锂离子超级电容器及其制备方法技术

提供了一种锂离子超级电容器及其制备方法。本发明专利技术的锂离子超级电容器，其特征在于，所述锂离子超级电容器包括正极、负极和位于它们之间的隔膜，其中所述负极包括：负极集流体；位于负极集流体上的负极材料层；和位于负极材料层远离负极集流体一侧上的超薄锂带或锂合金带，所述超薄锂带或锂合金带的厚度范围为0.020～0.10mm。这种锂离子超级电容器的负极可以采用在负极材料表面复合超薄锂带或锂合金带提供锂源的方式制备，工艺简单，操作环境在干燥车间即可，适合于大规模批量化生产锂离子超级电容器。

【技术实现步骤摘要】
锂离子超级电容器及其制备方法
本专利技术涉及电化学储能
，尤其涉及一种实用化的锂离子超级电容器及其制备方法。
技术介绍
随着科技的不断发展，出现了很多新型的储能器件，超级电容器(也称电化学电容器)以其功率密度高，充放电速度快，使用温度范围宽，循环寿命长等优势，吸引很多科研人员的研究实验，但超级电容器目前存在比能量低的问题，不能满足长时间续航的使用。一种新型的锂离子超级电容器因运而生，它兼具锂离子二次电池高的比能量和超级电容器高的比功率的双重优点，一极具有锂离子二次电池的嵌锂脱锂功能，另一极具有超级电容器充放电速度快的特性。目前锂离子超级电容器的锂源大部分采用预嵌锂的方法，具体操作过程：在充满氩气的手套箱里，将制备好的负极作为工作电极，锂片作为对电极，组装成扣电，利用电池的充放电循环测试，在一定电压范围条件下对负极材料提前进行预嵌锂的操作，之后将预嵌锂的负极、正极、电解质和隔膜再重新组装成电池；预嵌锂的过程中组装电池的条件要求非常严格，电极制造工艺复杂，同时预嵌锂的过程很难实现批量化生产，如此预嵌锂的操作只适用于实验室规模。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人出人意料地发现：采用在负极材料表面复合超薄锂带或锂合金带提供锂源的方式，可以大规模得到锂离子超级电容器负极材料；而且操作环境在干燥车间即可，从而可以借助于锂离子二次电池极片的涂布工艺及辊压工艺，大规模批量化生产锂离子超级电容器负极。从而，本专利技术可以提供一种新结构的锂离子超级电容器及其工艺简单的制备方法。本专利技术的上述目的可以通过以下技术方案实现。根据本专利技术的一个方面，提供一种锂离子超级电容器，其特征在于，所述锂离子超级电容器包括正极、负极和位于它们之间的隔膜，其中所述负极包括：负极集流体；位于负极集流体上的负极材料层；和位于负极材料层远离负极集流体一侧上的超薄锂带或锂合金带，所述超薄锂带或锂合金带的厚度范围为0.020～0.10mm。根据本专利技术的另一个方面，提供一种制备上述锂离子超级电容器的方法，其特征在于，所述锂离子超级电容器的负极通过在负极集流体上涂布负极材料层，然后在负极材料层上压力复合超薄锂带或锂合金带而形成。在本专利技术中，锂离子超级电容器的负极是在集流体涂布上电极材料之后再复合超薄锂带或锂合金带组成的，该电极制备工艺简单，制造成本低，可以广泛作为锂离子超级电容器的负极使用。而且，由于采用了涂布工艺及辊压工艺，且不需要非常严格的工艺条件，因此可以大规模化生产应用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本专利技术一个实施方案的锂离子超级电容器的结构示意图。图中：1-负极集流体，2-负极材料层，3-超薄锂带或锂合金带，4-隔膜，5-正极材料层，6-正极集流体。具体实施方式下面对本专利技术的一些具体实施方式进行描述。应当理解，在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下，本领域技术人员能够根据本公开的教导设想其他各种实施方案并能够对其进行修改。因此，以下的具体实施方式不具有限制性意义。除非另外指明，否则说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。1、锂离子超级电容器本专利技术的一个方面提供一种锂离子超级电容器，包括正极、负极和位于它们之间的隔膜，还可以包括壳体和注入所述壳体内的电解质。下面更具体地描述锂离子超级电容器的各个组成部分和结构。1-1、负极本专利技术锂离子超级电容器的负极包括：负极集流体；位于负极集流体上的负极材料层；和位于负极材料层远离负极集流体一侧上的超薄锂带或锂合金带。(超薄锂带或锂合金带)在某些实施方案中，超薄锂带或锂合金带的厚度范围可以为0.020～0.10mm，例如0.020mm,0.030mm,0.040mm,0.050mm,0.060mm,0.070mm,0.080mm,0.090mm,0.10mm等等。在某些实施方案中，锂合金带由金属锂和至少一种其他元素构成，所述其他元素包括：镁、硼、铝、硅、铟、锌、银、钙、锰元素，优选地，所述其他元素的含量占锂合金带总质量的0.1％～40％，更优选1％～20％。