一種可低溫充電的鋰離子電容器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可低溫充電的鋰離子電容器及其制備方法，該鋰離子電容器包括正極片、負(fù)極片、隔膜和電解液；正極片包括正極集流體和設(shè)置在正極集流體一側(cè)或兩側(cè)的正極活性物質(zhì)層，正極活性物質(zhì)為活性炭、炭氣凝膠、活性炭纖維、石墨烯中的任意一種或組合，正極活性物質(zhì)層表面還設(shè)有金屬鋰層；負(fù)極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置在負(fù)極集流體一側(cè)或兩側(cè)的負(fù)極活性物質(zhì)層，負(fù)極活性物質(zhì)層中的負(fù)極活性物質(zhì)為鈦酸鋰。該鋰離子電容器通過在正極活性物質(zhì)層表面設(shè)置金屬鋰層進(jìn)行正極補(bǔ)鋰，拓寬了鈦酸鋰/炭體系鋰離子電容器工作電壓區(qū)間，具有較好的倍率放電容量保持率、循環(huán)容量保持率和低溫充電保持率；在實(shí)現(xiàn)低溫充電的同時(shí)，具有較高的能量密度。
【專利說明】
-種可低溫充電的裡離子電容器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電化學(xué)儲(chǔ)能器件技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種可低溫充電的裡離子電容器 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 最近十幾年來，隨著能源利用向小型、分立和可移動(dòng)化方向發(fā)展趨勢(shì)的增強(qiáng)，各種 儲(chǔ)能器件(包括鉛酸電池、儀氨電池、裡離子電池等)獲得了極大的發(fā)展。而隨著電動(dòng)汽車應(yīng) 用市場(chǎng)的迅速擴(kuò)張，除了對(duì)儲(chǔ)能器件的能量密度有一定要求外，對(duì)功率密度的要求越來越 高，有的已經(jīng)超過了目前二次電池的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)能力，傳統(tǒng)的靜電電容器也因能量密度過低 不能滿足要求，裡離子電容器被認(rèn)為是滿足人們?cè)诠I(yè)和生活中能量需求的有效解決方案 之一。
[0003] 裡離子電容器在設(shè)計(jì)上采用了雙電層電容器的原理，在構(gòu)造上采用了裡離子電池 的負(fù)極材料與雙電層電容器的正極材料之組合，如果負(fù)極采用的是碳質(zhì)材料，就需要在負(fù) 極預(yù)添加裡離子，運(yùn)種體系的裡離子電容器能量密度或許會(huì)提高，但由于其負(fù)極碳材料嵌 裡電位接近金屬裡的析出電位，小于等于0.2V VS Li%致使此體系裡離子電容器并不能在 小于零攝氏度的低溫環(huán)境進(jìn)行充電，否則可能會(huì)引起負(fù)極析裡短路。
[0004] 采用碳，例如石墨、硬碳和軟碳等，作為負(fù)極，低溫環(huán)境下裡的嵌入和脫出負(fù)極能 力下降，特別是嵌入能力下降，所W低溫下充電比放電更難，運(yùn)會(huì)影響到裡離子電容器的充 放電電流。當(dāng)充電電流過大，裡離子嵌入負(fù)極速率下降導(dǎo)致其W原子態(tài)形式沉積在電池的 表面，運(yùn)可能導(dǎo)致電容器出現(xiàn)安全隱患。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中，G.G..Amatucci等人報(bào)道了一種W活性炭為正極、鐵酸裡Li4Ti日化2為 負(fù)極的混合超級(jí)電容器。負(fù)極Li4Tis化2嵌裡電位在1.5V(vs Li+)左右，致使其工作電壓區(qū)間 1.7~2.8V，電解液為1.5mol/L的LiPFs乙臘溶液，在10C充放電倍率下的容量保持率達(dá) 90% ,5000周循環(huán)后的容量損失為10~15%。
