本發(fā)明涉及一種電化學(xué)儲能器件，特別是涉及一種鋰離子電容器及其制作方法。
背景技術(shù)：
：鋰離子電容器(LIC)由于具有高功率、充放電速度快、低自放電、高電壓和高比能量的特點(diǎn)，在瞬間補(bǔ)償裝置和不間斷電源(UPS)等電力備用市場；電力車、混合動力車等電力再生市場；太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等負(fù)荷平均化市場；混合動力車和復(fù)印機(jī)等電力輔助市場具有廣泛的應(yīng)用前景。其中，電力再生市場規(guī)模最大。目前，現(xiàn)有技術(shù)中存在一種無機(jī)混合型鋰離子超級電容器，該鋰離子超級電容器的特點(diǎn)是采用系列錳酸鋰、鈷酸鋰等無機(jī)嵌鋰化合物作正極，活性碳作負(fù)極。這種鋰離子超級電容器的能量密度為13～18Wh/Kg，工作電壓為0.8V～1.8V，存在能量密度和工作電壓偏低的缺陷。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種鋰離子電容器及其制作方法，以提高鋰離子電容器的能量密度和工作電壓。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種鋰離子電容器，技術(shù)方案如下：一種鋰離子電容器，包括外殼、正極、負(fù)極、隔膜和電解液；其中，所述正極包括：鋰金屬氧化物、活性炭、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述鋰金屬氧化物為LiNi(1-a-b)CoaAlbO2，其中0.1<a<0.3，0.01<b<0.2，0<1-a-b<1。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述LiNi(1-a-b)CoaAlbO2為LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述正極中鋰金屬氧化物的重量份為 40～80，活性炭的重量份為10～40，導(dǎo)電劑的重量份為5～10，粘結(jié)劑的重量份為10～20。在本發(fā)明的一種更為優(yōu)選實(shí)施方式中，所述正極中鋰金屬氧化物的重量份為50～70，活性炭的重量份為10～30，導(dǎo)電劑的重量份為5～8，粘結(jié)劑的重量份為12～20。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述負(fù)極包括：活性炭、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑；所述電解液為含有六氟磷酸鋰和三乙基甲基四氟硼酸氨的有機(jī)體系。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述活性炭的比表面積不小于1500m2/g。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述正極中鋰金屬氧化物、活性炭和導(dǎo)電劑的重量之和與所述負(fù)極中活性炭和導(dǎo)電劑的重量之和的比為0.5～1.55。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電劑為納米碳粉、導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨、科琴黑、碳納米管和石墨烯的一種或多種；所述粘結(jié)劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素銨、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠、LA132、LA133和LA135的一種或多種。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種制作上述鋰離子電容器的方法，包括以下步驟：將負(fù)極、隔膜和正極依次序疊放，疊成方形電芯；將方形電芯進(jìn)行定型處理，得到定型電芯；將定形電芯放入預(yù)沖成形的鋁塑復(fù)合膜包裝袋中；在干燥間注入電解液；在真空下熱封。本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電容器的工作電壓范圍提升到4V～2.5V，能量密度達(dá)到25Wh/kg，顯著提高現(xiàn)階段鋰離子電容器的工作電壓和能量密度。而且本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電容器制作方法工藝簡單、成品率高，產(chǎn)品安全性好、性能穩(wěn)定，易于規(guī)?；a(chǎn)。當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品或方法必不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為制作完成的鋰離子電容器的產(chǎn)品示意圖。具體實(shí)施方式發(fā)明人在進(jìn)行鋰離子電容器的研發(fā)過程中，意外地發(fā)現(xiàn)，將鋰離子電容器的正極中加入適量的活性炭可以提高鋰離子電容器的性能，如鋰離子電容器能量密度及工作電壓等。因此，本發(fā)明第一方面提供了一種鋰離子電容器，包括外殼、正極、負(fù)極、隔膜和電解液，其中，鋰離子電容器的正極包括鋰金屬氧化物、活性炭、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。