CN106876162A - 一种锂离子超级电容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂离子超级电容器，包括正极、隔膜，还包括集流体，正极和集流体分别置于隔膜二侧，正极和集流体与隔膜相贴接。经过本发明的组装的锂离子超级电容器，和目前锂离子超级电容器相比，无论在能量密度模式功率密度方面，均有相当大的提升，与目前的锂离子电池相比，在保持功率密度优势的同时，在能量密度方面能够达到或接近锂离子电池水平，所以极具使用价值。

Description

一种锂离子超级电容器

技术领域

本发明涉及电化学储能领域，具体的说是涉及一种锂离子超级电容器。

背景技术

锂离子超级电容器作为一种储能器件，具有安全性高，使用寿命长，功率高等优点，它结合了普通的双电层电容器和锂离子电池的优势，所以在移动通讯、启动电源、备用电源等领域都有更好的应用前景。

锂离子超级电容器具有以下特点：(1)相对于锂离子电池来说，拥有更高的功率密度，在大电流应用场合特别是高能脉冲环境，可以更好的满足功率要求。(2)充放电循环时间很短，远远小于蓄电池的充放循环时间。(3)电池使用寿命长，终身无须维护。(4)运行温度宽可以在-45～85℃的范围内正常工作。

锂离子电容器一个电极采用能量密度更高的锂离子电极材料，另一极采用具有双电层储能的活性炭材料。活性炭材料可以作为负极材料，也可以作为正极材料。一般地，为了更高的能量密度，电解液均采用有机体系来提高锂离子电容器的工作电压。

尽管锂离子电容器采用高能量密度的电极材料，但是仍有继续提高锂离子超级电容器能量密度的空间。

发明内容

本发明为了进一步提高锂离子超级电容器的能量密度，增加其实用性，提供一种高能量密度的锂离子超级电容器，及其组装方法。

为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种锂离子超级电容器，包括正极、隔膜，还包括集流体，正极和集流体分别置于隔膜二侧，正极和集流体与隔膜相贴接。正极、集流体、隔膜均浸没在电解液中构成高能量密度的锂离子超级电容器。

所述的集流体为片状、网状或泡沫状，所述的金属材料为铜、铝、镍中一种或二种以上的合金。

正极由活性炭、导电剂、胶黏剂混合制备而成，制备的方法包括涂布、擀压或喷涂，活性炭的面密度为：0.1-100mgcm^-2，其中较优的是1-30mgcm^-2，导电剂的面密度为：0.01-20mgcm^-2，其中较优的是0.1-10mgcm^-2，胶黏剂的面密度为0.01-20mgcm^-2，其中较优的是0.1-10mgcm^-2；

所述的隔膜为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯和聚丙烯复合隔膜、纤维素隔膜、玻璃纤维素隔膜或陶瓷膜。

所述的电解液，包括溶剂和盐；

所述的溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、乙二醇二甲醚、二氧戊环、四甘醇二甲基醚、1，4-丁内酯等中的一种或者二种以上混合而成；

其中优选的是体积比为4：1-1：4的碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯的任意两种组合和体积比为4：1-1：4的乙二醇二甲醚和二氧戊环的组合；优选体积比为1：1的组合。

所述的盐包括LiN(SO₃CF₃)₂、LiN(SO₃CF₂CF₃)₂、LiSO₃CF₃、LiBr、LiI、LiPF₆、LiBOB中的一种或者二种以上；其中优选的是LiN(SO₃CF₃)₂、LiSO₃CF₃、LiBOB中的一种或者二种以上，浓度0.1-10molL^-1。

本发明的有益效果是：

1、由于采用的负极仅有集流体没有活性材料，将得到最大程度的锂离子超级电容器的能量密度。

2、负极直接进行金属锂沉积或溶解，相对于钛酸锂、石墨等负极来说，具有更低的电位，能有效提高锂离子超级电容器的工作电压，进而提高电池能量密度。

通过本发明制备的锂离子超级电容器器件的能量密度可达到30Whkg^-1以上，功率密度为10KWkg^-1以上。

经过本发明的组装的锂离子超级电容器，和目前锂离子超级电容器相比，无论在能量密度模式功率密度方面，均有相当大的提升，与目前的锂离子电池相比，在保持功率密度优势的同时，在能量密度方面能够达到或接近锂离子电池水平，所以极具使用价值。

