一种锂离子电容器负极单元及其制备方法、锂离子电容器技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电容器负极单元及其制备方法、锂离子电容器，属于锂离子电容器技术领域。本发明专利技术的锂离子电容器负极单元，包括负极片，所述负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层表面设置有锂网。本发明专利技术的锂离子电容器负极单元采用在负极片表面设置锂网，既能使电解液与锂网快速浸润，锂网与电解液充分接触，保证负极片充分嵌锂，又能为负极片表面产生的气体提供“逃逸”通道，使气体及时排出，避免气体在负极片表面集聚导致的锂网与负极片脱离，也避免了负极活性物质的脱落，减小了自放电几率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子电容器负极单元及其制备方法、锂离子电容器，属于锂离子电容器

技术介绍
随着能源利用的不断深入，各种储能器件如铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等都获得了较大的发展。随着近年来电动车市场的迅速发展，对储能器件的能量密度和功率密度的要求也越来越高，传统的二次电池的能量密度较高，但是功率密度低，无法满足电动车辆对动力电源的功率要求，而传统的电容器的能量密度较低，也无法满足电动车辆对动力电源能量密度的要求，在这种情况下，锂离子电容器成为了一种能够均衡上述要求的有效解决方案。锂离子电容器采用了双电层电容器的原理设计，但是构造上采用锂离子电池负极材料与双电层电容器的正极材料组合，大大提高了电容器的能量密度，同时也具有非常高的功率密度和循环寿命，性能优于传统的锂离子电池和双电层电容器。锂离子电容器碳质负极需进行预嵌锂，使其电位变低且平坦，并能够提高电容器的能量密度。日本富士重工业株式会社公开了一种锂离子电容器的制造技术，该技术引入了第三极“锂极”，单独的放置在锂离子电容器的外侧或内部，正负极集流体采用了具有贯穿孔特性的铝箔和铜箔；注入电解液时锂极便开始释放锂离子而向负极进行嵌锂，这种结构可以实现嵌锂相对均匀，但是由于正负极集流体采用了具有贯穿孔特性的铝箔和铜箔，不但制作工艺复杂，生产成本较高，而且导电性能较差，且每层负极极片的承载锂量的差异也较大。授权公告号为CN204360933U(授权公告日为2015年5月27日)公开了一种超级锂离子电容器，包括正极、负极、隔膜和电解液，正极包括第一集流体和设置于第一集流体表面的活性炭层，所述负极包括第二集流体和设置于所述第二集流体表面的硬碳层，所述隔膜设置在所述正极与所述负极之间，以使所述正极与所述负极电绝缘，所述电解液与所述正极和负极物理接触和电接触，以允许离子在所述正极与所述负极间交换，所述超级锂离子电容器还包括锂片层，所述锂片层位于所述硬碳层与所述隔膜之间且设置在所述硬碳层表面。在锂离子电容器注液后，锂片层能够向负极补锂，使负极片有较为充分的锂储备，在一定程度上提高锂离子电容器的能量密度。但是该技术方案中，锂片层与电解液接触不充分，无法高效地使锂与负极充分反应，在提高锂离子电容器的能量密度方面作用非常有限，而且也造成锂片层的浪费。另外，锂离子电容器与锂离子电池一样，在锂离子嵌入负极时会由于SEI膜的形成而产生气体，上述方案中，锂片层覆盖在负极片的硬碳层表面，影响气体的及时排出，负极片和锂片之间的气体集聚较多时，会阻碍锂片与负极片表面的接触，导致锂片从负极片表面脱离开来，造成预嵌锂失败；严重的甚至会导致负极活性物质从集流体表面脱离，在电容器中形成导电性颗粒，导致电容器自放电几率增大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子电容器负极单元，以解决现有技术中的锂离子电容器的负极片上电解液无法与锂片充分接触以及负极片表面的气体无法及时排出的问题。本专利技术的目的还在于提供一种上述锂离子电容器负极单元的制备方法以及使用上述锂离子电容器负极单元的锂离子电容器。为了实现以上目的，本专利技术的锂离子电容器负极单元的技术方案如下：一种锂离子电容器负极单元，包括负极片，所述负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层表面铺设有锂网。本专利技术的锂离子电容器负极单元采用在负极片表面设置锂网，通过锂网向负极片嵌锂，既能使电解液与锂网快速浸润，锂网与电解液充分接触，保证负极片充分嵌锂，又能为负极片表面产生的气体提供“逃逸”通道，使气体及时排出，避免气体在负极片表面集聚导致的锂网与负极片脱离，也避免了负极活性物质的脱落，减小了自放电几率。本专利技术的负极片表面的锂网还能使几乎全部的锂都与负极片实现接触，充分发生电化学反应，提高锂的利用率，便于控制成本，也便于在补锂需求量一定的情况下通过控制锂网的孔隙率来使锂网完全均匀覆盖负极片表面的负极活性物质层，使嵌锂更加均匀。