在本發(fā)明第一方面的優(yōu)選實(shí)施方式中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用LiNi(1-a-b)CoaAlbO2類型的鋰金屬氧化物時(shí)，與其它類型的鋰金屬氧化物相比，所得到的鋰離子電容器的性能更好，其中，0.1<a<0.3，0.01<b<0.2，0<1-a-b<1。具體地，上述LiNi(1-a-b)CoaAlbO2類型的鋰金屬氧化物可以為LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。需要說明的是，上述的鋰金屬氧化物均市售可得，例如，LiNi0.8Co0.15Al0.05O2可以選購自深圳貝特瑞公司，NCA-1型的產(chǎn)品?；钚蕴嫉募尤肓繉τ谡麄€(gè)鋰離子電容器的性能也是有影響的，活性碳的加入量過多，勢必會減少鋰金屬氧化物的加入量，這樣會大大影響鋰離子電容器的性能，但是如果活性碳的加入量過少，則對于整個(gè)鋰離子電容器的性能提升效果不明顯。因此，在本發(fā)明第一方面的一些具體實(shí)施方式中，優(yōu)選地，正極中鋰金屬氧化物的重量份為40～80，活性炭的重量份為10～40，導(dǎo)電劑的重量份為5～10，粘結(jié)劑的重量份為10～20；更優(yōu)選地，正極中鋰金屬氧化物的重量份為50～70，活性炭的重量份為10～30，導(dǎo)電劑的重量份為5～8，粘結(jié)劑的重量份為12～20。對于活性碳的選取，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)活性炭的比表面積不小于1500m2/g時(shí)，所得到的鋰離子電容器的性能更加。對于正極中的導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，可以采用本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明在此不作具體限定，例如，正極中的導(dǎo)電劑可以選自納米碳粉、導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨、科琴黑、碳納米管和石墨烯的一種或多種；基于降低成本和提高導(dǎo)電性能的考慮，優(yōu)選用導(dǎo)電石墨作為導(dǎo)電劑。正極中的粘結(jié)劑可以選自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素銨、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠、LA系列的水性粘結(jié)劑(LA132、LA133和LA135)的一種或多種，優(yōu)選用聚偏氟乙烯(PVDF)作為粘結(jié)劑，其可以使得鋰離子電容器的性能更好。本發(fā)明提供的鋰離子電容器的負(fù)極可以包括：活性炭、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑?？梢岳斫獾氖?，負(fù)極中的活性炭可以選擇比表面積不小于1500m2/g的活性炭；負(fù)極中的導(dǎo)電劑可以選自為納米碳粉、導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨、科琴黑、碳納米管和石墨烯的一種或多種；負(fù)極中的粘結(jié)劑可以選自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素銨、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠、LA系列的水性粘結(jié)劑(LA132、LA133和LA135)的一種或多種。本發(fā)明提供的鋰離子電容器的電解液可以是含有鋰離子鹽和三乙基甲基四氟硼酸氨鹽的有機(jī)體系。具體地，電解液包括溶質(zhì)為六氟磷酸鋰(LiPF6)和三乙基甲基四氟硼酸氨(Et3MeNBF4)的混合鹽，溶劑選自碳酸丙稀酯(PC)、乙基碳酸酯(EC)、二甲基碳酸酯(DMC)、丙稀腈(AN)、碳酸亞乙烯酯(VC)、乙酸乙烯酯(VA)、亞硫酸乙烯酯(ES)中的一種或多種。優(yōu)選溶質(zhì)LiPF6與Et3MeNBF4的摩爾比為2:1，溶劑為EC與DMC的有機(jī)體系，溶質(zhì)與溶劑的體積比為1:1，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這樣配比的電解液導(dǎo)電性和浸潤性更好。本發(fā)明提供的鋰離子電容器的隔膜可以是聚乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、聚乙烯與聚丙烯復(fù)合多孔膜、維尼綸無紡布、玻璃纖維多孔薄膜中的一種，具體采用哪種隔膜，可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行確定，發(fā)本發(fā)明在此不作具體限定。在本發(fā)明第一方面的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，正極中鋰金屬氧化物、活性炭 和導(dǎo)電劑的重量之和與所述負(fù)極中活性炭和導(dǎo)電劑的重量之和的比為0.5～1.55。當(dāng)正極與負(fù)極在此重量范圍內(nèi)時(shí)，更有利于提高鋰離子電容器的能量密度，增加其壽命。