[0006] 上述采用碳酸裡負(fù)極的裡離子電容器雖然理論上可W實(shí)現(xiàn)低溫充電，但是單純的 碳酸裡/炭體系裡離子電容器在低溫環(huán)境的使用狀態(tài)下，正極的有效利用區(qū)間比較窄，利用 率低于50%，限制了 Li4Tis化2/AC體系裡離子電容器容量及能量密度的提高，從而限制了其 在低溫環(huán)境下的應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種可低溫充電的裡離子電容器，在實(shí)現(xiàn)低溫充電的同時(shí)， 具有較寬的工作電壓區(qū)間和較高的能量密度。
[000引本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種上述的可低溫充電的裡離子電容器的制備方法。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)W上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0010] -種可低溫充電的裡離子電容器，包括正極片、負(fù)極片、隔膜和電解液；
[0011] 所述正極片包括正極集流體和設(shè)置在正極集流體一側(cè)或兩側(cè)的正極活性物質(zhì)層， 正極活性物質(zhì)層中的正極活性物質(zhì)為活性炭、炭氣凝膠、活性炭纖維、石墨締中的任意一種 或組合;所述正極活性物質(zhì)層表面還設(shè)有金屬裡層；
[0012] 所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置在負(fù)極集流體一側(cè)或兩側(cè)的負(fù)極活性物質(zhì)層， 負(fù)極活性物質(zhì)層中的負(fù)極活性物質(zhì)為鐵酸裡。
[0013] 所述正極活性物質(zhì)層包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑 與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為85: (7~9): (6~8);所述負(fù)極活性物質(zhì)層包括負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑 和粘結(jié)劑，負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(92~93): (3.5~4.5): (3~3.5)。
[0014] 所述導(dǎo)電劑為乙烘黑、Super P、碳納米管中的任意一種或組合;所述粘結(jié)劑為聚 四氣乙締(PTFE)、聚偏氣乙締(PVDF)、下苯橡膠、簇甲基纖維素中的任意一種或組合。正極 活性物質(zhì)層與負(fù)極活性物質(zhì)層中，所用的導(dǎo)電劑是各自獨(dú)立的，可W相同也可W不同；所用 的粘接劑也是各自獨(dú)立的，可W相同也可W不同。
[001引所述正極棘性物質(zhì)層的面密度為58~60g/cm2，壓實(shí)密度為0.6~0.65g/cm3。
[0016] 所述金屬裡層是采用金屬裡通過漉壓的方式復(fù)合在正極活性物質(zhì)層表面形成的； 所述金屬裡為惰性裡粉、裡網(wǎng)、裡帶中的任意一種。
[0017] 所述金屬裡層的質(zhì)量為正極活性物質(zhì)質(zhì)量的0.3%~1%。
[0018] 所述正極集流體為侶錐;所述負(fù)極集流體為銅錐。
[0019] 所述隔膜為聚乙締多孔膜或聚丙締多孔膜;隔膜設(shè)置在正極片和負(fù)極片之間。
[0020] 所述電解液包括有機(jī)溶劑W及溶于有機(jī)溶劑的裡鹽;所述裡鹽為六氣憐酸裡。所 述六氣憐酸裡在電解液中的濃度為1.0~1.2mol/L。
[0021] 電解液所用的有機(jī)溶劑為碳酸乙締醋、碳酸丙締醋與碳酸二甲醋或碳酸二乙醋的 混合物。優(yōu)選的，碳酸乙締醋、碳酸丙締醋與碳酸二甲醋或碳酸二乙醋的體積比為（3~ 3.5):(0.5~1):4。
[0022] -種上述的可低溫充電的裡離子電容器的制備方法，包括下列步驟：
[0023] 1)取正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑制成正極漿料，涂覆在正極集流體的一側(cè)或 兩側(cè)，烘干、漉壓形成正極活性物質(zhì)層;將金屬裡鋪設(shè)在正極活性物質(zhì)層表面，漉壓形成裡 金屬層，得正極片；
