Ni、Cu、Cr、V等，0＜x＜1)、Li7-xMnxN4(0＜x＜1)、Li3-xFexN2(0＜x＜1)、LixSiNy/LixSiO2Ny(0＜x＜9，0＜y＜5)以及锂硫复合物、锂聚合物。作为优选技术方案，本专利技术提供的锂离子超级电容器的生产方法，所述富锂化合物为LiFePO4、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiCoO4或LiMn2O4。作为进一步改进技术方案，本专利技术提供的锂离子超级电容器的生产方法，所述封装壳为用可密封包装的软质材料制成的封装壳。作为进一步改进技术方案，本专利技术提供的锂离子超级电容器的生产方法，所述封装壳为用铝塑膜制成的封装壳。为了解决上述技术问题，另一方面，本专利技术提供一种锂离子超级电容器，为采用前述任一项所述锂离子超级电容器的生产方法制得的锂离子超级电容器。本专利技术带来的有益效果：无金属单质锂存在，在生产及使用过程中安全可靠；锂源电极不留存在电容器中，增加了锂离子电容器的能量密度和比能量；预嵌锂量准确，产品一致性能够保障；最大限度的保证了锂离子电容器的工作电压范围；锂源电极成本低，制造容易。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是实施例锂离子超级电容器电极及锂源电极的结构示意图；图2是实施例锂离子超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子超级电容器的生产方法，包括以下步骤：将富锂化合物粉末与导电剂、粘合剂、溶剂混合制成浆料，涂覆在导电铝箔上，经烘干、辊压、焊接极耳，制成锂源电极；将超级电容器的正极、负极、隔膜组装成电芯；将所述锂源电极放置在所述电芯一侧，或上、下两侧，并用隔膜与电芯的电极隔离，放入封装壳内，电芯的正极极耳和负极极耳从封装壳内伸出；所述锂源电极的极耳放置在封装壳的气袋一侧，往封装壳内注入锂盐电解液，然后热封边缘；以锂源电极为正极，电芯的负极为负极组成电对；将直流电源的正极与锂源电极连接，将直流电源的负极与电芯的负极连接，按锂源电极活性物质的总容量值乘以0.05～0.2的系数计算出充电电流值，按计算得出的充电电流值将所述电对充电至2.7～4.2V，维持最高充电电压恒压不低于1h，对电芯的负极预嵌锂；预嵌锂完成后，剪去封装壳的气袋，抽出锂源电极，然后再次封装电容器；所述锂源电极活性物质的总容量为电芯的负极的活性物质的总容量的15%～50%。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子超级电容器的生产方法，包括以下步骤：将富锂化合物粉末与导电剂、粘
合剂、溶剂混合制成浆料，涂覆在导电铝箔上，经烘干、辊压、焊接极耳，制成锂源电极；将超
级电容器的正极、负极、隔膜组装成电芯；将所述锂源电极放置在所述电芯一侧，或上、下两
侧，并用隔膜与电芯的电极隔离，放入封装壳内，电芯的正极极耳和负极极耳从封装壳内伸
出；所述锂源电极的极耳放置在封装壳的气袋一侧，往封装壳内注入锂盐电解液，然后热封
边缘；以锂源电极为正极，电芯的负极为负极组成电对；将直流电源的正极与锂源电极连
接，将直流电源的负极与电芯的负极连接，按锂源电极活性物质的总容量值乘以0.05～0.2
的系数计算出充电电流值，按计算得出的充电电流值将所述电对充电至2.7～4.2V，维持最
高充电电压恒压不低于1h，对电芯的负极预嵌锂；预嵌锂完成后，剪去封装壳的气袋，抽出
锂源电极，然后再次封装电容器；所述锂源电极活性物质的总容量为电芯的负极的活性物
质的总容量的15%～50%。
2.根据权利要求1所述的锂离子超级电容器的生产方法，其特征在于：所述富锂化合物
包括：LiMO2(M＝Co、Ni、Mn、Cu、Cr、Fe等)、LiMn2-xM...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国庆，谢镕安，林忠富，
申请(专利权)人：谢镕安，
类型：发明
国别省市：湖南;43