一种锂离子存电装置及其制造方法制造方法及图纸

技术编号:29049712 阅读:23 留言:0更新日期:2021-06-26 06:11
本发明专利技术公开了一种锂离子存电装置,在两极实现锂离子吸收和释放的同时,还可实现电气双电层性能,不仅储电能量密度高,还会提高放电电压,可有效用作电子设备的后备电源,外壳与盖子的空间内可安装正极、负极、隔膜及有机体系电解液,使正极在正极金属材料中含有锂化合物,无需另行安装锂金属即可实现多种形状形态的制造,同时可安全、有效地掺杂锂离子,简化制作工艺,在两极活性物质制作时,通过干法极片制作工艺可防止在湿法电极制作工艺下,锂化合物因氧气和水发生氧化和溶解的现象,以此实现高寿命,高功率和高能量密度。高功率和高能量密度。高功率和高能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子存电装置及其制造方法


[0001]本专利技术是关于一种锂离子存电装置及制造方法的详细说明,具体来说是一种锂离子电容器及其制造方法,将锂离子电池与电气双层电容器(EDLC,Electric Double LayerCapacitor)的优点组合,可显著改善使用电压及自放电功能,工艺简便,能量密度高,可实现小型化生产的锂离子电容及制造方法。

技术介绍

[0002]电容器(Capacitor)一般在两张电极板对向的情况下,通过直流电压向各电极供电。电容器是积累并产生静电容量的装置,根据蓄电方式的不同,电气双层电容器 (EDLC)可分为铝电解质电容器、积层陶瓷电容器、超级电容器等。
[0003]随着最近智能手机(Smart

phone)等数码设备及电子设备的技术迅速发展,对小型化、高机能化暨高性能电容器的要求及必要性增加,因此对具有高能量密度的锂离子电容器(LIC,Lithium Ion Capacitor)进行了多种研究。
[0004]特别是,扣式型电容器具有可以小型化制作、性能优良的优点,可以使用的领域和需求量正在急剧增加。
[0005]扣式型锂离子电容器具有高容量和高密度能量的锂离子电池的优点,以及输出功率优秀的电气双层电容器(EDLC)的优点,具体来说,锂离子作为可以插入和脱离的碳系材料在形成负极活性物质的同时,将锂离子提前掺杂到阴极物质,与现有的电气双层电容器(EDLC)相比,每组动作电压高,具有实现2至3倍高能量密度的优点。
[0006]当下,因为扣式型锂离子电容器具有高密度及高容量的性能,制造时必须向电容器内部注入锂,以实现锂的插入及脱离反应的诱导。
[0007]当下,已经有多种锂掺杂方法及技术的研究,但广泛采用的是将锂金属与石墨 (Graphite)等阴极活物质叠层后,通过短路(Short)产生锂金属与阴极活物质的电位差,使锂融入阴极活物质的方式。
[0008]但是,这种掺杂方式,由于锂是通过电击被阴极活物质掺杂构成的,因此在安全性下降的同时,锂的摄入量需要精密控制,工艺复杂,为了容纳大量锂,阴极活物质需要形成多孔,因此制造成本增加。
[0009]此外,以往的扣式型锂离子电容由于锂金属的设置,产品形态只能以铝制包装的形式进行,因此制造工艺复杂,具有不能以多种形态进行制作的结构性局限。
[0010]图1是现有技术中的扣式型锂离子电容器的侧面图。
[0011]在图1的扣式型锂离子电容器(200)(以下称第一传统技术)中,扣式型锂离子电容器(200)是下盖(201)和下盖(201)上端结合,在结合时内部形成空间的上盖 (202),将上盖(202)及下盖(201)的结合部位产生的空间密封的气体盖(203)和下盖(201)底部相接的阳极(204)与上盖(202)上面相接的阳极(204)及阴极(205) 之间的分离器所形成。
[0012]阴极(205)由可吸装、释放锂的锂金属合金,LixMnyOz、LixTiyOz、LixCoyOz 等含有锂的氧化物或锂离子吸附的石墨烯、硬碳、软碳等碳类构成。
[0013]如上所述,第一传统技术(200)具有阴极(205)吸收和排出锂离子、两极显示电气双层性能、电能密度高、放电电压高的优点。
[0014]但是第一传统技术(200)在生产阴极(205)时,必须执行向阴极活物质使用锂的锂掺杂工程,由于锂是通过电击被阴极活物质掺杂构成的,因此在安全性下降的同时,锂的摄入量需要精密控制,工艺复杂,为了容纳大量锂,阴极活物质需要形成多孔,因此制造成本增加。
[0015]即1)在阳极活物质中添加锂化合物,无需另行设置锂金属及使用摄入剂,可有效供给锂;2)目前急需研究能够具备锂离子电池和电气双层电容器(EDLC)优点的扣式型锂电子电容器。

