一種鋰離子電容器的嵌鋰方法與流程

本發明屬于鋰離子電容器的制造
技術領域：
，特別是涉及一種鋰離子電容器的嵌鋰方法。
背景技術：
：鋰離子電容器是將鋰離子電池與雙電層超級電容器“內并”的新型混合儲能器件，兼具鋰離子電池的高比能量與超級電容器高比功率、長壽命等優點，在軍工航天、綠色能源等領域具有廣泛的應用前景。目前鋰離子電容器的嵌鋰方法一般采用富士重工業發明專利CN101138058B中的方法，即以鋰金屬為鋰源，使用具有通孔的金屬箔為集流體，將鋰金屬放置于負極相對的位置，通過短接鋰金屬與負極，利用鋰金屬與負極之間的電勢差放電從而將鋰嵌入負極中。該方法可得到能量密度和輸出功率高的大容量大型蓄電裝置，并具有良好的充放電特性，但存在以下問題：(1)鋰箔化學性質極為活潑，使得鋰離子電容器的生產對環境要求極高；(2)鋰的用量需要精準控制，鋰量過少對電壓的改善達不到預期的效果，鋰量過多又會使單體存在較大的安全隱患，因此單體一致性差；(3)鋰離子電容器制造工藝復雜，且原材料成本、制造成本居高不下。中國專利CN104681311A公開了將短接負極與鋰金屬的短路放電嵌鋰方式改為在電芯在電解液中充放電，實現負極的嵌鋰，取出電芯重新封裝注液，該方法可以對鋰離子電容器單體負極嵌鋰起到不用到鋰金屬，過程比較安全的目的，但電解液里面的鋰量較少，不能提供足夠的鋰給負極，嵌鋰后重新封裝過程中對環境要求高，工藝復雜，生產成本高。鄭劍平課題組有文章報道，使用表面具有鈍化的納米級金屬鋰粉作為鋰源，與硬炭混合后用干法工藝制成負極，活性炭為正極組裝成鋰離子電容器單體。相比富士重工使用鋰金屬箔的結構，該結構的鋰離子電容器可在干燥房中進行制造，無需要在手套箱內的苛刻環境下進行，大大增加了可操作性。但是鈍化鋰粉的價格高，干法工藝制備含鈍化鋰負極工藝復雜，不能大規模生產，鋰金屬嵌入負極上的碳材料后，電極上出現空隙，電導率下降，活性物質容易脫落。技術實現要素：本發明的目的是提供一種鋰離子電容器的嵌鋰方法，其特征在于，具體步驟如下：1)以活性炭作為活性物質的漿料附著在有孔鋁箔上制成正極；并在正極集流體孔中加滿不可逆脫的富鋰化合物作為第三極，富鋰化合物包括LiMo2。M＝Mn、Cu、Cr、Fe、LiFePO4、高鐵酸鋰、以及鋰硫復合物、鋰聚合物；以硬炭材料作為活性物質的漿料附著于有孔銅箔上制成負極；以PP/PE/PP三層聚合物為隔膜；將負極、隔膜、正極、隔膜依次層疊或卷繞成電芯，并用膠帶固定；將三個電芯的正極集流體跟正極的極耳焊接在一起，將三個電芯的負集流體跟極負極的極耳焊接在一起，然后并聯焊接，把焊接好的電芯用鋁塑封裝膜封裝，留一側為注液口；2)從注液口注入含有鋰鹽的有機溶液；3)將負極、正極分別連接充放電測試儀正負極，進行充電，完成對負極的嵌鋰；完成負極嵌鋰時間為2min～6min；4)完成負極嵌鋰后，抽氣到10-20Pa,封口，完成鋰離子電容器的制作；用充放電測試儀的正負極分別接鋰離子電容器的正、負極,進行活化處理，以10C的電流充電，充電至3.0V；放電為大電流恒流放電，放電截止電壓為3.0V，電流為10C～30C。根據權利要求1所述一種鋰離子電容器的新型嵌鋰方法，其特征在于，所述鋰鹽為高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰等可溶于有機溶劑的鋰鹽至少一種，有機溶劑為碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯等中至少一種。