一種長壽命補償式鋰離子電容器的製造方法
2023-06-04 17:19:16 1
一種長壽命補償式鋰離子電容器的製造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種長壽命補償式鋰離子電容器，包括鋰輔助電極、正極、負極、隔膜、電解液，電容器單元可以採用疊層或卷繞結構，其特徵在於鋰單獨構成一個輔助電極，該電極通過集流體和極耳引出。本實用新型鋰離子電容器的鋰輔助電極可以多次向負極補償鋰離子，有效解決負極在反覆充放電過程中由於負極鋰離子自放電或遷移出造成的容量衰減問題，解決鋰離子電容器循環壽命短的問題。
【專利說明】一種長壽命補償式裡離子電容器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電化學儲能器件，特別涉及一種長壽命補償式鋰離子電容器。
【背景技術】
[0002]隨著社會的發展，人類即面臨著煤、石油等不可再生能源的日益枯竭，也面臨著嚴重的環境汙染問題。以太陽能、風能等為代表的新能源領域，以及採用高性能儲能元器件代替石油驅動汽車以實現減排的電動汽車行業，對儲能裝置的能量密度、功率密度和使用壽命提出了更加深刻的要求。
[0003]鋰離子電容器是一種新型儲能器件，正極與負極充放電原理不同。在設計上採用了雙電層電容器和電化學儲鋰的原理，在構造上採用了鋰離子電池的負極材料與雙電層電容器的正極材料之組合(即負極採用石墨等儲鋰炭材料，正極採用活性炭)；鋰離子電容器的工作電壓(2.0?4.0 V)可以與鋰離子電池相媲美，從而大大提高了電容器的能量密度(30 ffh/kg);鋰離子電容器具有與雙電層電容器相似的快速充電速度，而能量密度卻遠高於雙電層電容器(〈5 Wh/kg)，自放電也小；相比鋰離子電池，鋰離子電容器的安全性也更高。在太陽能發電、風力發電、電動汽車、不間斷電源系統(UPS)、建設工程電梯等領域中，展示了很好的應用前景。
[0004]在以鋰鹽為電解質的電解液中，正極活性炭的開路電位為?3V vs.Li+/Li，負極石墨材料的開路電位也為?3 V vs.Li+/Li，且石墨材料的嵌鋰容量是活性炭材料的5倍左右。
[0005]為了使該體系下的鋰離子電容器能夠正常穩定工作，且能量密度最大化，一般採用預嵌鋰方式，將石墨電位降到嵌鋰平臺0.2 V vs.LiVLi以下，再與正極活性炭組合構成鋰離子電容器。
[0006]但目前存在的問題是，在反覆的充放電過程中，由於負極石墨中的鋰離子緩慢的自放電或遷移出石墨層，造成石墨一端電勢對金屬鋰逐漸升高，此時為了保持恆定的工作電壓，正極活性炭的電位也在逐漸上升(> 0.2 V vs.Li+/Li)，從而鋰離子電容器的容量開始衰減，相應的能量密度逐漸降低，嚴重影響了鋰離子電容器的長期使用壽命。
【發明內容】
[0007]本實用新型的目的就是要提供一種具有長壽命補償式鋰離子電容器。
[0008]本實用新型的目的是這樣實現的，該鋰離子電容器包括鋰輔助電極、正極、負極、
[0009]隔膜、電解液，電容器單元可以採用疊層或卷繞結構，所述的鋰單獨構成一個輔助電極，該
[0010]電極通過集流體和極耳引出。
[0011]所述的鋰離子電容器，鋰可以為金屬單質鋰，其形態可以為片狀、粉末。
[0012]所述的鋰離子電容器，鋰輔助電極是將金屬單質鋰壓實並填充於銅網、鈦網或不鏽
[0013]鋼網等集流體上，並通過極耳引出，形成單獨的輔助電極。
[0014]所述鋰離子電容器，鋰輔助電極在電容器單元中的位置，若採用多層疊片結構，鋰輔
[0015]助電極可以位於電芯的最外一端，也可以位於疊片結構中的多層；若採用卷繞結構，鋰輔助
[0016]電極可以位於電芯的最中間位置或外側。
[0017]本實用新型具有以下優點和積極效果:
[0018]本實用新型中，當鋰離子電容器在反覆充放電使用過程中，當負極鋰離子由於自放電或遷移
[0019]出石墨層時，可以將負極石墨與鋰輔助電極構成迴路，多次通過向石墨電極中補償鋰離子，
[0020]從而達到石墨電極電勢始終保持在0.2 vs.LiVLi以下平臺工作，鋰離子電容器的容量得以
[0021]保持，能量密度得以維持，大大延長了電容器的長期有效使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]附圖1為本實用新型一種採用疊片結構組成的補償式鋰離子電容器結構單元，鋰輔
