鋰離子電容器用預(yù)嵌鋰裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種鋰離子電容器用預(yù)嵌鋰裝置，其特征在于：反應(yīng)電堆的外部為絕緣層，反應(yīng)電堆的內(nèi)部由中間的隔膜分成負(fù)極區(qū)域和正極區(qū)域，正極集流體位于反應(yīng)電堆內(nèi)的正極區(qū)域中，負(fù)極集流體位于反應(yīng)電堆內(nèi)的負(fù)極區(qū)域中，正極集流體與負(fù)極集流體為并行結(jié)構(gòu)，并行數(shù)n≥2,正極罐通過管路與反應(yīng)電堆的正極區(qū)域的進口和出口聯(lián)接，負(fù)極罐通過管路與反應(yīng)電堆的負(fù)極區(qū)域的進口和出口聯(lián)接，正極罐與負(fù)極罐上的管路上均有泵與閥，正極集流體通過電源線引出正極，負(fù)極集流體通過電源線引出負(fù)極，負(fù)極罐內(nèi)填充有負(fù)極活性物質(zhì)和導(dǎo)電粒子、電解質(zhì)溶液；從正極罐內(nèi)填充有含鋰化合物和導(dǎo)電粒子、電解質(zhì)溶液。其構(gòu)造簡單，通過含鋰活性物質(zhì)的液相流動，實現(xiàn)鋰離子電容器的預(yù)嵌鋰，易于控制鋰離子嵌入量；成本低廉，安全可靠，易于維護。
【專利說明】 鋰離子電容器用預(yù)嵌鋰裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種鋰離子電容器用預(yù)嵌鋰裝置，屬于新能源【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器是一種介于電池與普通電容之間的儲能器件，依靠離子在大比表面積活性物質(zhì)上的吸附擴散進行儲能，具有比功率高，循環(huán)壽命長，大電流充放電，環(huán)境友好，安全及免維護的優(yōu)點。鋰離子電池主要依靠鋰離子在正負(fù)極材料的嵌入和脫出實現(xiàn)儲能，鋰離子在傳輸擴散過程中類似于“扶搖椅”。鋰離子電池具有比能量高、工作電壓高、自放電率小、環(huán)境友好等優(yōu)點。液流電池是一類新型的儲能電池，不同于其他蓄電池的活性物質(zhì)以固態(tài)形式分布在集流體上，而是活性物質(zhì)以液態(tài)形式存在，正負(fù)極電解液分裝在不同的儲液罐，在泵作用下使溶液在儲液罐和反應(yīng)電堆之間循環(huán)流動，在離子交換膜兩側(cè)的電極上分別發(fā)生還原和氧化反應(yīng)。
[0003]近年來，將某一動力蓄電池特征元素與其他類型電池特征元素通過體系的優(yōu)化設(shè)計，在同一單體內(nèi)融合，得到兼具兩種化學(xué)電源儲能特征的新型混合蓄電池，以應(yīng)對高功率密度、高能量密度、高安全性的新能源汽車工況要求。
[0004]作為超級電容器與液流電池組合的例子，申請?zhí)?00610087625.1的中國專利報道了一種基于液相中的電化學(xué)活性物質(zhì)的超級電容器，包括正電極集流體、正電極室、隔離膜、負(fù)電極室和負(fù)電極集流體，正電極室為固體多孔電極，多孔電極的孔內(nèi)充滿不流動的正電極液體，負(fù)電極室為固體多孔電極，多孔電極的孔內(nèi)充滿不流動的負(fù)電極液體，正電極液體中含有至少一種正電極電化學(xué)活性物質(zhì)，其電化學(xué)氧化還原反應(yīng)主要發(fā)生在正電極內(nèi)表面，負(fù)電極液體中含有至少一種負(fù)電極電化學(xué)活性物質(zhì)，其電化學(xué)氧化還原反應(yīng)主要發(fā)生在負(fù)電極內(nèi)表面，充電時正極電化學(xué)氧化(負(fù)極還原)的產(chǎn)物可以在放電時返回充電前的狀態(tài)。
