鋰離子電容器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種電容器。更具體地說，本實用新型涉及一種鋰離子電容器，包括：正極，其包括第一多孔金屬箔和設置于第一多孔金屬箔表面的活性碳層，第一多孔金屬箔與活性碳層之間設置有固定層，固定層的左表面和右表面均設置有第一凹槽，第一多孔金屬箔和活性碳層分別置于第一凹槽中；負極，其包括第二多孔金屬箔和設置于第二多孔金屬箔表面的嵌鋰層；隔膜，其設置在正極和負極之間；電解液，其填充在正極和負極之間，嵌鋰層和隔膜之間設置有鋰片層，鋰片層中間設置有第二凹槽，嵌鋰層置于第二凹槽中。本實用新型避免了鋰離子電容器的正極材料和負極材料在脫嵌鋰的過程中易發生結構變形的問題，延長了鋰離子電容器的使用壽命。
【專利說明】
鋰離子電容器
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種電容器。更具體地說，本實用新型涉及一種鋰離子電容器。
【背景技術】
[0002]近年來，鋰離子二次電池得到了很大的發展，這種電池負極一般使用石墨等碳素材料，正極使用鈷酸鋰、錳酸鋰等含鋰金屬氧化物。這種電池組裝以后，充電時正極向負極提供鋰離子，而在放電時，負極的鋰離子又返回正極，因此被稱為“搖椅式電池”。與使用金屬鋰的鋰電池相比，這種電池具有高安全性和高循環壽命的特點。但是，由于正極材料和負極材料在脫嵌鋰的過程中容易發生結構的變形，因此，鋰離子二次電池的循環壽命仍受到制約。近年來，把鋰離子二次電池和雙層電容器結合在一起的體系，即鋰離子電容器研究成為新的熱點。鋰離子電容器一般負極材料選用石墨、硬碳等炭素材料，正極材料選用雙電層特性的活性炭材料，通過對負極材料進行鋰離子的預摻雜，使負極電位大幅度下降，從而提高能量密度。但這種鋰離子電容器仍存在正極材料和負極材料在脫嵌鋰的過程中易發生結構的變形的問題。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優點。
[0004]本實用新型還有一個目的避免鋰離子電容器的正極材料和負極材料在脫嵌鋰的過程中易發生結構變形的問題，延長鋰離子電容器的使用壽命。
[0005]為了實現根據本實用新型的這些目的和其它優點，提供了一種鋰離子電容器，包括:
[0006]正極，其包括第一多孔金屬箔和設置于所述第一多孔金屬箔表面的活性碳層，所述第一多孔金屬箔與所述活性碳層之間設置有固定層，所述固定層設置為“工”字型，所述固定層的左表面和右表面均設置有第一凹槽，所述第一多孔金屬箔和活性碳層分別置于所述固定層的左表面和右表面的第一凹槽中；
[0007]負極，其包括第二多孔金屬箔和設置于所述第二多孔金屬箔表面的嵌鋰層；
[0008]隔膜，其設置在所述正極和負極之間，且位于所述活性炭層和嵌鋰層之間；
[0009]電解液，其填充在所述正極和負極之間；
[0010]其中，所述固定層的左表面和右表面上均設置有多個大小不一的通孔，所述嵌鋰層和所述隔膜之間設置有鋰片層，所述鋰片層中間設置有第二凹槽，所述嵌鋰層置于所述第二凹槽中，所述鋰片層的周邊設置有多個固定腳，多個固定腳固定在所述隔膜的側壁上。
[0011]優選的是，所述的鋰離子電容器中，所述固定層中摻雜有導電材料，所述第二多孔金屬箔和嵌鋰層之間設置有導電層。
[0012]優選的是，所述的鋰離子電容器中，所述第一多孔金屬箔和第二多孔金屬箔的長度一致，所述固定層、活性碳層、隔膜、鋰片層和嵌鋰層的長度均小于所述第一多孔金屬箔或第二多孔金屬箔的長度。
[0013]優選的是，所述的鋰離子電容器中，所述第一多孔金屬箔、固定層、活性炭層、隔膜、鋰片層、嵌鋰層和第二多孔金屬箔均置于一殼體中，所述電解液填充在所述殼體的縫隙中。
[0014]優選的是，所述的鋰離子電容器中，所述第一多孔金屬箔為鋁箔，所述第二多孔金屬箔為銅箔。
[0015]優選的是，所述的鋰離子電容器中，所述隔膜為聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、復合膜、無機陶瓷膜、紙隔膜、無紡布隔膜或纖維素隔膜中的任一種。
