CN205487766U - 锂离子电容器 - Google Patents

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李兵
蔡丹
武智惠
吴秋菊
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Abstract

本实用新型涉及一种电容器。更具体地说，本实用新型涉及一种锂离子电容器，包括：正极，其包括第一多孔金属箔和设置于第一多孔金属箔表面的活性碳层，第一多孔金属箔与活性碳层之间设置有固定层，固定层的左表面和右表面均设置有第一凹槽，第一多孔金属箔和活性碳层分别置于第一凹槽中；负极，其包括第二多孔金属箔和设置于第二多孔金属箔表面的嵌锂层；隔膜，其设置在正极和负极之间；电解液，其填充在正极和负极之间，嵌锂层和隔膜之间设置有锂片层，锂片层中间设置有第二凹槽，嵌锂层置于第二凹槽中。本实用新型避免了锂离子电容器的正极材料和负极材料在脱嵌锂的过程中易发生结构变形的问题，延长了锂离子电容器的使用寿命。

Description

锂离子电容器
技术领域
本实用新型涉及一种电容器。更具体地说，本实用新型涉及一种锂离子电容器。
背景技术
近年来，锂离子二次电池得到了很大的发展，这种电池负极一般使用石墨等碳素材料，正极使用钴酸锂、锰酸锂等含锂金属氧化物。这种电池组装以后，充电时正极向负极提供锂离子，而在放电时，负极的锂离子又返回正极，因此被称为“摇椅式电池”。与使用金属锂的锂电池相比，这种电池具有高安全性和高循环寿命的特点。但是，由于正极材料和负极材料在脱嵌锂的过程中容易发生结构的变形，因此，锂离子二次电池的循环寿命仍受到制约。近年来，把锂离子二次电池和双层电容器结合在一起的体系，即锂离子电容器研究成为新的热点。锂离子电容器一般负极材料选用石墨、硬碳等炭素材料，正极材料选用双电层特性的活性炭材料，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。但这种锂离子电容器仍存在正极材料和负极材料在脱嵌锂的过程中易发生结构的变形的问题。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本实用新型还有一个目的避免锂离子电容器的正极材料和负极材料在脱嵌锂的过程中易发生结构变形的问题，延长锂离子电容器的使用寿命。
为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种锂离子电容器，包括：
正极，其包括第一多孔金属箔和设置于所述第一多孔金属箔表面的活性碳层，所述第一多孔金属箔与所述活性碳层之间设置有固定层，所述固定层设置为“工”字型，所述固定层的左表面和右表面均设置有第一凹槽，所述第一多孔金属箔和活性碳层分别置于所述固定层的左表面和右表面的第一凹槽中；
负极，其包括第二多孔金属箔和设置于所述第二多孔金属箔表面的嵌锂层；
隔膜，其设置在所述正极和负极之间，且位于所述活性炭层和嵌锂层之间；
电解液，其填充在所述正极和负极之间；
其中，所述固定层的左表面和右表面上均设置有多个大小不一的通孔，所述嵌锂层和所述隔膜之间设置有锂片层，所述锂片层中间设置有第二凹槽，所述嵌锂层置于所述第二凹槽中，所述锂片层的周边设置有多个固定脚，多个固定脚固定在所述隔膜的侧壁上。
优选的是，所述的锂离子电容器中，所述固定层中掺杂有导电材料，所述第二多孔金属箔和嵌锂层之间设置有导电层。
优选的是，所述的锂离子电容器中，所述第一多孔金属箔和第二多孔金属箔的长度一致，所述固定层、活性碳层、隔膜、锂片层和嵌锂层的长度均小于所述第一多孔金属箔或第二多孔金属箔的长度。