[0024] 取負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑制成負(fù)極漿料，涂覆在負(fù)極集流體的一側(cè)或兩 側(cè)，烘干、漉壓形成負(fù)極活性物質(zhì)層，得負(fù)極片；
[0025] 2)將步驟1)所得正極片、負(fù)極片與隔膜、電解液組裝，即得所述裡離子電容器。 [00%]步驟1)中，不含裡金屬層的正極片的厚度為150~250皿。
[0027]步驟1)中，形成裡金屬層時(shí)，所述漉壓的壓力為50~150kg/cm2。
[00巧]步驟1)中，所述烘干的溫度為100~18(TC。
[0029] 步驟1)中，在制備負(fù)極片的過程中，烘干后的涂層厚度為220~260μπι，漉壓后的負(fù) 極片的厚度為100~120皿。
[0030] 本發(fā)明的可低溫充電的裡離子電容器采用鐵酸裡為負(fù)極活性物質(zhì)。鐵酸裡在裡離 子插入、脫出的過程中體積變化小，幾乎為零，而且具有非常平穩(wěn)的放電平臺(tái)，高于絕大多 數(shù)電解質(zhì)溶劑的還原電位，不形成SEI膜，庫(kù)倫效率高;鐵酸裡負(fù)極在-30°C下充電不會(huì)出現(xiàn) 導(dǎo)致短路或使負(fù)極惡化的裡枝晶出現(xiàn)，運(yùn)是石墨負(fù)極無法做到的，在廣泛的環(huán)境下能夠快 速充電和放電。
[0031] 正極炭活性材料在含裡離子的有機(jī)電解液中能夠穩(wěn)定工作的電化學(xué)窗口大約為 1.3~4.5V(vs Li + )，不對(duì)體系進(jìn)行預(yù)補(bǔ)裡時(shí)，炭材料對(duì)裡的起始電位在3V左右，與裡電位 1.5V左右的鐵酸裡負(fù)極組合在一起的電壓差在1.5V左右，WLi4Ti5〇i2/AC(活性炭)體系裡 離子電容器為例，1.5V就是理論上的最低工作電壓，實(shí)際工程上為了保證產(chǎn)品的循環(huán)壽命 等性能將最低電壓定為1.7V。此狀態(tài)下的正極有效利用區(qū)間大約只有3~4.5V，利用率低于 50%，限制了Li4Ti5〇i2/AC體系裡離子電容器容量及能量密度的提高。
[0032] 本發(fā)明的可低溫充電的裡離子電容器的負(fù)極活性物質(zhì)為活性炭、炭氣凝膠、活性 炭纖維、石墨締中的任意一種或組合。對(duì)鐵酸裡/炭體系進(jìn)行裡源的補(bǔ)充，由于鐵酸裡具有 非常平穩(wěn)的放電平臺(tái)，難于通過電位變化判斷嵌裡程度，所W為了方便監(jiān)控體系的補(bǔ)裡效 果，對(duì)正極碳材料進(jìn)行預(yù)嵌裡，正極靜電吸附裡離子量會(huì)直觀反映在電壓變化上，克容量嵌 裡量與正極片活性物質(zhì)層的質(zhì)量比范圍為〇.3%-1%。例如，W面密度60g/m2、84F/g的活性 炭極片為例，如果補(bǔ)裡量設(shè)計(jì)為0.4%，則注液后Li4Ti5化2/AC體系裡離子電容器的電壓應(yīng) 該在0.5~0.6V。
[0033] 本發(fā)明的可低溫充電的裡離子電容器，正極活性物質(zhì)為具有靜電吸附離子特性的 活性物質(zhì)（活性炭、炭氣凝膠、活性炭纖維、石墨締中的任意一種或組合），負(fù)極活性物質(zhì)為 可W嵌脫附裡離子的鐵酸裡，通過在正極活性物質(zhì)層表面設(shè)置金屬裡層進(jìn)行正極補(bǔ)裡，拓 寬了鐵酸裡/炭體系裡離子電容器工作電壓區(qū)間，實(shí)現(xiàn)低溫充電的同時(shí)也提高了能量密度。 本發(fā)明的Li4Tis化2/AC體系裡離子電容器工作電壓0.5~2.8V，低溫-40°C充電容量保持率 70% W上，具有較好的倍率放電容量保持率、循環(huán)容量保持率和低溫充電保持率，具有較好 的電化學(xué)性能;在實(shí)現(xiàn)低溫充電的同時(shí)，具有較寬的工作電壓區(qū)間和較高的能量密度。
[0034] 本發(fā)明的可低溫充電的裡離子電容器的制備方法，正極片的制備采用金屬裡(惰 性裡粉、裡網(wǎng)或裡帶)通過漉壓的方式復(fù)合在正極活性物質(zhì)層表面形成金屬裡層;該制備方 法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，易于自動(dòng)化控制，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。在制備裡金屬層時(shí)，漉壓 的壓力控制在50~150kg/cm2,增加了金屬裡與正極片的接觸面積，加快了裡金屬離子化速 度，提高了生產(chǎn)效率。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] 本實(shí)施例的可低溫充電的裡離子電容器，包括正極片、負(fù)極片、隔膜和電解液；