[0005]同樣，液流電池也可以與其他類型電池組合，例如，美國A123報道的一種結(jié)合液流電池特點的半固態(tài)的鋰離子可充電電池(US2010/0047671 Al, US2010/0323264 Al，US2011/0274948A1, US2011/0189520 Al, Adv Energy Mater.2011，1，511 )，具有比相同體系的鋰離子電池高的能量密度和功率密度，尤為引人矚目的是，制作工藝極大簡化，成本大幅降低，體積和重量顯著減小。國內(nèi)也開始了與液流電池組合體系的類似研究，申請?zhí)?01110176501.1的中國專利報道了一種液流水系可充電堿金屬離子電池，申請?zhí)?01110321761.3與申請?zhí)?01110257854.4的中國專利報道了半液流鋰硫電池，申請?zhí)?01110221941.4的中國專利報道了一種復(fù)合集電體的制備及其在鋰離子液流電池中的應(yīng)用，申請?zhí)?01110175924.1的中國專利報道了一種鋰離子液流電池。
[0006]從超級電容器和鋰離子電池所具有的特點可以看出，鋰離子電容器是一種融合了雙電層電容器和鋰離子電池特征的儲能器件，充放電過程中伴隨鋰離子的擴散傳輸。申請?zhí)?00710035205.3的中國專利報道了一種超級電容器與鋰離子電池混合儲能器件，正極活性電極材料采用鋰離子嵌入化合物和多孔炭材料的混合物，負(fù)極活性電極材料采用多孔炭材料和石墨類材料的混合物，兼具超級電容器和鋰離子電池雙功能儲能的特點，保持鋰離子電池高電壓、高能量密度的同時，還具有超級電容器的高功率密度、大電流放電、良好的循環(huán)壽命等特性。申請?zhí)?01010280801.X的中國專利報道了一種磷酸鐵鋰負(fù)載在活性炭作為正極活性物質(zhì)，制備方法成本低，混合單體的充放電循環(huán)性能好，20C倍率下比容量大于60mAh/g。申請?zhí)枮?00410093962.2的中國專利公開了一種高電壓超級電容器與鋰離子電池混合儲能器件，將含銀的氧化物的負(fù)極材料制成糊狀物涂覆在金屬箔上，經(jīng)干燥、輥壓制成負(fù)極板后，嵌鋰再部分脫鋰化成，與活性炭正極組成超級電容器，具有約4V的最高工作電壓。申請?zhí)?00810046091.7的中國專利報道了一種含有C，F(xiàn)e和P元素的高電位超級電容器電極材料，其中C的質(zhì)量含量不低于10%，工作電位相對于Li+/Li可以達到4.3V,有很好的循環(huán)穩(wěn)定性。
[0007]申請?zhí)?01080051132.7的中國專利報道了日本松下公司的一種預(yù)摻雜、低電阻的電化學(xué)電容器，該電容器負(fù)極電極層中所含的碳材料的表面形成了含有碳酸鋰的覆蓋膜，正極是在集電體的表面形成了吸附離子的正極電極層。申請?zhí)?00780024069.6的中國專利公開了日本松下公司的一種電化學(xué)電容器用負(fù)極的預(yù)處理法、制造方法以及使用該制造方法的電化學(xué)電容器，過氣相法或液相法中在基板上形成鋰層，然后轉(zhuǎn)印到負(fù)極層的表面。申請?zhí)?00780034678.X的中國專利報道了日本大發(fā)工業(yè)株式會社的一種電化學(xué)電容器，在充放電循環(huán)中，用于擴大電位范圍的呈現(xiàn)不可逆容量的正極、由可逆地吸附/脫附鋰離子的材料構(gòu)成的負(fù)極、以及含鋰離子的有機溶劑構(gòu)成的電解液。申請?zhí)?00980142601.3的中國專利公開了日本瑞翁株式會社的一種鋰離子電容器用電極以及鋰離子電容器，該電極具有電極組合物層和集電體，組合物層含有電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電材料和粘合劑，集電體為具有貫通孔的集電體。申請?zhí)?00910126730.5的中國專利公開了日本信越化學(xué)工業(yè)株式會社一種非水電解質(zhì)溶液電化學(xué)電容器，采用化學(xué)氣相沉積的方法在鋰離子活性材料顆粒表面涂覆石墨導(dǎo)電層。申請?zhí)?00910147495.X的中國專利公開了日本信越化學(xué)工業(yè)株式會社的一種可用于電化學(xué)電容器的負(fù)極材料，該負(fù)極材料具有娃微晶分散在娃化合物中的結(jié)構(gòu)且表面涂覆碳涂層。申請?zhí)?01110131559.4的中國專利公開了日本信越化學(xué)工業(yè)株式會社的一種可用于電化學(xué)電容器的硅氧化物材料，將氧化硅氣體和含硅氣體的氣態(tài)混合物進行冷卻和沉積獲得，且具有20-35%重量的氧含量。
