專利名稱：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的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋰離子電容器，尤其是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。
背景技術：
超級電容器雖然具有功率高、壽命長和充電速度快等優點，但是其電壓低、能量密 度低，在許多方面的應用都受到了限制。超級電容器用活性炭作為正極，而鋰離子電容器則是以嵌鋰狀態的石墨為負極， 其最高使用電壓可從2. 7V提高到4. 2V，相應地容量和能量都有很大的提升。因此，鋰離子 電容器具有更廣泛的應用。鋰離子電容器的關鍵在于負極嵌鋰狀態的實現，現有技術中已經揭示了多種 鋰離子電容器的制作技術，如中國發明專利申請CN 200680046167. 5、中國發明專利申 請CN 200580010863. 6、中國發明專利申請CN 200410093962. 2和中國發明專利申請CN 200780024069. 6均揭示了鋰離子電容器。但是，上述現有技術均是以金屬鋰作為鋰離子供 給源，金屬鋰的存在使得組裝過程不方便，同時也會帶來各種不安全因素，在組裝過程中容 易引發安全問題。此外，中國發明專利申請CN 200710098687. 7也揭示了一種鋰離子電容器，其采 用的方法為在正極的多孔炭材料或導電聚合物中摻入富鋰化合物，活化時，實現對負極的 預嵌鋰。但是，在制備電極漿料時，多孔炭材料或導電聚合物與富鋰化合物(例如鈷酸鋰) 的比重相差很大，難以形成穩定均勻的漿料，使得漿料涂布困難，因此不適于大規模工業生產。有鑒于此，確有必要提供一種操作簡易、易于批量化生產的鋰離子電容器及其制 作方法。
發明內容
本發明的目的在于提供一種操作簡易、易于批量化生產的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。為了實現上述發明目的，本發明提供了一種鋰離子電容器正極片的制作方法，其 包括以下步驟1)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；2)在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； 以及3)經過烘干、冷壓、再烘干、裁片、分條工藝制得鋰離子電容器的正極片。相對于現有技術，本發明鋰離子電容器正極片的制作方法至少具有以下優點制 作方法易于操作，克服了鋰離子電池正極材料與超級電容器活性材料混合時漿料不穩定的 缺點，可以方便地實現超級電容器活性材料、富鋰化合物材料與負極材料的精確配比，易于 批量化生產。作為本發明鋰離子電容器正極片的制作方法的一種改進，步驟1)中，使用的所述 超級電容器活性材料為超級電容器專用活性炭、炭纖維或其組合。
作為本發明鋰離子電容器正極片的制作方法的一種改進，步驟2)中，所述鋰離子 電池的正極漿料中含有可以摻雜/去摻雜鋰離子的正極材料。作為本發明鋰離子電容器正極片的制作方法的一種改進，所述正極材料選自鈷酸 鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、鎳錳酸鋰、用其他過渡金屬部分代替復合氧 化物所得的正極材料、磷酸亞鐵鋰、磷酸錳鋰、磷酸釩鋰、導電聚合物或其混合。此外，本發明還提供了一種鋰離子電容器正極片，其包括集流體鋁箔、分布在集 流體鋁箔上的超級電容器活性材料，以及分布在超級電容器活性材料上的鋰離子電池正極 材料。另外，本發明還提供了一種鋰離子電容器，其包括正極片、負極片、間隔于正極片 和負極片之間的隔離膜，以及電解液，負極片包括負極集流體和分布在負極集流體上的負 極材料，其中，正極片包括集流體鋁箔、分布在流體鋁箔集上的超級電容器活性材料，以及 分布在超級電容器活性材料上的鋰離子電池正極材料。作為本發明鋰離子電容器的一種改進，所述超級電容器活性材料為超級電容器專 用活性炭、炭纖維或其組合，其與負極材料的質量比為1.35 1 4.50 1。作為本發明鋰離子電容器的一種改進，所述正極材料與負極材料的質量比為 0. 35 1 2. 60 1。作為本發明鋰離子電容器的一種改進，所述負極材料為能夠嵌入鋰離子的負極材 料。作為本發明鋰離子電容器的一種改進，所述負極材料為石墨、硬炭、軟碳、鈦酸鋰 或其組合。