本专利技术能够有效控制每一层负极极片的锂负载量，并且由于不必使用具有贯穿孔特性的铜箔，能降低成本，同时也可以降低内阻，提高集流体的导电性。所述锂网的质量与负极活性物质的质量相比，不宜过多，以避免造成成本增加，也不宜过少，以避免嵌锂量不足而导致锂离子电容器容量降低，一般的，所述锂网与所述负极活性物质的质量比为0.05-0.1:1。为了增加向负极片表面嵌锂的均匀性，所述锂网的铺设面积大于所述负极活性物质层的面积，锂网的整体面积大于负极活性物质层的面积能够使负极活性物质层被锂网完全覆盖，对负极片进行充分补锂。锂网的孔隙率可以视需要补锂的量来设置，在所需补锂的量一定时，可以通过调整锂网的孔隙率以使锂网能够完全覆盖负极片表面，一般的，所述锂网的孔隙率为25-75％。负极活性物质层包括负极活性物质，负极活性物质为本领域常用的负极活性物质，如石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球中的一种或者几种。为了使负极活性物质更好地结合在负极集流体上，所述负极活性物质层还包括粘结剂，该粘结剂为本领域常用的粘结剂，如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、LA132、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)中的一种或几种。其中，丁苯橡胶和羧甲基纤维素同时使用。为了提高负极活性物质层的导电性，所述负极活性物质层还包括导电剂，该导电剂为本领域常用的导电剂，如SuperP、KS-6、石墨烯中的一种。所述负极活性物质层中负极活性物质、导电剂、粘结剂的质量百分比为：负极活性物质85-90％、导电剂3-5％、粘结剂5-10％。所述负极片的厚度为120-220μm。本专利技术的锂离子电容器负极单元的制备方法的技术方案如下：上述锂离子电容器负极单元的制备方法，包括如下步骤：将锂网与负极片叠放，辊压，即得。本专利技术的锂离子电容器负极单元的制备方法制得的锂离子电容器负极单元，负极极片嵌锂均匀、产品一致性好、预嵌锂时间短、加工效率高。所述负极片按照如下方法制得：将负极活性物质、导电剂及粘结剂均匀混合制成负极浆料，涂覆在负极集流体表面，100-150℃烘干，辊压，分条，即得。辊压压力以能够使锂网牢固贴合在负极片表面为宜，一般的，为了使锂网与负极片接触面积最大化，所述辊压的压力为50-200kg/cm2。本专利技术的锂离子电容器的技术方案如下：一种锂离子电容器，包括正极、负极，所述负极为上述的锂离子电容器负极单元。所述正极为正极片，正极片包括正极集流体以及涂覆在正极集流体表面的正极活性物质。还包括粘结剂和导电剂。所述正极活性物质、导电剂、粘结剂的质量比为85:7:8。所述正极活性物质为活性炭。所述粘结剂为本领域常用的粘结剂，如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、LA132、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)中的一种或几种。其中，丁苯橡胶和羧甲基纤维素同时使用。该导电剂为本领域常用的导电剂，如SuperP、KS-6、石墨烯中的一种。正极片的厚度与负极片的厚度相匹配，保证正极、负极容量匹配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电容器负极单元，包括负极片，所述负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极活性物质层，其特征在于，所述负极活性物质层表面铺设有锂网。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电容器负极单元，包括负极片，所述负极片包括负极集流体和涂覆在负
极集流体表面的负极活性物质层，其特征在于，所述负极活性物质层表面铺设有锂网。
2.如权利要求1所述的锂离子电容器负极单元，其特征在于，所述锂网与所述负极活
性物质的质量比为0.05-0.1:1。
3.如权利要求1所述的锂离子电容器负极单元，其特征在于，所述锂网的铺设面积大
于所述负极活性物质层的面积。
4.如权利要求1所述的锂离子电容器负极单元，其特征在于，所述锂网的孔隙率为
25-75％。
5.如权利要求1所述的锂离子电容器负极单元，其特征在于，所述负极活性物质层包
括负极活性物质，所述负极活性物质为石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球中的一种或者几
种...

【专利技术属性】
技术研发人员：平丽娜，王栋梁，李洪涛，周志勇，
申请(专利权)人：中航锂电洛阳有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41