[0008]申請?zhí)?00580001498.2的中國專利公開了日本富士重工業(yè)株式會社的一種鋰離子電容器，該電容器正極和負(fù)極短路后的正極及負(fù)極電位小于或等于2.0V，正極和負(fù)極分別在具有貫穿正反面的孔的正極集電體和負(fù)極集電體的雙面上，分別由正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)形成電極層，具有該正極和負(fù)極卷繞或?qū)盈B的單體結(jié)構(gòu)，卷繞或?qū)盈B的電極的最外部為負(fù)極，通過使與負(fù)極相對配置的鋰離子供給源和負(fù)極和/或正極電化學(xué)接觸，預(yù)先將鋰離子承載在負(fù)極和/或正極中。申請?zhí)?00580001396.0的中國專利公開了日本富士重工業(yè)株式會社的一種鋰離子電容器，該電容器電解液中含有碳酸亞乙烯酯或其衍生物，正極和/或負(fù)極分別具備具有貫穿正反面的孔的集電體，通過負(fù)極和鋰離子供給源之間的電化學(xué)接觸摻雜鋰離子。申請?zhí)?00580004509.2的中國專利公開了日本富士重工業(yè)株式會社的一種鋰離子電容器，由2個或2個以上的電極單元構(gòu)成，在電極單元之間配置鋰金屬，通過使鋰金屬和負(fù)極和/或正極電化學(xué)接觸，預(yù)先將鋰離子承載在負(fù)極和/或正極中。申請?zhí)?00680032109.7的中國專利公開了日本富士重工業(yè)株式會社的一種鋰離子電容器，正極和負(fù)極隔著隔板層疊或卷繞，正極的面積小于負(fù)極的面積，并且在層疊或卷繞的狀態(tài)下，正極面實質(zhì)上包含在負(fù)極面內(nèi)。申請?zhí)?00680038604.9的中國專利公開了日本富士重工業(yè)株式會社的一種鋰離子電容器，負(fù)極活性材料是氫原子數(shù)和碳原子數(shù)之比等于或大于O且小于0.05的難石墨化碳，負(fù)極和/或正極預(yù)先摻雜鋰離子，使得當(dāng)電容放電到充電電壓一半時，相對于金屬鋰電位的負(fù)極電位可以等于或小于0.15V。申請?zhí)?00680042376.2的中國專利公開了日本富士重工業(yè)株式會社的一種鋰離子電容器，通過使所述負(fù)極和/或所述正極與鋰離子供給源之間以電化學(xué)方式接觸，將鋰離子摻雜到所述負(fù)極和/或所述正極中，正極與所述負(fù)極短路后，正極電位為小于或等于2.0V(相對于Li/Li+)，以及正極和/或所述負(fù)極具有由金屬箔制成的集電體，該金屬箔具有多個貫穿其兩面的孔，通孔的內(nèi)切圓的平均直徑小于或等于lOOum。申請?zhí)?00680049541.7的中國專利公開了日本富士重工業(yè)株式會社的一種鋰離子電容器，在負(fù)極和/或正極中摻雜有鋰離子，正極和負(fù)極短路時，正極的電位可小于或等于2.0V，負(fù)極表面覆有聚合物。申請?zhí)?00710145884.X的中國專利公開了日本富士重工業(yè)株式會社的一種鋰離子電容器，正極和負(fù)極短路后正極相對于Li/Li+的電位小于或等于2V的方式，負(fù)極和/或正極預(yù)先摻雜鋰離子，正極中的正極層的厚度為18um?108um。申請?zhí)?00710163254.5的中國專利公開了日本富士重工業(yè)株式會社的一種鋰離子電容器，負(fù)極采用002面的平均晶面間距為0.335?
0.337nm的石墨。
[0009]申請?zhí)?01110141359.7的中國專利公開了三星電機株式會社的一種制造鋰離了電容器的方法，利用真空氣相沉積法在隔膜的一個表面上形成鋰薄膜，該膜與負(fù)極接觸，預(yù)摻雜至負(fù)極中，負(fù)極集電體為具有多個通孔的網(wǎng)孔型，正極集電體是沒有孔的薄片形狀。申請?zhí)?01110078775.7的中國專利公開了三星電機株式會社的一種鋰離子電容器及其制造方法，第一電極由包括活性碳、水溶性金屬氧化物和水基粘合劑的第一電極材料構(gòu)成，第二電極由能夠可逆地脫嵌鋰離子的第二電極材料構(gòu)成。申請?zhí)?01110324729.0的中國專利公開了三星電機株式會社的一種鋰離子電容器，正極活性物質(zhì)包括石墨，其具有0.35?
