[发明专利]半固态锂离子电容器及其制作方法

说明书

本发明涉及半固态锂离子电容器及其制作方法，该电容器半固态正极包括多孔碳和/或锂过渡金属酸盐、导电剂和电解液，半固态负极包括负极活性物质、导电剂、电解液和预掺杂的锂，集流体采用无孔集流体，半固态正负极相对放置，中间用离子渗透膜隔开，半固态负极不靠离子渗透膜的一侧相对放置锂源极并用隔膜隔开，对半固态负极进行锂离子预掺杂后，化成，除去锂源极，封口，得到半固态锂离子电容器。本发明工艺简单，电极厚度大，不含粘结剂，整个锂离子电容器的活性物质比例高，负极锂离子预掺杂更加稳定高效均一，显著提高了锂离子电容器的能量密度。

技术领域

本发明涉及锂离子电容器，特别地涉及一种半固态锂离子电容器及其制作方法。

背景技术

锂离子电池由于具有较高的能量密度而受到了广泛的研究关注，但功率密度低和循环寿命差的问题限制了其在高功率领域的应用。而超级电容器正好与之相反，功率密度高，循环寿命长，但能量密度偏低。锂离子电容器是一种介于锂离子电池和双电层电容器之间的储能器件，结合了超级电容器高功率密度、长循环寿命和锂离子电池高能量密度的优点。

锂离子电容器一般使用可脱嵌锂的锂电池电极材料为负极，主要包括锂离子预掺杂的碳材料如石墨、硬碳、软炭和中间相炭微球以及锂的金属氧化物等，正极通常采用具有高比表面积的多孔碳材料。但由于锂离子电容器引入一定比例的电容碳，使器件的充放电容量和能量密度下降。

专利CN106654177A中公开了一种干法制备电池电容复合电极的方法，将活性物质、粘结剂和导电剂混合、煅烧后，挤压制成干态电极膜，粘贴在集流体上经碾压得到干态复合电极。该方法虽然在一定程度上提高了压实密度和能量密度，但干电极压延过程中仍存在压实不均匀、局部压实过大的问题，从而导致倍率性能较差。

通过对负极材料进行锂离子的预掺杂，使负极电位大幅度下降，从而提高能量密度。专利CN105097293A中公开了一种锂离子电容器负极的预嵌锂方法，在正负极片叠成电芯后，将金属锂电极与负极相对放置并用隔膜隔开，在金属锂电极与负极之间施加恒定电压对负极进行预嵌锂，这种方法虽能提高能量密度，但该方法需要有孔集流体，导致成本高，另外预掺杂均一效果不好。

发明内容

本发明的主要目的之一是提高预掺杂的均匀性。

本发明的主要目的之二是提高锂离子电容器的能量密度。

为了实现上述目的，本发明提供一种半固态锂离子电容器及其制作方法，其制作方法包括以下步骤：

步骤一、制作半固态正极片和半固态负极片，包括，

a.在正极集流体上涂布半固态正极浆料形成厚度在100～1000μm的半固态正极片，半固态正极浆料含有占其总重量30～90％的正极活性物质、0.5～20％的导电剂和10～50％的电解液，和

b.在负极集流体上涂布半固态负极浆料形成厚度在100～1000μm的半固态负极片，半固态负极浆料含有占其总重量30～90％的负极活性物质、0.5～20％的导电剂和10～50％的电解液，

步骤二、半固态正极片的半固态正极浆料一侧和半固态负极片的半固态负极浆料一侧相对并由离子渗透膜隔开，半固态负极片不靠离子渗透膜的一侧相放置锂源极，半固态负极片和锂源极间由隔膜分隔，将所述的半固态正极片、离子渗透膜、半固态负极片、隔膜和锂源极放入壳体，

步骤三，锂源极通过恒电流方式对半固态负极进行锂离子预掺杂，

步骤四，化成，

步骤五，除去锂源极，

步骤五，将壳体封口。

该制备方法还具有如下优化制作步骤。

正极活性物质中包括多孔碳和/或锂过渡金属酸盐，