需要說明的是，上述正極或負(fù)極所用的各組分一般為固體粉末，在實(shí)際制作鋰離子電容器時(shí)，需要用1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作為溶劑將正極或負(fù)極所用的各組分進(jìn)行調(diào)節(jié)稀釋，達(dá)到合適的狀態(tài)時(shí)再進(jìn)行制備。本發(fā)明的第二方面提供了一種制作鋰離子電容器方法，包括：將負(fù)極、隔膜和正極依次序疊放，疊成方形電芯；將方形電芯進(jìn)行定型處理，得到定型電芯；將定形電芯放入預(yù)沖成形的鋁塑復(fù)合膜包裝袋中；在干燥間注入電解液；在真空下熱封。上述方形電芯定型處理，可以是在熱壓機(jī)上進(jìn)行定型操作，定型的工藝參數(shù)為45℃～60℃，壓力為0.3Mba-0.5Mba，定形3～5分鐘。在本發(fā)明第二方面的一些具體實(shí)施方式中，正極的制作工藝為：將鋰金屬氧化物、活性炭、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合，用1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)配成漿料，然后涂在鋁箔上，放入真空干燥箱中120℃，干燥24h，經(jīng)輥壓、裁片成一定尺寸。本發(fā)明中，負(fù)極的制作工藝為：將活性炭、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合，用1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)配成漿料，然后涂在鋁箔上，放入真空干燥箱中120℃，干燥24h，經(jīng)輥壓、裁片成一定尺寸。下面結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。實(shí)施例1：正極片制作：將LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(簡稱NCA)(深圳貝特瑞，NCA-1型號)80g、活性炭(日本可樂麗，YP-50F型號)20g、導(dǎo)電石墨(瑞士特密高，SFG15型號)10g、PVDF(法國阿科瑪，HSV900型號)10g混合，用1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)配成漿料，然后涂在鋁箔上，放入真空干燥箱中120℃，干燥24h，經(jīng)輥壓、裁片制作成尺寸為52*82*0.08mm的正極片，并點(diǎn)焊上極 耳，即得到正極極耳。負(fù)極片制作：將活性炭80g、導(dǎo)電石墨10g、PVDF10g，用NMP配成漿料，然后涂在鋁箔上，放入真空干燥箱中120℃，干燥24h，經(jīng)輥壓、裁片制作成尺寸為52*82*0.20mm的負(fù)極片，并焊上極耳，即得到負(fù)極片。將負(fù)極、隔膜、正極依次疊放，卷繞成方形電芯，然后通過在熱壓機(jī)上45℃，0.5Mba，定形5分鐘，放入成型的鋁塑膜中，在干燥間中注入(1MLiPF6+0.5MEt3MeNBF4)/(EC+DMC)(體積比1:1)電解液，在真空條件下熱封成鋰離子電容器，見圖1。實(shí)施例2～5實(shí)施例2～5中制作鋰離子電容器的方法與實(shí)施例1基本一致，只是正極中所包括的鋰金屬氧化物、活性炭、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的種類和用量不同；實(shí)施例2～5中正極所包括的鋰金屬氧化物、活性炭、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的種類和用量可以參見表1。表1實(shí)施例2～5正極所包括的物質(zhì)的種類和用量實(shí)施例2NCA：70g活性碳：10g導(dǎo)電炭黑：10gPTFE：10g實(shí)施例3NCA：60g活性碳：20g科琴黑：5gPTFE：12g實(shí)施例4NCA：50g活性碳：30g導(dǎo)電炭黑：8gPVDF：15g實(shí)施例5NCA：40g活性碳：40g導(dǎo)電石墨：5gPVDF：20g其中，導(dǎo)電炭黑購自于：瑞士特密高，型號SFG15；PVDF(聚四氟乙烯)購自于：法國阿科瑪，型號HSV900。將實(shí)施例1～5中制作的鋰離子電容器進(jìn)行電壓測試，能量密度測試，并以400mA/g(正極)電流密度充放電，循環(huán)50000周次，測試各實(shí)施例所制備的電容器的比電容的保持值，并計(jì)算比容量保持率。結(jié)果見表2所示。表2實(shí)施例1～5中制作的鋰離子電容器的性能工作電壓(V)能量密度(Wh/kg)比容量保持率(％)實(shí)施例12.5～426.588實(shí)施例22.5～425.289實(shí)施例32.5～424.186實(shí)施例42.5～424.887實(shí)施例52.5～425.588從表2中可以看出，本發(fā)明的技術(shù)方案，在正極中加入活性炭材料后，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以顯著提高鋰離子電容器的能量密度和工作電壓，同時(shí)，鋰離子電容器的循環(huán)壽命也比較高。以上對本發(fā)明所提供的鋰離子電容器及其制作方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體實(shí)施例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其中心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3