0.38nm的層間距，正極和/或所述負(fù)極摻雜有鋰離子，摻雜的正極相對于鋰離子具有2.1V或更低的電位，摻雜的負(fù)極相對于鋰離子具有0.1V或更低的電位。申請?zhí)?01110175590.8的中國專利公開了三星電機株式會社的一種用于鋰離了電容器的固體電解質(zhì)溶液膜，該膜是通過鋰電解質(zhì)溶液鹽、有機聚合物、以及無機材料的混合物施加在金屬的一個或兩個表面上制造而成。申請?zhí)?01110321951.0的中國專利公開了三星電機株式會社的一種鋰離了電容器，正極活性物質(zhì)中活性炭的含量為30?60wt%，負(fù)極包括預(yù)摻雜有鋰離子的碳材料，鋰離子的摻雜量為所述負(fù)極的容量的80?95%。
[0010]申請?zhí)?00710035056.0的中國專利公開了一種用于超級電容電池的石墨/活性炭復(fù)合負(fù)極材料的制造方法。申請?zhí)?00710035206.8的中國專利公開了一種超級電容電池用電解液。申請?zhí)?00710035205.3的中國專利報道了一種超級電容電池，正極活性電極材料采用鋰離子嵌入化合物和多孔炭材料的混合物以及它們的復(fù)合材料，負(fù)極活性電極材料采用多孔炭材料和石墨類材料的混合物以及它們的復(fù)合材料，電解液為主要以含有鋰離子的電解質(zhì)溶液鹽和非水有機溶劑組成的電解液。申請?zhí)?00710035051.8的中國專利報道了一種兼具電容器與鋰離子電池特征的儲能器件及其制造方法，鋰離子電池正極材料與超級電容器電極材料的混合物或復(fù)合材料作為正極活性物質(zhì)，電池極片與隔膜的組裝采用多芯卷繞及并聯(lián)組裝。申請?zhí)?00710035238.8的中國專利報道了一種超級電容-電池用正極材料及其制備方法，納米級的具有脫嵌鋰特性的化合物材料粉末進行機械融合造粒，形成I?15um的球形顆粒，加入用量為脫嵌鋰特性化合物材料重量的10?100%的多孔炭材料，再進行機械融合，得到多孔炭包覆脫嵌鋰化合物復(fù)合材料。申請?zhí)?00810031490.6的中國專利公開了一種超級電容電池的制備方法，鋰離子電池正極漿料、負(fù)極漿料與超級電容器漿料分開配制，正極漿料涂敷時，在集流體上交替涂上鋰離子電池正極材料及超級電容器電極材料；負(fù)極漿料涂敷時，在集流體上交替涂上鋰離子電池負(fù)極材料及超級電容器電極材料，得到既具有鋰離子電池卷芯又具有超級電容器卷芯的大容量超級電容電池的卷芯集群。申請?zhí)?00910043835.4的中國專利報道了一種低溫?zé)峤庹闱喟彩苽涓弑堵输囯x子電容電池負(fù)極材料的方法。申請?zhí)?00910311112.8的中國專利公開了一種超級電容電池用復(fù)合碳負(fù)極材料，包括核層、殼層結(jié)構(gòu)，所述殼層占核層與殼層總質(zhì)量的
10?40%，核層由表面納米化處理后的石墨類材料構(gòu)成，殼層由多孔碳材料構(gòu)成。申請?zhí)?00910311114.7的中國專利公開了 一種超級電容電池用碳類復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，該方法包括具有大孔一中孔一微孔三維層次孔多孔炭外殼在表面納米化內(nèi)核上的包覆、金屬顆粒在外殼表面的摻雜以及低電位化處理三個步驟通過模板法實現(xiàn)在內(nèi)核上包覆三維層次孔多孔炭外殼，通過浸潰、化學(xué)鍍以及物理混合方法實現(xiàn)金屬顆粒在外殼表面的摻雜，通過電化學(xué)預(yù)摻鋰實現(xiàn)對復(fù)合碳材料進行低電位化處理。申請?zhí)?01010177428.5的中國專利公開了一種具有高容量與庫侖效率的鋰離了電容電池負(fù)極系統(tǒng)，以含有離子液體的電解質(zhì)溶液溶液作為鋰離子電容電池的離子傳導(dǎo)體。