(负极材料层)在某些实施方案中，负极材料层包含可嵌入脱出锂离子的材料，优选包括石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、钛酸锂、钛的氧化物、锡的氧化物、硅的氧化物、锡和硅中的至少一种。在某些实施方案中，负极材料层还包括导电剂和粘结剂，优选地，所述导电剂包括碳黑、乙炔黑、小颗粒导电碳黑(SuperP)、碳纳米管、碳纤维、科琴黑和石墨烯中的至少一种；优选地，所述粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的至少一种。在某些实施方案中，导电剂在负极材料层中所占的比例可以为5％～15％在某些实施方案中，粘结剂在负极材料层中所占的比例可以为5％～10％(负极集流体)本专利技术锂离子超级电容器中的负极集流体可以包括铜箔、碳涂层铜箔、镍箔、泡沫铜、泡沫镍等。1-2、正极本专利技术锂离子超级电容器的正极包括：正极集流体和位于正极集流体上的正极材料层。(正极材料层)本专利技术的正极材料层选用比表面积比较大的多孔碳材料，有利于吸附更多的离子，增加比容量。在某些实施方案中，正极材料层包含多孔碳材料，优选地，所述多孔碳材料包括活性碳、活性碳纤维、多孔导电碳黑、石墨烯、碳气凝胶或碳纳米管中的至少一种。在某些实施方案中，正极材料层还包括导电剂和粘结剂，优选地，所述导电剂包括：碳黑、乙炔黑、小颗粒导电碳黑、碳纳米管、碳纤维、科琴黑和石墨烯中的至少一种；优选地，所述粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的至少一种。在某些实施方案中，导电剂在正极材料层中所占的比例可以为5％～15％在某些实施方案中，粘结剂在正极材料层中所占的比例可以为5％～10％(正极集流体)本专利技术锂离子超级电容器中的正极集流体可以包括铝箔、碳涂层铝箔等。1-3、隔膜本专利技术锂离子超级电容器的隔膜可以包括：单层PP(聚丙烯)膜、单层PE(聚乙烯)膜、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、双层PP/PE、双层PP/PP、三层PP/PE/PP、纤维素隔膜或玻璃纤维隔膜等。1-4、电解质可用于本专利技术锂离子超级电容器的电解质由锂盐和电解液组成。在某些实施方案中，可用于本专利技术的锂盐可以包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子超级电容器，其特征在于，所述锂离子超级电容器包括正极、负极和位于它们之间的隔膜，其中所述负极包括：负极集流体；位于负极集流体上的负极材料层；和位于负极材料层远离负极集流体一侧上的超薄锂带或锂合金带，所述超薄锂带或锂合金带的厚度范围为0.020～0.10mm。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子超级电容器，其特征在于，所述锂离子超级电容器包括正极、负极和位于它们之间的隔膜，其中所述负极包括：负极集流体；位于负极集流体上的负极材料层；和位于负极材料层远离负极集流体一侧上的超薄锂带或锂合金带，所述超薄锂带或锂合金带的厚度范围为0.020～0.10mm。2.根据权利要求1所述的锂离子超级电容器，其特征在于，所述锂合金带由金属锂和至少一种其他元素构成，所述其他元素包括：镁、硼、铝、硅、铟、锌、银、钙、锰元素，优选地，所述其他元素的含量占锂合金带总质量的0.1％～40％，更优选1％～20％。3.根据权利要求1所述的锂离子超级电容器，其特征在于，所述负极材料层包含可嵌入脱出锂离子的材料，优选包括石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、钛酸锂、钛的氧化物、锡的氧化物、硅的氧化物、锡和硅中的至少一种。4.根据权利要求3所述的锂离子超级电容器，其特征在于，所述负极材料层还包括导电剂和粘结剂，优选地，所述导电剂包括碳黑、乙炔黑、小颗粒导电碳黑、碳纳米管、碳纤维、科琴黑和石墨烯中的至少一种；优选地，所述粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的至少一种。5.根据权利要求1所述的锂离子超级电容器，其特征在于，所述隔膜包括：单层PP(聚丙烯)膜、单层PE(聚乙烯)膜、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、双层PP/PE、双层PP/PP、三层PP/PE/PP、纤维素隔膜或玻璃纤维隔膜。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郇庆娜，王亚龙，孙清海，贾振勇，
申请(专利权)人：中能中科天津新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12