[发明专利]一种大功率嵌锂负极混合不对称超级电容器极片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及大功率嵌锂负极混合不对称超级电容器极片，特别是正极活性材料中引入了纳米碳纤维和/或碳纳米管，提高了混合不对称超级电容器的功率密度，而且锂电池正极材料LiCoO₂的加入使负极材料中的石墨嵌锂的同时，还使负极材料的电位降至0.21V（VS.Li/Li+），拓宽了混合不对称超级电容器的操作电位窗口。属于新能源技术领域。

背景技术

电化学双电层电容器（EDLC）又叫做超级电容器（supercapacitor），是一类利用电化学双电层或电极材料在电极/溶液界面发生的吸附或脱附而存储能量的装置，具有循环寿命超长（≤10⁵次）、安全可靠充放电快速（0.3秒~15分钟）的特点。从环保的角度考虑它所用的电极活性材料是一种绿色能源（活性炭），不污染环境。

  超级电容器的工作原理为一对电极都浸泡在电解质溶液中，当向电极施加低于电解质溶液的分解电压时，在固体电极与电解质溶液的界面，电荷会在极短的距离内分布排列。做为补偿，带正电荷的正极会吸引溶液中的阴离子，相反的，负极吸引阳离子，从而形成紧密的双电层，在电极和电解质溶液的界面存储电荷，但电荷不会穿过电极与电解质溶液的界面，在此过程中所产生的电流基本上是由电荷重排而产生的位移电流。其能量以电荷或浓缩电子存储在电极材料的表面。但也正是由于体系存储的能量来自于电极活性材料与电解质溶液产生的双电层，致使超级电容器的能量密度较低，只有5Wh/kg-8Wh/kg，因此也限制了其在储能方面的应用。     锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、自放电率低、无记忆效应等显著优点，因此目前所开发的锂离子电池主要用于环保汽车的主要驱动电源，像纯电动车，混合动力汽车等。尽管如此多的优点，但频发的电动车用锂离子电池爆炸起火事故使人们对其的安全性的担忧加大，而且在大倍率放电时，如何解决电池发热的问题也非常棘手。那么能否发明出一种电化学储能装置即具有超级电容器功率密度大，又具有锂离子电池能量密度大的特点呢？因此本发明从结合二者优点的角度出发，来实现一种大功率含锂负极混合不对称电容器极片及其制做方法。

 此外正极体系中加入的碳纳米管是一种中空管，比表面积大、结晶度高、导电性好以及其微孔都集中在一定范围内，是一种理想的导电电极材料。其中碳原子最外层的电子通过SP²杂化和相邻的三个碳原子形成稳定的平面共价键，而处于垂直方向Z轴上的电子则形成了离域的大π键。因此在碳纳米管管壁存在大量可以自由移动的电子，并且这些电子分布在碳纳米管的管壁表面，因此碳纳米管具有优导的导电性。而纳米碳纤维是一种具有纳米尺度的碳纤维，具有低密度、高比模量、高比强度、高导电性能外，还具有缺陷数量少、比面积大和结构致密等优点。

已知决定超级电容器内阻的一个重要因素就是电极活性材料与金属集流体间的接触，导电物质在电极活物质间的分布是否均匀。如果向超级电容器极片中引入碳纳米管和/或纳米碳纤维，在加入少量的条件下就可以明显提高极片的导电性，从而进一步提高超级电容器的大功率充放电性能。

发明内容

  本发明的目的是提供一种制作大功率、负极嵌锂的混合不对称软包装超级电容器。其中混合是指正极材料中含有锂离子电池的正极材料LiCoO₂，以及负极材料为AC和/或石墨，这样在混合不对称超级电容器充次充电时，正极材料中的锂离子便会嵌入到负极材料中，负极材料的电位降至0.21V（VS.Li/Li+），拓宽了混合不对称超级电容器的操作电位窗口。

首先在金属网集流体表面涂布一层一定厚度的导电胶，然后再涂布一层活性炭，最后在正极材料上涂布一层锂离子电池正极材料LiCoO₂。而混合不对称超级电容器的负极活性材料选用AC和/石墨，当对混合不对称超级电容器进行首次充电时，锂离子嵌入到负极中，负极材料的电位降至0.21V（VS.Li/Li+），拓宽了混合不对称超级电容器的操作电位窗口。然后通过向电极材料中加入少量碳纳米管和/或纳米碳纤维后，可以明显的提高超级电容器大功率充放电性能。使用软包装对超级电容器进行封装后，可以明显的降低单体超级电容器的质量，从而可以在不改变超级电容器静电容量的前提下，可以提高超级电容器的能量密度。

本发明的目的是这样来实现的：