[0011]申請?zhí)?00410084316.X的中國專利公開了一種采用低嵌入電位的納米尖晶石型的Li8x/(x+4)Ti8/(x+4)04或一兀或多兀其他金屬兀素?fù)诫s的化合物用于負(fù)極,正極米用高比表面的活性炭或介孔碳的超級電容器。申請?zhí)?00510110461.5的中國專利公開了一種正極采用高嵌入電位的鋰離子嵌入化合物L(fēng)iMrvxMxO4材料，負(fù)極采用高比表面積的活性炭組成不對稱的電化學(xué)電容器。申請?zhí)?00710202484.8的中國專利公開了一種復(fù)合電池-超級電容儲能器，復(fù)合正極材料是由制備含鋰復(fù)合金屬氧化物材料的原料與多孔碳材料在位合成得到。申請?zhí)?00710011992.8的中國專利報道了一種在鋰鹽有機電解質(zhì)溶液溶液中，以非晶氧化鈦納米結(jié)構(gòu)材料為負(fù)極，以中孔結(jié)構(gòu)炭材料為正極，組裝成不對稱型鋰離子超級電容器。申請?zhí)?00710098687.7的中國專利公開了一種鋰離子超級電容器負(fù)極的預(yù)嵌鋰方法，以多孔炭材料或?qū)щ娋酆衔锘蚱鋸?fù)合物為正極，可嵌鋰金屬氧化物或炭質(zhì)嵌鋰材料為負(fù)極，有機鋰鹽溶液為電解液的新型鋰離子超級電容器體系中，引入非金屬鋰第三極對負(fù)極進行深度為5?60%的預(yù)嵌鋰處理。非金屬鋰第三極主要成分為具有一定不可逆脫鋰性質(zhì)的富鋰化合物，在多孔炭材料或?qū)щ娋酆衔镎龢O制備過程中，第三極富鋰化合物以3?50%的質(zhì)量百分比摻入，制成電極后一起與可嵌鋰負(fù)極構(gòu)成鋰離子超級電容器，在電容器活化過程中，實現(xiàn)對負(fù)極的預(yù)嵌鋰。申請?zhí)?00810037612.2的中國專利公開了一種無機混合型鋰離子超級電容器，正極采用一種或幾種鋰離子嵌入化合物，負(fù)極采用活性炭、碳納米管、炭纖維、樹脂炭、有機聚合物熱解炭中的一種或幾種，優(yōu)化的正負(fù)極的材料的質(zhì)量配比。申請?zhí)?00810230187.9的中國專利公開了一種可用于超級電容器的高活性材料，以氮化鋰為活性增強體，陶瓷粉為基體的復(fù)合材料，該復(fù)合材料中，增強體與基體之間以化學(xué)鍵合為主。申請?zhí)?00810152756.2的中國專利公開了一種鋰離子電池/電容器電極材料及其制備方法，該具有殼核結(jié)構(gòu)的鈦氧化物與碳材料的復(fù)合物，鈦氧化物覆蓋于碳材料的表面。申請?zhí)?00910142811.4的中國專利公開了一種超級電容電池，正極片是由鋰離子電池正極材料、超級電容器材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑復(fù)合而成，負(fù)極片是由電池負(fù)極材料與超級電容器材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑復(fù)合構(gòu)成。申請?zhí)?01010181090.0的中國專利公開了一種鋰離子電容器正極片的制作方法以及使用該正極片的鋰離子電容器，該極片主要通過在集流體鋁箔上涂布含有超級電容器活性材料的漿料并烘干，然后涂布有超級電容器活性材料的集流體鋁箔上再涂布鋰離子電池的正極漿料，經(jīng)過烘干、冷壓、再烘干、裁片、分條工藝制得正極片。申請?zhí)?01010280801.X的中國專利公開了電容碳/磷酸鐵鋰復(fù)合材料、其制備方法及以其為正極材料的鋰離子電容電池，采用三價鐵鹽、磷源化合物、鋰源化合物和有機小分子碳源為原料制備得到磷酸鐵鋰前軀體，然后加入活性炭燒結(jié)形成一體。申請?zhí)?01110101605.6的中國專利公開了一種電容電池電芯及其制作方法。將電池活性物質(zhì)和電容器活性物質(zhì)分別涂敷在集流體的兩側(cè)，電池活性物質(zhì)和電容器活性物質(zhì)被集流體隔開，減少了同極不同活性物質(zhì)的相互作用。申請?zhí)?01110111003.9的中國專利公開了 一種聚酰亞胺超級電容電池，正極材料為鋰離子嵌入化合物和多孔碳材料的混合物，負(fù)極材料為改性石墨和多孔活性碳材料的混合物，所述聚合物隔膜為聚酰亞胺隔膜，所述電解液為含有鋰離子化合物和有機溶劑的電解液。申請?zhí)?01110340489.3的中國專利公開了一種鋰離子電容器，電解液為含有鋰離子化合物的有機溶液，負(fù)極涂覆層含有能夠可逆摻雜鋰離子的物質(zhì)，正極集流體的面積大于正極涂覆層的面積，正極集流體包括在靠近邊緣處有未涂覆層的第一金屬區(qū)，負(fù)極集流體的面積大于負(fù)極涂覆層的面積，負(fù)極集流體包括在靠近邊緣處有未涂覆層的第二金屬區(qū)。