优选的是，所述的锂离子电容器中，所述第一多孔金属箔、固定层、活性炭层、隔膜、锂片层、嵌锂层和第二多孔金属箔均置于一壳体中，所述电解液填充在所述壳体的缝隙中。
优选的是，所述的锂离子电容器中，所述第一多孔金属箔为铝箔，所述第二多孔金属箔为铜箔。
优选的是，所述的锂离子电容器中，所述隔膜为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、复合膜、无机陶瓷膜、纸隔膜、无纺布隔膜或纤维素隔膜中的任一种。
本实用新型至少包括以下有益效果：在锂离子电容器安装时，先将第一多孔金属箔和第二多孔金属箔分别置于壳体中，再依次安装固定层、活性碳层、隔膜、锂片层和嵌锂层，并将第一多孔金属箔和活性碳层分别置于固定层的左表面和右表面的第一凹槽中，嵌锂层置于锂片层的第二凹槽中，以使得各部分固定牢固，最后在正极和负极填充电解液，并密封壳体。由于固定层和锂片层上凹槽的设置，锂离子电容器的各个部分不仅仅是简单的贴合安装，而是通过介质固定，提高了固定的可靠性，避免了锂离子电容器的正极材料和负极材料在脱嵌锂的过程中易发生结构变形的问题，延长了锂离子电容器的使用寿命。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为所述的锂离子电容器的组装图；
图2为所述的锂离子电容器内部结构的分解图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1和2所示，本实用新型提供一种锂离子电容器，包括：
正极1，其包括第一多孔金属箔11和设置于所述第一多孔金属箔表面的活性碳层12，活性碳层为活性炭粉末、活性炭纤维或炭纳米管等，活性炭层可以使用例如活性炭、丙烯酸类粘合剂组成的结合剂、羧甲基纤维素(CMC)组成的分散剂的混合物。所述第一多孔金属箔与所述活性碳层之间设置有固定层5，所述固定层设置为“工”字型，由于正极和负极各部分长度不等，因此固定层并不是严格意义上的“工”字型，可能一侧的高度稍高于另一侧，以保证将第一多孔金属箔与活性碳层更好地固定，所述固定层的左表面和右表面均设置有第一凹槽51，所述第一多孔金属箔和活性碳层分别置于所述固定层的左表面和右表面的第一凹槽中，固定层起到同时固定第一多孔金属箔和活性碳层的作用，同时由于第一凹槽的底壁设置得非常薄，不会影响锂离子的正常移动。
负极2，其包括第二多孔金属箔21和设置于所述第二多孔金属箔表面的嵌锂层22，嵌锂层可以是可嵌锂金属氧化物或炭质嵌锂材料，可嵌锂金属氧化物可以是锂钛氧化物Li4Ti5O12、WO2或MoO2等，炭质嵌锂材料可以是石墨、中间相炭微球或中间相炭纤维等，嵌锂层可以使用例如能够封存/释放锂离子的无定形碳、聚偏氟乙烯(PVDF)构成的结合剂、乙炔炭黑等导电助剂的混合物。
隔膜3，其设置在所述正极和负极之间，且位于所述活性炭层和嵌锂层之间。隔膜用于使得正极与负极电绝缘，隔膜允许离子通过，以使离子在正极与负极之间传递。
电解液4，其填充在所述正极和负极之间，与正极和负极物理接触和电接触。电解液由溶质、溶剂和添加剂组成，溶质为六氟磷酸锂(LiPF6)，溶剂为环状碳酸酯和链状碳酸酯两类脂组成，添加剂有成膜稳定剂、低温和高温稳定剂和高压过充保护剂等。