[0016]本實用新型至少包括以下有益效果:在鋰離子電容器安裝時，先將第一多孔金屬箔和第二多孔金屬箔分別置于殼體中，再依次安裝固定層、活性碳層、隔膜、鋰片層和嵌鋰層，并將第一多孔金屬箔和活性碳層分別置于固定層的左表面和右表面的第一凹槽中，嵌鋰層置于鋰片層的第二凹槽中，以使得各部分固定牢固，最后在正極和負極填充電解液，并密封殼體。由于固定層和鋰片層上凹槽的設置，鋰離子電容器的各個部分不僅僅是簡單的貼合安裝，而是通過介質固定，提高了固定的可靠性，避免了鋰離子電容器的正極材料和負極材料在脫嵌鋰的過程中易發生結構變形的問題，延長了鋰離子電容器的使用壽命。
[0017]本實用新型的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本實用新型的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。
【附圖說明】
[0018]圖1為所述的鋰離子電容器的組裝圖；
[0019]圖2為所述的鋰離子電容器內部結構的分解圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
[0021]應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術語并不排除一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。
[0022]如圖1和2所示，本實用新型提供一種鋰離子電容器，包括:
[0023]正極I，其包括第一多孔金屬箔11和設置于所述第一多孔金屬箔表面的活性碳層12，活性碳層為活性炭粉末、活性炭纖維或炭納米管等，活性炭層可以使用例如活性炭、丙烯酸類粘合劑組成的結合劑、羧甲基纖維素(CMC)組成的分散劑的混合物。所述第一多孔金屬箔與所述活性碳層之間設置有固定層5，所述固定層設置為“工”字型，由于正極和負極各部分長度不等，因此固定層并不是嚴格意義上的“工”字型，可能一側的高度稍高于另一側，以保證將第一多孔金屬箔與活性碳層更好地固定，所述固定層的左表面和右表面均設置有第一凹槽51，所述第一多孔金屬箔和活性碳層分別置于所述固定層的左表面和右表面的第一凹槽中，固定層起到同時固定第一多孔金屬箔和活性碳層的作用，同時由于第一凹槽的底壁設置得非常薄，不會影響鋰離子的正常移動。
[0024]負極2，其包括第二多孔金屬箔21和設置于所述第二多孔金屬箔表面的嵌鋰層22，嵌鋰層可以是可嵌鋰金屬氧化物或炭質嵌鋰材料，可嵌鋰金屬氧化物可以是鋰鈦氧化物Li4Ti50i2、W02或M0O2等，炭質嵌鋰材料可以是石墨、中間相炭微球或中間相炭纖維等，嵌鋰層可以使用例如能夠封存/釋放鋰離子的無定形碳、聚偏氟乙烯(PVDF)構成的結合劑、乙炔炭黑等導電助劑的混合物。
[0025]隔膜3，其設置在所述正極和負極之間，且位于所述活性炭層和嵌鋰層之間。隔膜用于使得正極與負極電絕緣，隔膜允許離子通過，以使離子在正極與負極之間傳遞。
[0026]電解液4，其填充在所述正極和負極之間，與正極和負極物理接觸和電接觸。電解液由溶質、溶劑和添加劑組成，溶質為六氟磷酸鋰(LiPF6),溶劑為環狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯兩類脂組成，添加劑有成膜穩定劑、低溫和高溫穩定劑和高壓過充保護劑等。
[0027]其中，所述固定層的左表面和右表面上均設置有多個大小不一的通孔52，以使得鋰離子能夠順利通過固定層。所述嵌鋰層和所述隔膜之間設置有鋰片層6，所述鋰片層中間設置有第二凹槽61，所述嵌鋰層置于所述第二凹槽中，所述鋰片層的周邊設置有多個固定腳62，多個固定腳固定在所述隔膜的側壁上，以將嵌鋰層與隔膜有效固定。當以一定的電流對鋰離子電容器進行充電時，負極具有一定的核電狀態，此時鋰片層中的鋰轉化為鋰離子嵌入嵌鋰層中。鋰片層將嵌鋰層包裹在其中，能夠提高鋰離子電容器的比能量，且提高了鋰離子電容器的循環穩定性。鋰片層的總填充量設定為能夠對負極的負極活性物質合劑中充分摻雜鋰離子的量，這樣的總填充量能夠通過考慮負極活性物質的材料、量進行理論計算。