申請?zhí)?01210085927.0的中國專利公開了一種大功率嵌鋰負(fù)極混合不對稱超級電容器極片及其制造方法，所用集流體為金屬網(wǎng)，首先在集流體上涂覆一層導(dǎo)電膠，干燥后再涂布一層活性炭，最后涂布一層LiCoO2，負(fù)極材料選擇AC和/或石墨，配制漿料的過程中使用超聲波對納米碳纖維、單壁碳納米管及多壁碳納米管進行分散，外殼封裝采用軟包裝。申請?zhí)?01020172212.5的中國專利公開了一種一種鉀離子電容電池的正負(fù)極片，正極片包括有正極基片和設(shè)置在正極基片兩側(cè)面的正極材料層，正極基片與兩側(cè)的正極材料層之間均夾有活性炭層，活性炭層和正極材料層組成正極涂層；負(fù)極基片與兩側(cè)的負(fù)極材料層之間均夾有活性炭層，活性炭層和負(fù)極材料層組成負(fù)極涂層。
[0012]從前述專利分析可以看出鋰離子電容器的研究開發(fā)重點之一是電極活性物質(zhì)的預(yù)嵌鋰，從電容器的能量及功率公式:E= CV2/2，P=V2/4R，可以看出，電壓提高，能量和功率均有大幅提升；而預(yù)嵌鋰可以降低電極電位，提高鋰離子電容器的電壓，從而提高電容器的功率和能量特性。利用活性物質(zhì)液相流動進行預(yù)嵌鋰是一個較好的技術(shù)選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本實用新型的目的是提供一種鋰離子電容器用預(yù)嵌鋰裝置，其構(gòu)造簡單，通過含鋰活性物質(zhì)的液相流動，實現(xiàn)鋰離子電容器的預(yù)嵌鋰，易于控制鋰離子嵌入量；成本低廉，安全可靠，易于維護。
[0014]本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:鋰離子電容器用預(yù)嵌鋰裝置，其特征在于:反應(yīng)電堆的外部為絕緣層，反應(yīng)電堆的內(nèi)部由中間的隔膜分成負(fù)極區(qū)域和正極區(qū)域，正極集流體位于反應(yīng)電堆內(nèi)的正極區(qū)域中，負(fù)極集流體位于反應(yīng)電堆內(nèi)的負(fù)極區(qū)域中，正極集流體與負(fù)極集流體為并行結(jié)構(gòu)，并行數(shù)η > 2，正極罐通過管路與反應(yīng)電堆的正極區(qū)域的進口和出口聯(lián)接，負(fù)極罐通過管路與反應(yīng)電堆的負(fù)極區(qū)域的進口和出口聯(lián)接，正極罐與負(fù)極罐上的管路上均有泵與閥，正極集流體通過電源線引出正極，負(fù)極集流體通過電源線引出負(fù)極，負(fù)極罐內(nèi)填充有負(fù)極活性物質(zhì)和導(dǎo)電粒子、電解質(zhì)溶液；從正極罐內(nèi)填充有含鋰化合物和導(dǎo)電粒子、電解質(zhì)溶液。
[0015]所述的正極集流體和負(fù)極集流體為金屬網(wǎng)或多個金屬桿制成。
[0016]所述的隔膜為聚乙烯材料。
[0017]本實用新型的積極效果是其構(gòu)造簡單，通過含鋰活性物質(zhì)的液相流動，實現(xiàn)鋰離子電容器的預(yù)嵌鋰，易于控制鋰離子嵌入量；成本低廉，安全可靠，易于維護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明:如圖1所示，鋰離子電容器用預(yù)嵌鋰裝置，其特征在于:反應(yīng)電堆14的外部為絕緣層，反應(yīng)電堆14的內(nèi)部由中間的隔膜9分成負(fù)極區(qū)域7和正極區(qū)域8，正極集流體5位于反應(yīng)電堆14內(nèi)的正極區(qū)域8中，負(fù)極集流體6位于反應(yīng)電堆14內(nèi)的負(fù)極區(qū)域7中，正 極集流體5與負(fù)極集流體6為并行結(jié)構(gòu)，并行數(shù)η≥2，正極罐I通過管路2與反應(yīng)電堆14的正極區(qū)域8的進口和出口聯(lián)接，負(fù)極罐4通過管路2與反應(yīng)電堆14的負(fù)極區(qū)域7的進口和出口聯(lián)接，正極罐I與負(fù)極罐4上的管路上均有泵3與閥13，正極集流體5通過電源線引出正極11，負(fù)極集流體6通過電源線引出負(fù)極12，負(fù)極罐4內(nèi)填充有負(fù)極活性物質(zhì)和導(dǎo)電粒子、電解質(zhì)溶液；從正極罐I內(nèi)填充有含鋰化合物和導(dǎo)電粒子、電解質(zhì)溶液。