技术实现思路

[0016]有鉴于现有技术的上述缺陷,本专利技术所要解决的课题是在两极实现锂离子吸附及排放的同时,发挥双电层性能,不仅电能密度高,而且放电电压增加,提供可有效用于电子设备备份电源的锂离子聚合物及制造方法。
[0017]另外,本专利技术的其他解决课题是,在保护壳与保护盖之间的空间内安装正极膜、负极膜、分离器及非电解性电解液,使正极膜在正极活物质中含有锂化合物,无需另行安装锂离子,可实现多种形状及形态的制造,同时安全、高效地使用锂离子,制造工序简单。
[0018]本专利技术的另一个解决课题是,在正极活物质制造工程中,通过湿式工程制造正极活物质,并提供可显著改善使用电压及自我放电性能的锂离子电容及其制造方法。
[0019]此外,本专利技术的另一个解决课题是,在生产正极活物质时,通过干式工艺制造正极活物质,从而防止用湿式工艺制造时,锂化合物因氧气及水产生氧化及溶出现象,并据此提供可改善高寿命、高功率及高能量密度性能的高性能锂离子电容器的制造方法。
[0020]本专利技术的另一个解决课题是,在氮气氛围中执行将正极活性物质在干式工程中混合的导电剂、活性炭及锂化合物的第一次混合工程,从而更有效地阻止锂化合物的事前反应,提供事前有效阻断电池性能下降的锂离子材料及制造方法。
[0021]此外,本专利技术的另一个解决课题是,将固态而非液态的粘合剂应用于正极活性物质干式工程时用于导电剂、活性炭及锂化合物,以提供能够更彻底地阻止锂化合物的事前反应的锂离子电容器及其制造方法。
[0022]另外,本次专利技术的另一项课题是,利用在两极活物质干燥工程时配有高速回转刀的搅拌机设备,将导电剂、活性炭、锂化合物及粘合剂进行二次混合,通过撞击或切割的方式,提供快速增长(软式)的锂离子电容器及其生产方法。
[0023]课题的解决手段
[0024]为解决上述课题,本专利技术的解决手段是,通过正极集电体外壳和负极集电体外壳在内部形成空间,在空间内部设置正极膜、负极膜、分离器和电解液的锂离子电容器上:形成上述正极膜的两极活物质为导电剂3~10%的重量占比;粘合剂3~10%的重量占比;活性碳40~75%的重量占比;锂化合物5~50%的重量占比,形成上述阳极座的阳极活性物质为将通过干式工艺制作的上述导电剂、上述活性炭、上述锂化合物在氮气吹净的环境下进行一次混合,切断锂化合物的上述氧化反应,将一次混合物混合固态粘合剂进行二次混合,将二次混合物进行高温压缩,使用用于二次混合的内部有高速旋转刀刃的粉碎装置,将上
述告诉回转刀刃以3000~5000rpm的速度进行回转,上述粘合剂在上述告诉回转刀刃作用下,呈线性伸展,将上述导电剂、上述活性炭及上述锂化合物粘合在一起。
[0025]另外,在本专利技术中,上述活性炭表面最好涂上1~20%重量占比的碳纳米管(Carbonnano

tube)或石墨(Graphite)。
[0026]另外,在本专利技术中,上述锂化合物包括:Li2MoO3,Li2MnO3,Li2NiO2,Li2PtO3, Li2IrO3,Li2RuO3,Li2SnO3,Li2ZrO3,Li5FeO4,Li6CoO4及Li5M本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子存电装置,其特征在于,包括:在所述锂离子存电装置中,由正极集流体和负极集流体在内部形成空间,在所述空间内部安装正极膜、负极膜、隔膜及电解液;形成上述两极膜的两极活物质是:导电剂3~10%的重量占比;粘合剂3~10%的重量占比;活性炭40~75%的重量占比;包含锂化合物5~50%的重量占比。2.如权利要求1所述的锂离子存电装置,其特征在于,所述活性炭的表面涂有1~20%的碳纳米管或石墨为特征的锂离子聚合物。3.如权利要求1所述的锂离子存电装置,其特征在于,所述锂化合物包括:Li2MoO3、Li2MnO3、Li2NiO2、Li2PtO3、Li2IRO3、Li2RuO3、Li2SnO3、Li2ZrO3、Li5FeO4、Li6Co04中一种或至少混合两种以上。4.如权利要求1所述的锂离子存电装置,其特征在于,形成所述负极膜的阴极活性物质包括导电剂3~10%的重量占比,粘合剂3~10%的重量占比,软...

【专利技术属性】
技术研发人员:李尚泫闫坤张伟
申请(专利权)人:苏州容能新能源科技有限公司
类型:发明
国别省市:

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