專利名稱：鋰離子電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)能器件，尤其涉及一種鋰離子電容器。
背景技術(shù)：
隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，鋰離子二次電池是作為一種新型的儲(chǔ)能器件，因其具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、節(jié)能環(huán)保等多種優(yōu)點(diǎn)，在手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用；但由于鋰離子二次電池自身性能決定了其大電流充放電性能、安全性能相對(duì)較差，故也限制了其在太陽(yáng)能、風(fēng)能、動(dòng)力汽車、電動(dòng)車等領(lǐng)域的應(yīng)用。作為另一種新型的儲(chǔ)能器件，超級(jí)電容器因其具有功率密度高、靜電容量高且比鋰離子二次電池具有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命，其在很多領(lǐng)域已取得了很廣泛的應(yīng)用，且由于其具有功率密度高、充放電速度快、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在新能源汽車、太陽(yáng)能、風(fēng)能等領(lǐng)域有望得到更為廣泛的應(yīng)用；但由于其能量密度低，很難進(jìn)行持續(xù)放電，因此，限制了超級(jí)電容器的應(yīng)用。由于上述儲(chǔ)能器件各自所存在的很難克服的技術(shù)缺陷，人們希望有一種新型儲(chǔ)能器件能結(jié)合鋰離子二次電池和超級(jí)電容器所存在的優(yōu)點(diǎn)，而克服其各自的技術(shù)缺陷；于是， 人們開(kāi)發(fā)出了一種新型儲(chǔ)能組件，該儲(chǔ)能組件通過(guò)使鋰離子二次電池單體和超級(jí)電容器相連，然后通過(guò)電源管理系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行管理，其很好的使鋰離子二次電池和超級(jí)電容器的優(yōu)點(diǎn)得到有效的發(fā)揮，但其制造成本較高，且并沒(méi)有從根本上解決鋰離子二次電池和超級(jí)電容器所存在的技術(shù)缺陷。為了從根本上解決解決鋰離子二次電池和超級(jí)電容器所存在的技術(shù)缺陷，且使二者的優(yōu)點(diǎn)得到更好的發(fā)揮，人們開(kāi)發(fā)出了鋰離子電容器，該鋰離子電容器的負(fù)極一般采用碳材料，正極采用活性炭，為了提高鋰離子電容器的能量密度，通常對(duì)負(fù)極的碳材料摻雜鋰離子或通過(guò)電化學(xué)方法使其吸附鋰離子，使負(fù)極電位下降，由于吸附鋰離子的負(fù)極的電位低于正極所使用的活性碳，因此，其與正極活性碳組合而形成的電容器耐壓性提高，并且負(fù)極的容量遠(yuǎn)大于正極容量，鋰離子電容器的能量密度得到了提高；鋰離子電容器雖然有效的結(jié)合了鋰離子二次電池和超級(jí)電容器的的優(yōu)點(diǎn)，具有高能量密度、高輸出特性等優(yōu)點(diǎn)，但在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，其等效串聯(lián)內(nèi)阻較大，且在鋰離子電容器反復(fù)充放電過(guò)程中，鋰離子很容易在正極表面析出，進(jìn)而形成枝晶，導(dǎo)致鋰離子電容器內(nèi)部短路。為此，于2008年8月27日公開(kāi)的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)CN101253588A公開(kāi)了一種鋰離子電容器，該專利文獻(xiàn)通過(guò)使鋰離子電容器的正極面積小于負(fù)極面積，試圖解決鋰離子電容器正極表面析鋰而導(dǎo)致鋰離子電容器內(nèi)部短路問(wèn)題，但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于其正負(fù)級(jí)的涂覆層包覆了整個(gè)集流體，當(dāng)在集流體上焊接正負(fù)極端子時(shí)，通常需要刮去部分涂覆層才可進(jìn)行，因此，其加工工藝復(fù)雜，制造成本較高；且該種結(jié)構(gòu)的鋰離子電容器的正負(fù)極端子通常采用超聲焊焊接數(shù)個(gè)點(diǎn)進(jìn)行，由于該數(shù)個(gè)點(diǎn)多為直線排列，且與正負(fù)極極片接觸內(nèi)阻較大，進(jìn)而使得鋰離子電容器的能量密度降低，使用過(guò)程中發(fā)熱量增加，進(jìn)而使鋰離子電容器的整體壽命降低。
因此，基于傳統(tǒng)技術(shù)鋰離子電容器中所存在的加工工藝復(fù)雜、內(nèi)阻大、鋰離子電容器正極表面析鋰而導(dǎo)致鋰離子電容器內(nèi)部短路等諸多問(wèn)題，有必要對(duì)該鋰離子電容器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電容器，其能有效避免因鋰離子電容器正極表面析鋰而導(dǎo)致的鋰離子電容器內(nèi)部短路的缺陷。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的另一目的在于一種鋰離子電容器，其能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和加工工藝。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種鋰離子電容器，包括電解液，為含有鋰離子化合物的有機(jī)溶液；以及芯子，浸漬有所述電解液。