[0020]所述的正極集流體5和負(fù)極集流體6為金屬網(wǎng)或多個金屬桿制成。
[0021]所述的隔膜9為聚乙烯材料。
[0022]將正、負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、電解質(zhì)溶液制成均一穩(wěn)定漿料，分別注入到正極罐I和負(fù)極罐4中，正極集流體5和負(fù)極集流體6，二者并行固定在反應(yīng)電堆14里，中間以隔膜9分開；將反應(yīng)電堆14、分別與正極罐1、負(fù)極罐4、閥13和泵3通過管路2密封連接，反應(yīng)電堆14與外電路通過正極11和負(fù)極12連接；將泵3啟動，正負(fù)極漿料分別從正極罐I和負(fù)極罐4中流出，進入到反應(yīng)堆的負(fù)極區(qū)域7和正極區(qū)域8，在外加電場作用下，進行鋰離子的嵌入反應(yīng)；隨著漿料的不斷循環(huán)流動，活性物質(zhì)的鋰嵌入量逐漸增加，當(dāng)達到要求嵌入量后，將預(yù)嵌的負(fù)極活性物質(zhì)從負(fù)極罐4中取出，除去電解質(zhì)溶液，制成負(fù)極片，與活性炭正極片組合制備鋰離子電容器。
[0023]正極活性物質(zhì)可選鎳鋰氧化物、錳鋰氧化物、鐵鋰氧化物、鈷鋰氧化物、釩鋰氧化物以及它們的改性材料；負(fù)極活性物質(zhì)可選石墨、中間相碳微球、微晶碳；電解質(zhì)溶液為高氯酸鋰、六氟磷鋰、三氟甲基磺酸鋰中的一種與有機溶劑組成，有機溶劑可選碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、乙腈；導(dǎo)電劑可選乙炔黑、碳納米管、石墨烯、納米碳纖維；隔膜為聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚乙烯/聚丙烯復(fù)合膜、纖維素膜。
[0024]正極罐I中注入錳酸鋰、納米碳纖維、六氟磷鋰、碳酸乙烯酯組成的均一穩(wěn)定漿料；負(fù)極罐4中注入石墨、納米碳纖維、六氟磷鋰、碳酸乙烯酯組成的均一穩(wěn)定衆(zhòng)料。
[0025]鋁金屬網(wǎng)制成的正極集流體5固定在右側(cè)，銅金屬網(wǎng)制成的負(fù)極集流體6固定在左側(cè)，中間為聚乙烯的隔膜9，正極集流體5、負(fù)極集流體6分別在反應(yīng)電堆14的正極11和負(fù)極12兩端與外電路連接；隔膜9兩側(cè)分別為負(fù)極區(qū)域7和正極區(qū)域8 ;負(fù)極區(qū)域7和正極區(qū)域8分別通過進口和出口與管路2連接；反應(yīng)電堆14最外層為絕緣層。
[0026]將反應(yīng)電堆14分別與正極罐1、負(fù)極罐4、閥13和泵3通過管路2密封連接，將泵3啟動，調(diào)節(jié)閥13，用于鋰離子電容器的石墨、及其與納米碳纖維、六氟磷鋰、碳酸乙烯酯組成的漿料從負(fù)極罐4中流出，經(jīng)由連接管路2進入到反應(yīng)電堆14的負(fù)極區(qū)域7 ;正極罐I中正極漿料從正極罐I中流出，經(jīng)由連接管路2進入到反應(yīng)電堆14的正極區(qū)域8，在外加電場作用下，鋰離子從錳酸鋰中脫出進入到電解液，電解液中的鋰離子嵌入到石墨中，當(dāng)達到要求嵌入量后，取出負(fù)極罐中的漿料，去除電解質(zhì)溶液，用于鋰離子電容器。
[0027]實施例2
[0028]正極罐I中注入磷酸鐵鋰、納米碳纖維、六氟磷鋰、碳酸乙烯酯組成的均一穩(wěn)定漿料；負(fù)極罐4中注入石墨、納米碳纖維、六氟磷鋰、碳酸乙烯酯組成的均一穩(wěn)定衆(zhòng)料。
[0029]10支招金屬桿制成的正極集流體5固定在右側(cè)，10支銅金屬桿制成的負(fù)極集流體6固定在左側(cè)，中間為聚乙烯的隔膜9，正極集流體5、負(fù)極集流體6分別在反應(yīng)電堆14的正極11、負(fù)極12兩端與外電路連接；隔膜9兩側(cè)分別為正極區(qū)域8和負(fù)極區(qū)域7 ;正極區(qū)域8、負(fù)極區(qū)域7分別通過進口和出口與管路2連接；反應(yīng)電堆14最外層為絕緣層。