[0038] 所述正極片包括正極集流體侶錐和設(shè)置在正極集流體兩側(cè)的正極活性物質(zhì)層，所 述正極活性物質(zhì)層包括正極活性物質(zhì)活性炭、導(dǎo)電劑乙烘黑、粘結(jié)劑聚四氣乙締(PTFE)，活 性炭、乙烘黑、聚四氣乙締的質(zhì)量比為85:7:8,所述正極活性物質(zhì)層的面密度為58g/cm2,壓 實(shí)密度為〇.6g/cm3;
[0039] 所述正極活性物質(zhì)層表面均設(shè)有金屬裡層，所述金屬裡層是采用惰性裡粉通過漉 壓的方式復(fù)合在正極活性物質(zhì)層表面形成的，金屬裡層的質(zhì)量為正極活性物質(zhì)質(zhì)量的 0.7%;
[0040] 所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體銅錐和設(shè)置在負(fù)極集流體兩側(cè)的負(fù)極活性物質(zhì)層，所 述負(fù)極活性物質(zhì)層包括負(fù)極活性物質(zhì)鐵酸裡、導(dǎo)電劑Super P、粘結(jié)劑聚偏氣乙締(PVDF)， 鐵酸裡、Super P、聚偏氣乙締的質(zhì)量比為93:4:3。
[0041] 本實(shí)施例的可低溫充電的裡離子電容器的制備方法，包括下列步驟：
[0042] 1)取正極活性物質(zhì)活性炭、導(dǎo)電劑乙烘黑和粘結(jié)劑聚四氣乙締均勻混合，制成正 極漿料，采用涂布機(jī)涂覆在正極集流體侶錐的兩側(cè)表面，120°C烘干，漉壓形成正極活性物 質(zhì)層(集流體與正極活性物質(zhì)層的總厚度為200μπ〇,分條;將惰性裡粉均勻鋪設(shè)在正極活性 物質(zhì)層表面，在150kg/cm2的壓力下漉壓形成裡金屬層(漉壓使得裡粉表面惰性層破壞裸露 裡金屬），得正極片；
[0043] 取負(fù)極活性物質(zhì)鐵酸裡、Super P、粘結(jié)劑聚偏氣乙締均勻混合，制成負(fù)極漿料，采 用涂布機(jī)涂覆在負(fù)極集流體銅錐的兩側(cè)表面，120°C烘干后，涂層厚度為260μπι，漉壓形成負(fù) 極活性物質(zhì)層，得厚度為120μπι的負(fù)極片，切邊，裁片，分條，收卷，備用；
[0044] 2)取隔膜和電解液，隔膜為聚丙締微孔膜;電解液所用裡鹽為六氣憐酸裡，六氣憐 酸裡在電解液中的濃度為l.Omol/L，所用有機(jī)溶劑為碳酸乙締醋、碳酸丙締醋、碳酸二甲醋 按照體積比3:1:4混合而成的混合溶劑；
[0045] 將所得正極片、隔膜、負(fù)極片制成卷繞式電忍，入殼，注入電解液，靜置2地(記錄靜 置后電壓值，靜置后電壓值為0.5~0.6V)，0.5V恒流充電至2.8V進(jìn)行化成，排氣成型，即得 所述裡離子電容器。
[0046] 實(shí)施例2
[0047] 本實(shí)施例的可低溫充電的裡離子電容器，包括正極片、負(fù)極片、隔膜和電解液；
[0048] 所述正極片包括正極集流體侶錐和設(shè)置在正極集流體兩側(cè)的正極活性物質(zhì)層，所 述正極活性物質(zhì)層包括正極活性物質(zhì)活性炭、導(dǎo)電劑Super P、粘結(jié)劑聚四氣乙締(PTFE)， 活性炭、Super P、聚四氣乙締的質(zhì)量比為85:8: 7,所述正極活性物質(zhì)層的面密度為60g/ cm2,壓實(shí)密度為0.63g/cm3;
[0049] 所述正極活性物質(zhì)層表面均設(shè)有金屬裡層，所述金屬裡層是采用裡網(wǎng)通過漉壓的 方式復(fù)合在正極活性物質(zhì)層表面形成的，金屬裡層的質(zhì)量為正極活性物質(zhì)質(zhì)量的0.5% ;
[0050] 所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體銅錐和設(shè)置在負(fù)極集流體兩側(cè)的負(fù)極活性物質(zhì)層，所 述負(fù)極活性物質(zhì)層包括負(fù)極活性物質(zhì)鐵酸裡、導(dǎo)電劑碳納米管、粘結(jié)劑聚偏氣乙締(PVDF)， 鐵酸裡、碳納米管、聚偏氣乙締的質(zhì)量比為93.5:3.5:3。