其中，所述固定层的左表面和右表面上均设置有多个大小不一的通孔52，以使得锂离子能够顺利通过固定层。所述嵌锂层和所述隔膜之间设置有锂片层6，所述锂片层中间设置有第二凹槽61，所述嵌锂层置于所述第二凹槽中，所述锂片层的周边设置有多个固定脚62，多个固定脚固定在所述隔膜的侧壁上，以将嵌锂层与隔膜有效固定。当以一定的电流对锂离子电容器进行充电时，负极具有一定的核电状态，此时锂片层中的锂转化为锂离子嵌入嵌锂层中。锂片层将嵌锂层包裹在其中，能够提高锂离子电容器的比能量，且提高了锂离子电容器的循环稳定性。锂片层的总填充量设定为能够对负极的负极活性物质合剂中充分掺杂锂离子的量，这样的总填充量能够通过考虑负极活性物质的材料、量进行理论计算。
所述的锂离子电容器中，所述固定层中掺杂有导电材料，所述第二多孔金属箔和嵌锂层之间设置有导电层7。固定层中导电材料的掺杂明显降低了第一多孔金属箔与活性碳层之间的接触电阻；导电层的设置明显降低了第二多孔金属箔和嵌锂层之间的接触电阻。
所述的锂离子电容器中，所述第一多孔金属箔和第二多孔金属箔的长度一致，所述固定层、活性碳层、隔膜、锂片层和嵌锂层的长度均小于所述第一多孔金属箔或第二多孔金属箔的长度，以使得第一多孔金属箔和第二多孔金属箔将固定层、活性碳层、隔膜、锂片层和嵌锂层夹持在中间，固定更加可靠。
所述的锂离子电容器中，所述第一多孔金属箔、固定层、活性炭层、隔膜、锂片层、嵌锂层和第二多孔金属箔均置于一壳体8中，所述电解液填充在所述壳体的缝隙中。壳体的设置使得整个锂离子电容器的结构更加紧凑。
所述的锂离子电容器中，所述第一多孔金属箔为铝箔，所述第二多孔金属箔为铜箔。
所述的锂离子电容器中，所述隔膜为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、复合膜、无机陶瓷膜、纸隔膜、无纺布隔膜或纤维素隔膜中的任一种。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种锂离子电容器，其特征在于，包括：
正极，其包括第一多孔金属箔和设置于所述第一多孔金属箔表面的活性碳层，所述第一多孔金属箔与所述活性碳层之间设置有固定层，所述固定层设置为“工”字型，所述固定层的左表面和右表面均设置有第一凹槽，所述第一多孔金属箔和活性碳层分别置于所述固定层的左表面和右表面的第一凹槽中；
负极，其包括第二多孔金属箔和设置于所述第二多孔金属箔表面的嵌锂层；
隔膜，其设置在所述正极和负极之间，且位于所述活性炭层和嵌锂层之间；
电解液，其填充在所述正极和负极之间；
其中，所述固定层的左表面和右表面上均设置有多个大小不一的通孔，所述嵌锂层和所述隔膜之间设置有锂片层，所述锂片层中间设置有第二凹槽，所述嵌锂层置于所述第二凹槽中，所述锂片层的周边设置有多个固定脚，多个固定脚固定在所述隔膜的侧壁上。
2.如权利要求1所述的锂离子电容器，其特征在于，所述固定层中掺杂有导电材料，所述第二多孔金属箔和嵌锂层之间设置有导电层。
3.如权利要求2所述的锂离子电容器，其特征在于，所述第一多孔金属箔和第二多孔金属箔的长度一致，所述固定层、活性碳层、隔膜、锂片层和嵌锂层的长度均小于所述第一多孔金属箔或第二多孔金属箔的长度。
4.如权利要求3所述的锂离子电容器，其特征在于，所述第一多孔金属箔、固定层、活性炭层、隔膜、锂片层、嵌锂层和第二多孔金属箔均置于一壳体中，所述电解液填充在所述壳体的缝隙中。
5.如权利要求1所述的锂离子电容器，其特征在于，所述第一多孔金属箔为铝箔，所述第二多孔金属箔为铜箔。
6.如权利要求1所述的锂离子电容器，其特征在于，所述隔膜为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、复合膜、无机陶瓷膜、纸隔膜、无纺布隔膜或纤维素隔膜中的任一种。
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