本發明的有益效果是與現有技術相比，本發明的優點如下：(1)通過引入第三極來對負極進行開口在線嵌鋰，替代鋰箔、納米金屬鋰，大大降低了生產過程中的安全性；(2)通過用不同極組并聯組成電芯，大大減短了嵌鋰時間提高生產效率，開口嵌鋰減少了制造程序，減少生產過程設備的使用，對降低成本起到關鍵作用；(3)嵌鋰過程使用大電流嵌鋰，負極材料采用不定型碳材料，能夠實現快速充電，同時不影響鋰離子電容器的循環壽命。(4)簡化工藝流程，適用于工業化生產。附圖說明圖1為鋰離子電容器結構示意圖。圖2為正極集流體孔中加鋰化合物示意圖。具體實施方式本發明提供一種鋰離子電容器的嵌鋰方法，下面結合實施例，更具體地說明本發明。實施例1一種鋰離子電容器的嵌鋰方法，步驟如下：1)以活性炭作為活性物質的漿料附著在有孔鋁箔上制成正極；并在正極集流體孔中加滿不可逆脫的富鋰化合物作為第三極(如圖2所示)，富鋰化合物包括LiMo2。M＝Mn、Cu、Cr、Fe、LiFePO4、高鐵酸鋰、以及鋰硫復合物、鋰聚合物；以硬炭材料作為活性物質的漿料附著于有孔銅箔上制成負極；以PP/PE/PP三層聚合物為隔膜；將負極、隔膜、正極、隔膜依次層疊或卷繞成電芯，并用膠帶固定；將三個電芯的正極集流體跟正極的極耳焊接在一起，將三個電芯的負集流體跟極負極的極耳焊接在一起，然后并聯焊接(如圖1所示的鋰離子電容器結構示意圖)，把焊接好的電芯用鋁塑封裝膜封裝，留一側為注液口；2)從注液口注入含有鋰鹽的有機溶液；3)將負極、正極分別連接充放電測試儀正負極，進行充電，完成對負極的嵌鋰；完成負極嵌鋰時間為2min～6min；4)完成負極嵌鋰后，抽氣到10-20Pa,封口，完成鋰離子電容器的制作；用充放電測試儀的正負極分別接鋰離子電容器的正、負極,進行活化處理，以10C的電流充電，充電至3.0V；放電為大電流恒流放電，放電截止電壓為3.0V，電流為10C～30C。5)對單體進行1C、5C、10C的充放電測試，電壓范圍是2.2V～3.8V；測試，結果如表1所示。實施例2實施例1中(3)第一次充電改為20C充電；測試，結果如表1所示。實施例3實施例1中(3)第一次充電改為30C充電；測試結果如表1所示。檢測方法及結果1.電容器的比容量使用BT2000電性能測試儀，將實施例分別在1C、5C和10C進行放電比容量測試，結果如表1所示；2.容量保持率分別將實施例分別在1C、5C和10C進行充放電，并記錄其容量保持率，結果如表1所示：3.首次嵌鋰量通過外部連接充放電測試儀，可實時監測電容器的嵌鋰量，結果如表2所示。表1測試結果由表1可知，嵌鋰電流小的實施例中，負極的嵌鋰比較完全，嵌鋰量比大電流嵌鋰的實施例要大，放電容量同時也增大。用硬炭作為鋰離子電容器負極的單體倍率性能良好，循環性能良好，大電流下嵌鋰放電容量保持率高，不影響其循環性能，開口大倍率嵌鋰方法可行。表2電容器的嵌鋰量結果比較實施例1實施例2實施例3首次嵌鋰量(mAh/g)330.5±5327.6±6.5325.5±4.5由表2可知，大電流下對該材料體系鋰離子電容器負極嵌鋰，嵌鋰量沒有明顯的下降，開口在線嵌鋰工藝可行。當前第1頁1 2 3