[0051] 本實(shí)施例的可低溫充電的裡離子電容器的制備方法，包括下列步驟：
[0052] 1)取正極活性物質(zhì)活性炭、導(dǎo)電劑Super P和粘結(jié)劑聚四氣乙締均勻混合，制成正 極漿料，采用涂布機(jī)涂覆在正極集流體侶錐的兩側(cè)表面，120°C烘干，漉壓形成正極活性物 質(zhì)層(集流體與正極活性物質(zhì)層的總厚度為150μπ〇,分條;將裡網(wǎng)疊放鋪設(shè)在正極活性物質(zhì) 層表面(裡網(wǎng)的面積與正極活性物質(zhì)層面積相同），在lOOkg/cm2的壓力下漉壓形成裡金屬 層，得正極片；
[0053] 取負(fù)極活性物質(zhì)鐵酸裡、碳納米管、粘結(jié)劑聚偏氣乙締均勻混合，制成負(fù)極漿料， 采用涂布機(jī)涂覆在負(fù)極集流體銅錐的兩側(cè)表面，120°C烘干后，涂層厚度為260μπι，漉壓形成 負(fù)極活性物質(zhì)層，得厚度為120μπι的負(fù)極片，切邊，裁片，分條，收卷，備用；
[0054] 2)取隔膜和電解液，隔膜為聚乙締微孔膜;電解液所用裡鹽為六氣憐酸裡，六氣憐 酸裡在電解液中的濃度為l.Omol/L，所用有機(jī)溶劑為碳酸乙締醋、碳酸丙締醋、碳酸二乙醋 按照體積比3.5:0.5:4混合而成的混合溶劑；
[0055]將所得正極片、隔膜、負(fù)極片制成卷繞式電忍，入殼，注入電解液，靜置24h(記錄靜 置后電壓值，靜置后電壓值為0.5~0.6V)，0.5V恒流充電至2.8V進(jìn)行化成，排氣成型，即得 所述裡離子電容器。
[0056] 實(shí)施例3
[0057] 本實(shí)施例的可低溫充電的裡離子電容器，包括正極片、負(fù)極片、隔膜和電解液；
[0058] 所述正極片包括正極集流體侶錐和設(shè)置在正極集流體兩側(cè)的正極活性物質(zhì)層，所 述正極活性物質(zhì)層包括正極活性物質(zhì)活性炭、導(dǎo)電劑Super P、粘結(jié)劑下苯橡膠（SBR)和簇 甲基纖維素(CMC),活性炭、Super P、下苯橡膠、簇甲基纖維素的質(zhì)量比為85:9:4:2,所述正 極活性物質(zhì)層的面密度為60g/cm2，壓實(shí)密度為0.63g/cm3;
[0059] 所述正極活性物質(zhì)層表面均設(shè)有金屬裡層，所述金屬裡層是采用裡帶通過漉壓的 方式復(fù)合在正極活性物質(zhì)層表面形成的，金屬裡層的質(zhì)量為正極活性物質(zhì)質(zhì)量的0.3% ;
[0060] 所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體銅錐和設(shè)置在負(fù)極集流體兩側(cè)的負(fù)極活性物質(zhì)層，所 述負(fù)極活性物質(zhì)層包括負(fù)極活性物質(zhì)鐵酸裡、導(dǎo)電劑乙烘黑、粘結(jié)劑聚偏氣乙締(PVDF)，鐵 酸裡、乙烘黑、聚偏氣乙締的質(zhì)量比為92:4.5:3.5。
[0061] 本實(shí)施例的可低溫充電的裡離子電容器的制備方法，包括下列步驟：
[0062] 1)取正極活性物質(zhì)活性炭、導(dǎo)電劑Super P和粘結(jié)劑下苯橡膠、簇甲基纖維素均勻 混合，制成正極漿料，采用涂布機(jī)涂覆在正極集流體侶錐的兩側(cè)表面，120°C烘干，漉壓形成 正極活性物質(zhì)層(集流體與正極活性物質(zhì)層的總厚度為250μπ〇,分條;將裡帶疊放鋪設(shè)在正 極活性物質(zhì)層表面，在50kg/cm2的壓力下漉壓形成裡金屬層，得正極片；
[0063] 取負(fù)極活性物質(zhì)鐵酸裡、乙烘黑、粘結(jié)劑聚偏氣乙締均勻混合，制成負(fù)極漿料，采 用涂布機(jī)涂覆在負(fù)極集流體銅錐的兩側(cè)表面，120°C烘干后，涂層厚度為220μπι，漉壓形成負(fù) 極活性物質(zhì)層，得厚度為100μπι的負(fù)極片，切邊，裁片，分條，收卷，備用；
[0064] 2)取隔膜和電解液，隔膜為聚丙締微孔膜;電解液所用裡鹽為六氣憐酸裡，六氣憐 酸裡在電解液中的濃度為1.2mol/L，所用有機(jī)溶劑為碳酸乙締醋、碳酸丙締醋、碳酸二甲醋 按照體積比3:1:4混合而成的混合溶劑；
