[发明专利]一种锂离子超级电容器负极预嵌锂方法

说明书

本发明涉及一种锂离子超级电容器负极预嵌锂方法，采用含有质量含量1‑8％富锂化合物的正极，与可嵌锂的负极和隔膜组装锂离子超级电容器后置于一容器内，向容器内注入电解液，对锂离子超级电容器进行充电，使得正极中的富锂化合物分解，分解后的锂用于负极形成SEI膜，即让SEI膜的形成消耗外界(正极中富锂化合物)锂源的锂离子，这样就可以保证正极脱嵌的锂离子不会浪费于化成过程，最终就可以提高全电池容量。

技术领域

本发明涉及一种提高锂离子超级电容器首效的方法，属于电化学储能技术领域。

背景技术

在锂离子超级电容器体系中，对于嵌锂负极来说，其在首次充放电过程都存在一定程度的不可逆嵌锂(负极表面形成SEI膜消耗一部分锂)，这种电化学行为会导致相同摩尔数的电解液阴离子在活性炭正极表面的不可逆吸附，最终导致电解液离子浓度的降低和电极容量的衰减，影响锂离子超级电容器体系的充放电性能和容量。针对该问题，可以从正极材料外再寻找到一个锂源，让SEI膜的形成消耗外界锂源的锂离子，这样就可以保证正极脱嵌的锂离子不会浪费于化成过程，最终就可以提高全电池容量。这个提供外界锂源的过程，就是预锂化。

目前，预锂化的方法有：负极提前化成法、负极喷涂锂粉法、负极三层电极法以及正极富锂材料法，由于前三种方法具有设备和工艺的局限性，不太适合实际应用；而正极富锂材料法，即通过在正极中引入非金属锂第三极(即具有一定不可逆脱锂性质的富锂化合物，如LiFePO₄、LiMO₂，其中M＝Co、Ni、Mn等及LiNi_xZ_1-xO₂其中Z＝Mn、Co、 Fe、La、V、Al、Mg,、Zn，0<x>1)的方法对负极进行预嵌锂，该方法的缺点是伴随富锂化合物中的锂嵌入负极，会生成没有活性的产物或者有未反应的富锂化合物，这些物质残留在正极会影响锂离子超级电容器的电化学性能。

发明内容

本发明为了克服现有技术的缺点，提供一种提高锂离子超级电容器首效的方法。即通过采用正极富锂材料法对锂离子超级电容器的负极进行预锂化，而提高锂离子超级电容器的首效，进而提高锂离子超级电容器的整体容量。

本发明提出的具体技术方案如下：

采用含有质量含量1-8％富锂化合物的正极活性材料制备正极，采用嵌锂负极活性材料制备负极，正极与可嵌锂的负极和隔膜组装锂离子超级电容器后置于一容器内，向容器内注入电解液，对锂离子超级电容器进行充电，使得正极中的富锂化合物分解，分解后的锂用于负极靠近隔膜的一侧表面形成SEI膜。

富锂化合物为氮化锂、叠氮化锂中的一种或二种以上。

充电条件为恒流充电：充电电流0.1-2mA，时间为5-80h；正极活性材料与负极活性材料质量比(1-4):(1-3)。

正极活性材料为多孔碳材料或导电聚合物中的一种或二种以上；

多孔碳材料为活性炭纤维、活性炭粉末、碳纳米管、石墨烯中的一种或二种以上；导电聚合物为聚苯胺、聚对苯、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物中的一种或二种以上；

嵌锂负极活性材料为软碳、硬碳、石墨、中间相碳微球、锂钛氧复合化合物、二氧化锡、氧化钼中的一种或二种以上；

电解液为以LiClO₄、LiPF₆、LiBF₄中的一种或二种以上锂盐的有机溶液。

电解液的溶剂为EC和DEC(体积比为1:1)，电解液中锂盐浓度为1mol/L。

所使用的隔膜为celgard2400。

制成电极后与负极直接组装成锂离子超级电容器，在其首圈的活化过程中正极中的富锂化合物分解，即不可逆脱锂，其产物为氮气，留存在软包电池的气袋中，首圈活化后将气体抽出，完成电池封口。