[发明专利]一种锂离子电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电容器及其制备方法，该锂离子电容器由正极片、负极片、隔膜及电解液组成，所述负极片包括负极集流体，所述负极集流体表面附着负极活性材料，所述负极活性材料由五氧化二钒预嵌锂形成。本发明解决了现有锂离子电容器赝电容型负极材料动力学充放电平台过高或过低而分别导致的低能量密度和低功率密度的问题。经过实验表明，本发明的锂离子电容器具有良好的循环稳定性性、能量密度及功率密度。

技术领域

本发明属于电化学储能器件领域领域，涉及一种锂离子电容器及其制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

锂离子电池和超级电容器是目前应用最广泛的电化学储能器件。锂离子电池具有较高的能量密度，但功率密度较低。超级电容器则相反，它具有极佳的功率密度，能量密度较却远小于锂离子电池。由于对能量密度和功率密度的追求日益提高，因而需要开发具有高功率密度和能量密度的储能器件。而传统锂离子电池和超级电容器一方面受到传统电极材料如炭材料的理论比容量和离子电导率的限制，另一方面受到储能机理的限制，不能够同时获得高功率密度和能量密度。

锂离子电容器是一种性能介于超级电容器和锂离子电池之间的新型电化学储能器件。它的某一电极为电容型电极，另一电极为电池型电极。锂离子电容器即拥有超级电容器高功率密度的优势，又具备锂离子电池高能量密度的特点。但是，锂离子电容器存在正负极动力学不匹配的问题，即电容型电极的动力学过程较快，而电池型电极的动力学过程较慢。

中国专利公布号CN107248451B公开了一种基于硅碳复合负极材料的高比容量锂离子电容器。传统电池型负极材料(如硅负极材料)的动力学过程较为缓慢，无法解决锂离子电容器动力学不匹配的问题，因此不适合作为高功率密度锂离子电容器的负极材料。

赝电容材料由于具有快速的法拉第过程，可以有效缓解锂离子电容器正负极动力学不匹配的问题，是理想的锂离子电容器负极材料。中国专利公布号CN104538207B公开了一种铌酸钛(TiNb₂O₇)/碳纳米管复合材料的制备方法及以该材料为负极的锂离子电容器。但是，如传统电池型材料LTO一样，铌酸钛的充放电平台过高而导致采用该材料为负极的锂离子电容器的电压窗口过窄，进而导致过低的能量密度。中国专利公布号CN105551815A公开了一种锂离子电容器及其制备方法，该锂离子电容器负极活性物质采用表面经造孔、氮化处理后原位生长炭纳米管或纳米金属氮化物的球形天然石墨、石墨化中间相炭微球、石墨化聚酰亚胺炭微球中的一种。发明人研究发现，这些炭材料的倍率性能较差，不利于高功率型锂离子电容器的构建。

发明内容

为了解决现有锂离子电容器赝电容型负极材料动力学充放电平台过高或过低而分别导致的低能量密度和低功率密度的问题，本发明的目的是提供一种锂离子电容器及其制备方法，本发明提供的锂离子电容器具有良好的循环稳定性性、能量密度及功率密度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种锂离子电容器，由正极片、负极片、隔膜及电解液组成，所述负极片包括负极集流体，所述负极集流体表面附着负极活性材料，所述负极活性材料由五氧化二钒预嵌锂形成。

V₂O₅材料作为负极材料时，不仅具有快速充放电特征的赝电容行为，还具有合适的充放电平台(0.1-2V vs Li/Li⁺)。而且，在脱嵌锂的过程中，结构稳定，具有出色的循环稳定性。经过实验表明，五氧化二钒预嵌锂后作为负极活性材料形成的锂离子电容器具有良好的循环稳定性性、能量密度及功率密度。

另一方面，一种锂离子电容器的制备方法，包括如下步骤：

提供正极片、隔膜及电解液；