[0030]將反應(yīng)電堆14分別與正極罐1、負(fù)極罐4、閥13和泵3通過管路2密封連接，將泵3啟動，調(diào)節(jié)閥13，用于鋰離子電容器的石墨、及其與納米碳纖維、六氟磷鋰、碳酸乙烯酯組成的漿料從負(fù)極罐4中流出，經(jīng)由連接管路2進入到反應(yīng)電堆14的負(fù)極區(qū)域7 ;正極罐I中正極漿料從正極罐I中流出，經(jīng)由連接管路2進入到反應(yīng)電堆14的正極區(qū)域8，在外加電場作用下，鋰離子從磷酸鐵鋰中脫出進入到電解液，電解液中的鋰離子嵌入到石墨中，當(dāng)達到要求嵌入量后，取出負(fù)極罐中的漿料，去除電解質(zhì)溶液，用于鋰離子電容器。
[0031]實施例3
[0032]正極罐I中注入鈷酸鋰、納米碳纖維、六氟磷鋰、碳酸乙烯酯組成的均一穩(wěn)定漿料；負(fù)極罐4中注入中間相炭微球、納米碳纖維、六氟磷鋰、碳酸乙烯酯組成的均一穩(wěn)定漿料。
[0033]鋁金屬網(wǎng)制成的正極集流體5固定在右側(cè)，銅金屬網(wǎng)制成的負(fù)極集流體6固定在左側(cè)，中間為聚乙烯的隔膜9，正極集流體5、負(fù)極集流體6分別在反應(yīng)電堆14的正極11、負(fù)極12兩端與外電路連接；隔膜9兩側(cè)分別為正極區(qū)域8和負(fù)極區(qū)域7 ;正極區(qū)域8、負(fù)極區(qū)域7分別通過進口和出口與管路2連接；反應(yīng)電堆14最外層為絕緣層。
[0034]將反應(yīng)電堆14分別與正極罐1、負(fù)極罐4、閥13和泵3通過管路2密封連接，將泵3啟動，調(diào)節(jié)閥13，用于鋰離子電容器的石墨、及其與納米碳纖維、六氟磷鋰、碳酸乙烯酯組成的漿料從負(fù)極罐4中流出，經(jīng)由連接管路2進入到反應(yīng)電堆14的負(fù)極區(qū)域7 ;正極罐I中正極漿料從正極罐I中流出，經(jīng)由連接管路2進入到反應(yīng)電堆14的正極區(qū)域8，在外加電場作用下，鋰離子從鈷酸鋰中脫出進入到電解液，電解液中的鋰離子嵌入到中間相炭微球中，當(dāng)達到要求嵌入量后，取出負(fù)極罐中的漿料，去除電解質(zhì)溶液，用于鋰離子電容器。
【權(quán)利要求】
1.鋰離子電容器用預(yù)嵌鋰裝置，其特征在于:反應(yīng)電堆的外部為絕緣層，反應(yīng)電堆的內(nèi)部由中間的隔膜分成負(fù)極區(qū)域和正極區(qū)域，正極集流體位于反應(yīng)電堆內(nèi)的正極區(qū)域中，負(fù)極集流體位于反應(yīng)電堆內(nèi)的負(fù)極區(qū)域中，正極集流體與負(fù)極集流體為并行結(jié)構(gòu)，并行數(shù)n ^ 2,正極罐通過管路與反應(yīng)電堆的正極區(qū)域的進口和出口聯(lián)接，負(fù)極罐通過管路與反應(yīng)電堆的負(fù)極區(qū)域的進口和出口聯(lián)接，正極罐與負(fù)極罐上的管路上均有泵與閥，正極集流體通過電源線引出正極,負(fù)極集流體通過電源線引出負(fù)極,負(fù)極罐內(nèi)填充有負(fù)極活性物質(zhì)和導(dǎo)電粒子、電解質(zhì)溶液；從正極罐內(nèi)填充有含鋰化合物和導(dǎo)電粒子、電解質(zhì)溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鋰離子電容器用預(yù)嵌鋰裝置，其特征在于所述的正極集流體和負(fù)極集流體為金屬網(wǎng)或多個金屬桿制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1 中所述的鋰離子電容器用預(yù)嵌鋰裝置，其特征在于所述的隔膜為聚乙烯材料。
【文檔編號】H01G13/00GK203552954SQ201320676051
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】榮常如, 韓金磊, 馮佳奇, 陳書禮, 張克金, 安宇鵬 申請人:中國第一汽車股份有限公司