附图说明

图1为超级电容器的充放电性能。

具体实施方式

实施例1

本发明提出的锂离子超级电容器可按以下方式实施：

锂离子超级电容器的正极可采用涂布法制备。首先将活性炭、导电剂、聚偏氟乙烯,按照8：1：1的质量比混合均匀后，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP),电极浆料的固含量为15％，将混合均匀的电极浆料涂布于铝箔集流体上，70摄氏度烘干12小时，真空干燥，备用。

锂离子超级电容器的负极仅使用铜箔。

锂离子超级电容器的电解液中盐为LiPF₆，溶剂为碳酸丙烯酯与碳酸二甲酯(体积比为1：1)，盐浓度为1molL^-1。

将正极、聚丙烯隔膜、铜箔依次组装在一起后，加注电解液后封装。加注电解液与活性炭的质量比为4：1。测试锂离子超级电容器性能。

锂离子超级电容器的充放电程序如下所示。充放电截止电压为3.3V-4.8V，充放电电流为1Ag^-1活性炭。超级电容器的充放电性能如图1所示。

实施例2

本发明提出的锂离子超级电容器可按以下方式实施：

锂离子超级电容器的负极仅使用泡沫铜。

锂离子超级电容器的正极可采用涂布法制备。首先将活性炭、导电剂、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶,按照8.5：1：0.25：0.25的质量比混合均匀后，加入一定量去离子水,电极浆料的固含量为30％，将混合均匀的电极浆料涂布于铝箔集流体上，50摄氏度烘干12小时，真空干燥，备用。

锂离子超级电容器的电解液中的溶剂为碳酸丙烯酯与碳酸二甲酯(体积比为1：1)，盐1为LiPF₆，盐1浓度为1molL^-1，盐2为四氟硼酸四乙基铵，盐2的浓度为1molL^-1。

将正极、聚丙烯隔膜、铜箔依次组装在一起后，加注电解液后封装，加注电解液与活性炭的质量比为4：1。

锂离子超级电容器的充放电程序如下所示。充放电截止电压为3.0V-4.0V，充放电电流为1Ag^-1活性炭。

Claims (6)

1.一种锂离子超级电容器，包括正极、隔膜，其特征在于：

还包括集流体，正极和集流体分别置于隔膜二侧，正极和集流体与隔膜相贴接。

2.按照权利要求1所述的锂离子超级电容器，其特征在于：

正极、集流体、隔膜均浸没在电解液中构成高能量密度的锂离子超级电容器。

3.按照权利要求1所述的锂离子超级电容器，其特征在于：

所述的集流体为片状、网状或泡沫状，所述的金属材料为铜、铝、镍中一种或二种以上的合金。

4.按照权利要求1所述的锂离子超级电容器，其特征在于:

正极由活性炭、导电剂、胶黏剂混合制备而成，制备的方法包括涂布、擀压或喷涂，活性炭的面密度为：0.1-100mgcm^-2，其中较优的是1-30mgcm^-2，导电剂的面密度为：0.01-20mgcm^-2，其中较优的是0.1-10mgcm^-2，胶黏剂的面密度为0.01-20mgcm^-2，其中较优的是0.1-10mgcm^-2。

5.按照权利要求1所述的锂离子超级电容器，其特征在于:所述的隔膜为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯和聚丙烯复合隔膜、纤维素隔膜、玻璃纤维素隔膜或陶瓷膜。

6.按照权利要求2所述的锂离子超级电容器，其特征在于:所述的电解液，包括溶剂和盐；

所述的溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、乙二醇二甲醚、二氧戊环、四甘醇二甲基醚、1，4-丁内酯等中的一种或者二种以上混合而成；

其中优选的是体积比为4：1-1：4的碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯的任意两种组合和体积比为4：1-1：4的乙二醇二甲醚和二氧戊环的组合；

所述的盐包括LiN(SO₃CF₃)₂、LiN(SO₃CF₂CF₃)₂、LiSO₃CF₃、LiBr、LiI、LiPF₆、LiBOB中的一种或者二种以上；其中优选的是LiN(SO₃CF₃)₂、LiSO₃CF₃、LiBOB中的一种或者二种以上，浓度0.1-10molL^-1。