[0028]所述的鋰離子電容器中，所述固定層中摻雜有導電材料，所述第二多孔金屬箔和嵌鋰層之間設置有導電層7。固定層中導電材料的摻雜明顯降低了第一多孔金屬箔與活性碳層之間的接觸電阻；導電層的設置明顯降低了第二多孔金屬箔和嵌鋰層之間的接觸電阻。
[0029]所述的鋰離子電容器中，所述第一多孔金屬箔和第二多孔金屬箔的長度一致，所述固定層、活性碳層、隔膜、鋰片層和嵌鋰層的長度均小于所述第一多孔金屬箔或第二多孔金屬箔的長度，以使得第一多孔金屬箔和第二多孔金屬箔將固定層、活性碳層、隔膜、鋰片層和嵌鋰層夾持在中間，固定更加可靠。
[0030]所述的鋰離子電容器中，所述第一多孔金屬箔、固定層、活性炭層、隔膜、鋰片層、嵌鋰層和第二多孔金屬箔均置于一殼體8中，所述電解液填充在所述殼體的縫隙中。殼體的設置使得整個鋰離子電容器的結構更加緊湊。
[0031]所述的鋰離子電容器中，所述第一多孔金屬箔為鋁箔，所述第二多孔金屬箔為銅箔。
[0032]所述的鋰離子電容器中，所述隔膜為聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、復合膜、無機陶瓷膜、紙隔膜、無紡布隔膜或纖維素隔膜中的任一種。
[0033]盡管本實用新型的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本實用新型的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實用新型并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。
【主權項】
1.一種鋰離子電容器，其特征在于，包括: 正極，其包括第一多孔金屬箔和設置于所述第一多孔金屬箔表面的活性碳層，所述第一多孔金屬箔與所述活性碳層之間設置有固定層，所述固定層設置為“工”字型，所述固定層的左表面和右表面均設置有第一凹槽，所述第一多孔金屬箔和活性碳層分別置于所述固定層的左表面和右表面的第一凹槽中； 負極，其包括第二多孔金屬箔和設置于所述第二多孔金屬箔表面的嵌鋰層； 隔膜，其設置在所述正極和負極之間，且位于所述活性炭層和嵌鋰層之間； 電解液，其填充在所述正極和負極之間； 其中，所述固定層的左表面和右表面上均設置有多個大小不一的通孔，所述嵌鋰層和所述隔膜之間設置有鋰片層，所述鋰片層中間設置有第二凹槽，所述嵌鋰層置于所述第二凹槽中，所述鋰片層的周邊設置有多個固定腳，多個固定腳固定在所述隔膜的側壁上。2.如權利要求1所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述固定層中摻雜有導電材料，所述第二多孔金屬箔和嵌鋰層之間設置有導電層。3.如權利要求2所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述第一多孔金屬箔和第二多孔金屬箔的長度一致，所述固定層、活性碳層、隔膜、鋰片層和嵌鋰層的長度均小于所述第一多孔金屬箔或第二多孔金屬箔的長度。4.如權利要求3所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述第一多孔金屬箔、固定層、活性炭層、隔膜、鋰片層、嵌鋰層和第二多孔金屬箔均置于一殼體中，所述電解液填充在所述殼體的縫隙中。5.如權利要求1所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述第一多孔金屬箔為鋁箔，所述第二多孔金屬箔為銅箔。6.如權利要求1所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述隔膜為聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、復合膜、無機陶瓷膜、紙隔膜、無紡布隔膜或纖維素隔膜中的任一種。
【文檔編號】H01G11/82GK205487766SQ201620177141
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月7日
【發明人】李兵, 蔡丹, 武智惠, 吳秋菊
【申請人】遼寧博艾格電子科技有限公司