[0065] 將所得正極片、隔膜、負(fù)極片制成卷繞式電忍，入殼，注入電解液，靜置2地(記錄靜 置后電壓值，靜置后電壓值為0.5~0.6V)，0.5V恒流充電至2.8V進(jìn)行化成，排氣成型，即得 所述裡離子電容器。
[0066] 實(shí)施例4-7的可低溫充電的裡離子電容器中，正極活性物質(zhì)種類、金屬裡層(惰性 裡粉)與正極活性物質(zhì)的質(zhì)量比關(guān)系如表1所示，其余同實(shí)施例1。
[0067] 表1實(shí)施例4-7中正極活性物質(zhì)種類、金屬裡層與正極活性物質(zhì)的質(zhì)量比 [006引
[0069] 注:LiAf為金屬裡層(惰性裡粉)的質(zhì)量為正極活性物質(zhì)質(zhì)量的百分比。
[0070] 實(shí)施例8-11的可低溫充電的裡離子電容器中，正極活性物質(zhì)種類、金屬裡層（裡 網(wǎng)）與正極活性物質(zhì)的質(zhì)量比關(guān)系如表2所示，其余同實(shí)施例2。
[0071] 表2實(shí)施例8-11中正極活性物質(zhì)種類、金屬裡層與正極活性物質(zhì)的質(zhì)量比
[0072]
[0073] 注:LiAf為金屬裡層(裡網(wǎng)）的質(zhì)量為正極活性物質(zhì)質(zhì)量的百分比。
[0074] 實(shí)施例12-15的可低溫充電的裡離子電容器中，正極活性物質(zhì)種類、金屬裡層(裡 帶)與正極活性物質(zhì)的質(zhì)量比關(guān)系如表3所示，其余同實(shí)施例3。
[0075] 表3實(shí)施例12-15中正極活性物質(zhì)、金屬裡層與正極活性物質(zhì)的質(zhì)量比
[0076]
[0077] ~注:LiAf為金屬裡層(裡帶）的質(zhì)量為正極活性物質(zhì)質(zhì)量的百分比。 ' [007引實(shí)驗(yàn)例
[0079] 本實(shí)驗(yàn)例對(duì)實(shí)施例1-15所得裡離子電容器的性能按照如下方法進(jìn)行測(cè)試。
[0080] (1)靜電容量測(cè)試
[0081 ] 在20~30°C下，W10A充電至2.8V，擱置15s，10A放電至0.5V，循環(huán)5周，取平均值。
[00劇 （2)倍率性測(cè)試。
[0083] 在20~30°C下，在0.5~2.8V，W50C倍率恒電流放電，并計(jì)算放電容量相對(duì)于1C放 電容量的保持率。
[0084] (3)循環(huán)壽命測(cè)試。
[0085] 在20~30°C下，在0.5~2.8V，15A恒電流充放電，循環(huán)10萬次，并計(jì)算最后一次放 電容量相對(duì)于首次放電容量的保持率。
[0086] (4)低溫充電測(cè)試。
[0087] 在-40°C下，在0.5~2.8V，15A恒電流充電測(cè)試。
[0088] 測(cè)試結(jié)果如表4所示。
[0089] 表4實(shí)施例1-15的裡離子電池性能測(cè)試結(jié)果
[0090]
[0091] 注:LiAf為金屬裡層的質(zhì)量為正極活性物質(zhì)質(zhì)量的百分比。
[0092] 從表4可W看出，實(shí)施例1-15所得裡離子電容器的50C倍率放電容量保持率為1別寸 的93%~96%，循環(huán)10萬次后容量保持率仍達(dá)到84%~89%，-40°C充電保持率在73%~ 78%。測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明的裡離子電池具有較好的倍率放電容量保持率、循環(huán)容量保持 率和低溫充電保持率，具有較好的電化學(xué)性能;在實(shí)現(xiàn)低溫充電的同時(shí)，具有較寬的工作電 壓區(qū)間和較高的能量密度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可低溫充電的鋰離子電容器，其特征在于:包括正極片、負(fù)極片、隔膜和電解液； 所述正極片包括正極集流體和設(shè)置在正極集流體一側(cè)或兩側(cè)的正極活性物質(zhì)層，正極 活性物質(zhì)層中的正極活性物質(zhì)為活性炭、炭氣凝膠、活性炭纖維、石墨烯中的任意一種或組 合;所述正極活性物質(zhì)層表面還設(shè)有金屬鋰層； 所述負(fù)極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置在負(fù)極集流體一側(cè)或兩側(cè)的負(fù)極活性物質(zhì)層，負(fù)極 活性物質(zhì)層中的負(fù)極活性物質(zhì)為鈦酸鋰。