下面結合附圖和具體實施方式
，對發明及其有益技術效果進行詳細說明，其中圖1是本發明鋰離子電容器的局部結構示意圖。圖2是本發明鋰離子電容器實施例1的充放電曲線圖。圖3是本發明鋰離子電容器實施例2的充放電曲線圖。圖4是本發明鋰離子電容器實施例3的充放電曲線圖。圖5是本發明鋰離子電容器實施例4的充放電曲線圖。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖，詳細描述本發明，但本發明的實施例不限于此。具體實施 例實施例1鋰離子電容器正極片的制備將超級電容器專用活性炭(1800m2/g)與導電劑 SuperP、粘接劑聚偏氟乙烯(PVDF)按質量比87 3 10制成漿料，涂布在集流體鋁箔上 并在120°C下烘干，涂布量為6. 51mg/cm2 ；將鈷酸鋰、導電劑SuperP、粘接劑PVDF按質量比 95 2.5 2. 5混合均勻制成一定粘度的鋰離子電池正極漿料，涂布在已經涂有一層活性 炭的集流體鋁箔上，其涂布量為4. 13mg/cm2，在120°C下烘干后進行冷壓；將根據前述工藝 制得的正極片在180°C高溫下烘烤40分鐘，進行切邊、裁片、分條后，制成滿足要求的鋰離 子電容器正極片。鋰離子電容器負極片的制備將石墨與導電劑Sup erP、粘接劑PVDF按質量比 92 4 4制成漿料，涂布在集流體銅箔上并在85°C下烘干，涂布量為3.58mg/cm2;進行切 邊、裁片、分條后，制成滿足要求的鋰離子電容器負極片。鋰離子電容器的制備將根據前述工藝制備的鋰離子電容器正極片、負極片和隔
4離膜經過疊片工藝制作成厚度為3. 5mm,寬度為23mm，長度為44mm的鋰離子電容器，注液、 靜置10小時后，3. 80V化成，經排氣、切邊成型，測試容量為38F。圖1所示為本發明鋰離子電容器的局部結構示意圖，其中，10為正極片的集流體 鋁箔；20為超級電容器活性材料；30為鋰離子電容器的正極材料；40為隔離膜；50為鋰離 子電容器的負極材料；60為負極片的集流體銅箔。圖2所示為本發明鋰離子電容器實施例1的充放電曲線圖，從圖2中可以看出其 使用電壓可達到4. 2V，遠大于一般超級電容器的使用電壓(2.7V)。此外，本發明鋰離子電 容器實施例1的充放電線形為斜線，表明其具有良好的電容性能。實施例2
鋰離子電容器正極片的制備將超級電容器專用炭纖維(2100m2/g)與導電劑 SuperP、粘接劑PVDF按質量比87 3 10制成漿料，涂布在集流體鋁箔上并在120°C下烘 干，涂布量為12. 53mg/cm2 ；將錳酸鋰、導電劑SuperP、粘接劑PVDF按質量比95 2. 5 2. 5 混合均勻制成一定粘度的鋰離子電池正極漿料，涂布在已經涂有一層炭纖維的集流體鋁 箔上，涂布量為6. 68mg/cm2，在120°C下烘干后進行冷壓；將根據前述工藝制得的正極片在 180°C下高溫烘烤40分鐘，進行切邊、裁片、分條后，制成滿足要求的鋰離子電容器正極片。鋰離子電容器負極片的制備將軟碳與導電劑SuperP、粘接劑PVDF按質量比 92 4 4制成漿料，涂布在集流體銅箔上并在85°C下烘干，涂布量為3. lOmg/cm2;進行切 邊、裁片、分條后，制成滿足要求的鋰離子電容器負極片。鋰離子電容器的制備將根據前述工藝制備的鋰離子電容器正極片、負極片和隔 離膜經過疊片工藝制作成厚度為5. 