The invention discloses a carbon anode with high energy, high magnification and long life, and the application thereof, belonging to the electrochemical energy storage technology field. The present invention effectively protects carbon electrode material by electrochemical pre coating method, thus obtaining carbon positive material with high capacity, high magnification and long cycle life. The invention can be effectively used for alkali and alkaline earth metals (lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium) ion and alkali metal, alkaline earth metal ions (lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium) capacitor as the cathode, can be obtained with high energy, high power, long cycle life characteristics of energy storage device. At the same time, the invention has the advantages of simple process, compatibility with the prior art and remarkable effect on improving the performance of the device, so the invention has great application prospect.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学能量储存的
,具体涉及一种具有高能量、高倍率和长寿命的碳正极及其应用。
技术介绍
太阳能、风能等清洁能源的有效存储,电动汽车以及便携式电子产品的快速发展都对电化学储能器件提出了越来越高的要求。而其中锂离子电池仍然是目前使用的主流器件。然而随着锂电池的大规模应用,锂资源的问题将日益严重。以钠、钾、镁、钙为代表的碱金属、碱土金属离子电池和碱金属、碱土金属离子电容器将成为未来发展的方向。然而,和锂离子电池相同,碱金属、碱土金属离子电池和碱金属、碱土金属离子电容器都面临着同样的问题:正极材料的低容量、低倍率以及差循环稳定性。正极材料的发展极大的制约着电化学储能器件的向前推进。相比于嵌入型的正极材料,碳材料自身结构的多样性和丰富的官能团,为材料设计及改性来提供高的容量提供了有利条件,同时其具有的高电导和离子扩散特性,可以提供优异的倍率性能。因而碳材料被认为未来最有前景的正极材料之一。但由于碳材料本身具有较高活性,用在正极时,在高电压电位区间不稳定,易于和电解液发生反应,会造成循环过程中的性能衰减,极大的限制了其在碱金属、碱土金属离子电池和碱金属、碱土金属离子电容器中的进一步应用。因此如何在保证碳材料正极高容量、高倍率的前提下,来提高其在正极高电压区间的循环稳定性是目前急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有高能量、高倍率和长寿命的碳正极及其应用,通过电化学预包覆方法来实现对碳电极的保护,可实现其在电化学过程中抑制电解液分解,获得了高容量、高倍率和长循环寿命的碳电极。该电极可有效用于碱金属、碱土金属(锂, ...
【技术保护点】
一种具有高能量、高倍率和长寿命的碳正极,其特征在于:所述高容量、高倍率和长寿命的碳电极的制备过程包括如下步骤:(1)碳电极的组装:将碳电极作为工作电极,锂片作为对电极和参比电极,碳电极、锂片和隔膜组装为三明治结构,同时加入包含添加剂的电解液,该电解液中添加剂的含量为0.01~10wt.%;(2)碳电极的电化学预包覆处理:对经步骤(1)组装后的碳电极在正极区间4.5V‑0.8V(vs.Li/Li+)进行恒流放电,放电时间5min~50h后,即获得所述高容量、高倍率和长寿命的碳电极。
【技术特征摘要】
1.一种具有高能量、高倍率和长寿命的碳正极,其特征在于:所述高容量、高倍率和长寿命的碳电极的制备过程包括如下步骤:(1)碳电极的组装:将碳电极作为工作电极,锂片作为对电极和参比电极,碳电极、锂片和隔膜组装为三明治结构,同时加入包含添加剂的电解液,该电解液中添加剂的含量为0.01~10wt.%;(2)碳电极的电化学预包覆处理:对经步骤(1)组装后的碳电极在正极区间4.5V-0.8V(vs.Li/Li+)进行恒流放电,放电时间5min~50h后,即获得所述高容量、高倍率和长寿命的碳电极。2.根据权利要求1所述的具有高能量、高倍率和长寿命的碳正极,其特征在于:步骤(1)中,所述三明治结构是指碳电极、隔膜和锂片依次排列组装所形成的结构。3.根据权利要求1所述的具有高能量、高倍率和长寿命的碳正极,其特征在于:所述包含添加剂的电解液中,所述添加剂为草酸二氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、碳酸丙烯、四氯乙烯、丙烯磺酸甲酯、碳酸甲炔、烯丙基甲基碳酸酯、烯丙基甲基磺酸、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丁烯、丁烷磺内酯、丙磺内酯、苯基环硫酸酯、4-甲基-1,3,2-二噁唑噻吩-2,2-二氧化物和4-乙基-1,3,2-二噁唑噻吩-2,2-二氧化物中的一种或几种。4.根据权利要求1或3所述的具有高能量、高倍率和长寿命的碳正极,其特征在于:所述包含添加剂的电解液中,电解液为有机电解液或各种离子液体;所述有机电解液是指高氯酸盐、四氟硼酸盐、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸盐或三氟甲基磺酸盐溶解在有机溶剂中形成的溶液,所述有机溶剂为碳酸酯类、醚类、砜类、磷酸盐基溶剂和腈类中的一种或几种,其中:碳酸酯类为丙烯碳酸脂、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、...
【专利技术属性】
技术研发人员:李峰,单旭意,王宇作,王大伟,成会明,
申请(专利权)人:中国科学院金属研究所,
类型:发明
国别省市:辽宁;21
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