[0023]助電極位於電芯的最外一端。圖中I為鋰輔助電極，2為正極，3為負極，4為隔膜，5為極耳，6為電解液，外殼，Ia為輔助電極集流體，2a為正極集流體，3a為負極集流體，5a為正極極耳，5b為負極極耳,5c為輔助電極極耳。
[0024]附圖2為本實用新型另外一種採用疊片結構組成的補償式鋰離子電容器結構單元，鋰輔助電極位於電芯中多個位置。圖中I為鋰輔助電極，2為正極，3為負極，4為隔膜，5為極耳，6為電解液，外殼，Ia為輔助電極集流體，2a為正極集流體，3a為負極集流體，5a為正極極耳，5b為負極極耳,5c為輔助電極極耳。
[0025]附圖3為本實用新型一種採用卷繞結構組成的補償式鋰離子電容器結構單元，鋰輔
[0026]助電極位於電芯中央位置。圖中I為鋰輔助電極，2為正極，3為負極，4為隔膜，5為極耳，6為電解液，外殼，Ia為輔助電極集流體，2a為正極集流體，3a為負極集流體，5a為正極極耳，5b為負極極耳,5c為輔助電極極耳。
【具體實施方式】
[0027]實施例1
[0028]圖1所示的一種採用疊片結構組成的補償式鋰離子電容器單元，該鋰離子電容器包括鋰輔助電極1、正極2、負極3、隔膜4、極耳5、電解液，外殼6。
[0029]所述的鋰輔助電極I位於電容器的最外一端。
[0030]電容器單元按照鋰輔助電極I/隔膜4/負極3/隔膜4/正極2/隔膜4/負極3/隔膜/正極[0031]2……的方式交替組成。
[0032]實施例2
[0033]圖3所示的一種採用疊片結構組成的補償式鋰離子電容器單元，該鋰離子電容器包括鋰輔助電極1、正極2、負極3、隔膜4、極耳5、電解液，外殼6。
[0034]所述的鋰輔助電極I位於電容器的多個位置。
[0035]電容器單元按照鋰輔助電極I/隔膜4/負極3/隔膜4/正極2/鋰輔助電極I/隔膜4/負極
[0036]3/隔膜4/正極2……的方式交替組成。
[0037]實施例3
[0038]圖3所示的一種採用卷繞結構組成的補償式鋰離子電容器單元，該鋰離子電容器包括鋰源
[0039]1、正極2、負極3、隔膜4、極耳5、電解液，外殼6。
[0040]所述的鋰源電極I位於電容器的中央位置。
[0041]電容器單元按照鋰輔助電極I/隔膜4/負極3/隔膜4/正極2/隔膜4/負極3/隔膜/正極
[0042]2......的方式交替組成。
[0043]本實用新型中鋰源電極1、正極2與負極3的製造過程如下:
[0044]將金屬單質鋰片或鋰粉體，按照固定尺寸和質量，壓實並填充於銅網、鈦網或不鏽鋼網等集
[0045]流體上，並通過極耳引出，形成單獨的一個鋰輔助電極I。
[0046]將活性炭材料、粘結劑、導電劑按一定比例混合均勻，刮塗或噴塗於多孔鋁箔集流
[0047]體構成正極2 ;將石墨類材料、粘結劑、導電劑按一定比例混合均勻，刮塗或噴塗於多孔銅
[0048]箔集流體構成負極3。
[0049]電容器單元中，所有鋰源電極經極耳通過焊接或其他方式連接在一起，所有正極經
[0050]極耳通過焊接或其他方式連接在一起，所有負極經極耳通過焊接或其他方式連接
接在一起。
【權利要求】
1.一種長壽命補償式鋰離子電容器，包括鋰輔助電極、正極、負極、隔膜、電解液，電容器單元採用疊層或卷繞結構，其特徵在於:鋰單獨構成一個輔助電極，該電極通過集流體和極耳引出。
2.根據權利要求1所述的鋰離子電容器，其特徵在於:鋰為金屬單質鋰，其形態為片狀或粉末。
3.根據權利要求1所述的鋰離子電容器，其特徵在於:將鋰壓實並填充於銅網、鈦網或不鏽鋼網集流體上，並通過極耳引出，形成單獨的一個輔助電極。
4.根據權利要求1所述的鋰離子電容器，其特徵在於:若電容器單元採用多層疊片結構，鋰輔助電極位於電芯的最外一端，或位於疊片結構中多層；若電容器單元採用卷繞結構，鋰輔助電極位於電芯的最中間位置或外側。
【文檔編號】H01G11/26GK203644570SQ201320519098
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年8月25日 優先權日:2013年8月25日
【發明者】崔光磊, 姚建華, 韓鵬獻 申請人:中國科學院青島生物能源與過程研究所