2mm,寬度為23mm，長度為44mm的鋰離子電容器，注液、 靜置10小時后，3. 80V化成，經排氣、切邊成型，測試容量為81F。圖3所示為本發明鋰離子電容器實施例2的充放電曲線圖，從圖3中可以看出其 使用電壓可達到4. 2V，遠大于一般超級電容器的使用電壓(2.7V)。此外，本發明鋰離子電 容器實施例2的充放電線形為斜線，表明其具有良好的電容性能。實施例3鋰離子電容器正極片的制備將超級電容器專用活性炭(2300m2/g)與導電劑 SuperP、粘接劑PVDF按質量比87 3 10制成漿料，涂布在集流體鋁箔上并在120°C 下烘干，涂布量為8. 75mg/cm2 ；將磷酸亞鐵鋰、導電劑SuperP、粘接劑PVDF按質量比 95 2.5 2. 5混合均勻制成一定粘度的鋰離子電池正極漿料，涂布在已經涂有一層活性 炭的集流體鋁箔上，涂布量為5. 16mg/cm2，在120°C下烘干后進行冷壓；將根據前述工藝制 得的正極片在180°C下高溫烘烤40分鐘，進行切邊、裁片、分條后，制成滿足要求的鋰離子 電容器正極片。鋰離子電容器負極片的制備將硬碳與導電劑SuperP、粘接劑PVDF按質量比 92 4 4制成漿料，涂布在集流體銅箔上并在85°C下烘干，涂布量為3.42mg/cm2;進行切 邊、裁片、分條后，制成滿足要求的鋰離子電容器負極片。鋰離子電容器的制備將根據前述工藝制備的鋰離子電容器正極片、負極片和隔 離膜經過疊片工藝制作成厚度為4. 2mm,寬度為23mm，長度為44mm的鋰離子電容器，注液、 靜置10小時后，3. IV化成，經排氣、切邊成型，測試容量為60F。圖4所示為本發明鋰離子電容器實施例3的充放電曲線圖，從圖4中可以看出其 使用電壓可達到4. 2V，遠大于一般超級電容器的使用電壓(2.7V)。此外，本發明鋰離子電 容器實施例3的充放電線形為斜線，表明其具有良好的電容性能。實施例4
鋰離子電容器正極片的制備將超級電容器專用活性炭(1800m2/g)與炭纖維 (2100m2/g)、導電劑SuperP、粘接劑PVDF按質量比43. 5 43. 5 3 10制成漿料，涂布 在集流體鋁箔上并在120°C下烘干，涂布量為10. 16mg/cm2 ；將錳酸鋰與鎳鈷錳酸鋰、導電劑 SuperP、粘接劑PVDF按質量比67 28 2. 5 2. 5混合均勻制成一定粘度的鋰離子電池 正極漿料，涂布在已經涂有一層活性炭與炭纖維的集流體鋁箔上，涂布量為5. 52mg/cm2，在 120°C下烘干后進行冷壓；將根據前述工藝制得的正極片在180°C下高溫烘烤40分鐘，進行 切邊、裁片、分條后，制成滿足要求的鋰離子電容器正極片。鋰離子電容器負極片的制備將軟碳與石墨、導電劑SuperP、粘接劑PVDF按質量 比55 37 4 4制成漿料，涂布在集流體銅箔上并在85°C下烘干，涂布量為3. 51mg/ cm2;進行切邊、裁片、分條后，制成滿足要求的鋰離子電容器負極片。鋰離子電容器的制備將根據前述工藝制備的鋰離子電容器正極片、負極片和隔 離膜經過疊片工藝制作成厚度為4. 5mm,寬度為23mm，長度為44mm的鋰離子電容器，注液、 靜置10小時后，3. 7V化成，經排氣、切邊成型，測試容量為63F。圖5所示為本發明鋰離子電容器實施例4的充放電曲線圖，從圖5中可以看出其 使用電壓可達到4. 2V，遠大于一般超級電容器的使用電壓(2.7V)。此外，本發明鋰離子電 容器實施例4的充放電線形為斜線，表明其具有良好的電容性能。需要指出的是，雖然本說明書的實施例中僅以鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰、錳酸 鋰和鎳鈷錳酸鋰為例對本發明鋰離子電容器的正極材料進行了說明，但是，根據本發明鋰 離子電容器的其他實施方式，正極材料也可以是鎳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、鎳錳酸鋰、用其他過 渡金屬部分代替復合氧化物所得的正極材料、磷酸錳鋰、磷酸釩鋰、導電聚合物或其組合。根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方 式進行變更和修改。因此，本發明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式