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可低溫充電的鋰離子電容器，其特征在于:所述金屬鋰層是采 用金屬鋰通過輥壓的方式復(fù)合在正極活性物質(zhì)層表面形成的；所述金屬鋰為惰性鋰粉、鋰 網(wǎng)、鋰帶中的任意一種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可低溫充電的鋰離子電容器，其特征在于：所述金屬鋰層 的質(zhì)量為正極活性物質(zhì)質(zhì)量的〇. 3%~1 %。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可低溫充電的鋰離子電容器，其特征在于:所述正極活性物質(zhì) 層包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為85: (7 ~9): (6~8);所述負(fù)極活性物質(zhì)層包括負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo) 電劑與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(92~93): (3 · 5~4.5): (3~3 · 5)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可低溫充電的鋰離子電容器，其特征在于:所述導(dǎo)電劑為乙炔 黑、Super P、碳納米管中的任意一種或組合;所述粘結(jié)劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯 橡膠、羧甲基纖維素中的任意一種或組合。6. 根據(jù)權(quán)利要求1、4或5所述的可低溫充電的鋰離子電容器，其特征在于:所述正極活 性物質(zhì)層的面密度為58~60g/cm2，壓實(shí)密度為0.6~0.65g/cm 3。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可低溫充電的鋰離子電容器，其特征在于:所述電解液包括有 機(jī)溶劑以及溶于有機(jī)溶劑的鋰鹽;所述鋰鹽為六氟磷酸鋰。8. -種如權(quán)利要求1所述的可低溫充電的鋰離子電容器的制備方法，其特征在于:包括 下列步驟： 1) 取正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑制成正極漿料，涂覆在正極集流體的一側(cè)或兩側(cè)， 烘干、輥壓形成正極活性物質(zhì)層；將金屬鋰鋪設(shè)在正極活性物質(zhì)層表面，輥壓形成鋰金屬 層，得正極片； 取負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑制成負(fù)極漿料，涂覆在負(fù)極集流體的一側(cè)或兩側(cè)，烘 干、輥壓形成負(fù)極活性物質(zhì)層，得負(fù)極片； 2) 將步驟1)所得正極片、負(fù)極片與隔膜、電解液組裝，即得所述鋰離子電容器。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的可低溫充電的鋰離子電容器的制備方法，其特征在于:形成鋰 金屬層時(shí)，所述輯壓的壓力為50~150kg/cm 2。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的可低溫充電的鋰離子電容器的制備方法，其特征在于:步驟 1)中，在制備負(fù)極片的過程中，烘干后的涂層厚度為220~260μπι，輥壓后的負(fù)極片的厚度為 100 ~120μπι〇
【文檔編號(hào)】H01G11/46GK105869898SQ201610361723
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】平麗娜, 懷永建, 彭強(qiáng), 王磊, 潘文成, 王偉, 李少軍, 臧超, 王媛媛
【申請(qǐng)人】中航鋰電（洛陽）有限公司