，對本發明的 一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用 了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發明構成任何限制。
權利要求
一種鋰離子電容器正極片的制作方法，其包括以下步驟1)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；2)在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；以及3)經過烘干、冷壓、再烘干、裁片、分條工藝制得鋰離子電容器的正極片。
2.根據權利要求1所述的鋰離子電容器正極片的制作方法，其特征在于步驟1)中， 使用的所述超級電容器活性材料為超級電容器專用活性炭、炭纖維或其組合。
3.根據權利要求1所述的鋰離子電容器正極片的制作方法，其特征在于步驟2)中， 所述鋰離子電池的正極漿料中含有可以摻雜/去摻雜鋰離子的正極材料。
4.根據權利要求3所述的鋰離子電容器正極片的制作方法，其特征在于所述正極材 料選自鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、鎳錳酸鋰、用其他過渡金屬部分 代替復合氧化物所得的正極材料、磷酸亞鐵鋰、磷酸錳鋰、磷酸釩鋰、導電聚合物或其混合。
5.一種鋰離子電容器正極片，其包括集流體鋁箔、分布在集流體鋁箔上的超級電容 器活性材料，以及分布在超級電容器活性材料上的鋰離子電池正極材料。
6.一種鋰離子電容器，其包括正極片、負極片、間隔于正極片和負極片之間的隔離 膜，以及電解液，負極片包括負極集流體和分布在負極集流體上的負極材料，其特征在于 所述正極片包括集流體鋁箔、分布在流體鋁箔集上的超級電容器活性材料，以及分布在超 級電容器活性材料上的鋰離子電池正極材料。
7.根據權利要求6所述的鋰離子電容器，其特征在于所述超級電容器活性材料為超 級電容器專用活性炭、炭纖維或其組合，其與負極材料的質量比為1.35 1 4.50 1。
8.根據權利要求6所述的鋰離子電容器，其特征在于所述正極材料與負極材料的質 量比為 0. 35 1 2. 60 1。
9.根據權利要求6所述的鋰離子電容器，其特征在于所述負極材料為能夠嵌入鋰離 子的負極材料。
10.根據權利要求9所述的鋰離子電容器，其特征在于所述負極材料為石墨、硬炭、軟 碳、鈦酸鋰或其組合。
全文摘要
本發明公開了一種鋰離子電容器正極片的制作方法，其包括以下步驟1)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；2)在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；以及3)經過烘干、冷壓、再烘干、裁片、分條工藝制得鋰離子電容器的正極片。本發明鋰離子電容器正極片的制作方法易于操作，克服了鋰離子電池正極材料與超級電容器活性材料混合時漿料不穩定的缺點，易于批量化生產。此外，本發明還公開了一種鋰離子電容器正極片以及使用該正極片的鋰離子電容器。
文檔編號H01G9/04GK101840787SQ201010181090
公開日2010年9月22日 申請日期2010年5月18日 優先權日2010年5月18日
發明者付成華, 許瑞, 趙豐剛, 韓昌隆 申請人:東莞新能源科技有限公司;寧德新能源科技有限公司