其中，所述芯子包括正極，所述正極包括正極集流體和形成在所述正極集流體的表面上的正極涂覆層；負(fù)極，所述負(fù)極包括負(fù)極集流體和形成在所述負(fù)極集流體的表面上的負(fù)極涂覆層，所述負(fù)極涂覆層含有能夠可逆摻雜鋰離子的物質(zhì)，在所述芯子中，所述負(fù)極涂覆層和所述正極涂覆層相對(duì)向設(shè)置；隔膜，設(shè)置在所述正極和所述負(fù)極之間。其中，所述正極集流體的面積大于所述正極涂覆層的面積，而且所述正極集流體包括在靠近所述正極集流體的邊緣處形成的未涂覆有所述正極涂覆層的第一金屬區(qū)；所述負(fù)極集流體的面積大于所述負(fù)極涂覆層的面積，而且所述負(fù)極集流體包括在靠近所述負(fù)極集流體的邊緣處形成的未涂覆有所述負(fù)極涂覆層的第二金屬區(qū)；所述負(fù)極涂覆層的面積大于所述正極涂覆層的面積，在所述芯子中所述負(fù)極涂覆層的面積覆蓋所述正極涂覆層的面積，而且在所述芯子中所述負(fù)極涂覆層將所述正極涂覆層包含于所述負(fù)極涂覆層內(nèi)側(cè)；所述隔膜的面積大于所述負(fù)極涂覆層的面積，且在所述芯子中所述隔膜的面積覆蓋所述負(fù)極涂覆層的面積。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，優(yōu)選地，在所述正極中，所述正極涂覆層的一側(cè)邊緣與所述正極集流體的對(duì)應(yīng)一側(cè)邊緣齊平、而所述正極涂覆層的另一側(cè)邊緣位于所述正極集流體的面積內(nèi)；在所述負(fù)極中，所述負(fù)極涂覆層的一側(cè)邊緣與所述負(fù)極集流體的對(duì)應(yīng)一側(cè)邊緣齊平、而所述負(fù)極涂覆層的另一側(cè)邊緣位于所述負(fù)極集流體的面積內(nèi)。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，優(yōu)選地，所述第一金屬區(qū)和所述第二金屬區(qū)分別定位于所述芯子的相對(duì)兩端。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，優(yōu)選地，所述第一金屬區(qū)和所述第二金屬區(qū)分別定位于所述芯子的同一端。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，優(yōu)選地，所述芯子還包括正極端子，焊接于所述第一金屬區(qū)，所述正極端子與所述第一金屬區(qū)之間的焊接為焊接軌跡為曲線的激光焊接；負(fù)極端子，焊接于所述第二金屬區(qū)，所述負(fù)極端子與所述第二金屬區(qū)之間的焊接為焊接軌跡為曲線的激光焊接。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，優(yōu)選地，所述芯子還包括正極端子，通過(guò)將所述第一金屬區(qū)裁切掉一部分而形成；負(fù)極端子，通過(guò)將所述第二金屬區(qū)裁切掉一部分而形成。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，優(yōu)選地，所述正極端子大于一個(gè)，所述負(fù)極端子大于一個(gè)；各正極端子開(kāi)設(shè)有連接孔，在連接孔內(nèi)穿設(shè)有與該連接孔相適配的連接螺栓，各正極端子通過(guò)連接螺栓連接為一體；各負(fù)極的負(fù)極端子亦對(duì)應(yīng)開(kāi)設(shè)有連接孔，在連接孔內(nèi)穿設(shè)有與該連接孔相適配的連接螺栓，各負(fù)極端子通過(guò)連接螺栓連接為一體。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，優(yōu)選地，所述正極端子大于一個(gè)，所述負(fù)極端子大于一個(gè)；各正極端子焊接為一體，各負(fù)極端子焊接為一體。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，優(yōu)選地，所述第一金屬區(qū)和所述第二金屬區(qū)分別定位于所述芯子的同一端；所述正極端子和所述負(fù)極端子交錯(cuò)設(shè)置。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，優(yōu)選地，所述正極采用以下加工方式在正極集流體表面且沿正極集流體長(zhǎng)度方向持續(xù)涂覆而在正極集流體表面形成正極涂覆層，所述正極涂覆層的兩側(cè)的正極集流體裸露形成金屬區(qū)，沿所述正極集流體長(zhǎng)度方向的中線裁切形成各正極；所述負(fù)極的加工方式與所述正極加工方式相對(duì)應(yīng)。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，優(yōu)選地，所述正極采用以下加工方式在正極集流體表面間隔涂覆正極漿料形成間隔設(shè)置的正極涂覆層，所述各正極涂覆層之間的正極集流體裸露形成金屬區(qū)，然后，沿各金屬區(qū)的一側(cè)邊裁切形成各正極；所述負(fù)極的加工方式與所述正極加工方式相對(duì)應(yīng)。 根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電容器的有益效果如下。在本發(fā)明中，由于造成鋰離子電容器正極邊緣析鋰現(xiàn)象的根本原因是正極涂覆層的面積大于負(fù)極涂覆層的面積，而并非簡(jiǎn)單的是正極大于負(fù)極而引起；由于本申請(qǐng)的正極涂覆層的面積小于負(fù)極涂覆層的面積，其解決了鋰離子電容器正極表面析鋰的問(wèn)題。在本發(fā)明中，正極設(shè)置有第一金屬區(qū)，負(fù)極設(shè)置有第二金屬區(qū)，在焊接正/負(fù)極端子時(shí)，不需要另外刮去部分正/負(fù)涂覆層，即可直接把正/負(fù)極端子分別焊接在正/負(fù)極處，加工工藝簡(jiǎn)單；同時(shí)也免去刮去部分正/負(fù)涂覆層時(shí)，因殘留微量碳元素，導(dǎo)致正極端子與正極或負(fù)極端子與負(fù)極的接觸內(nèi)阻變大的缺陷。在本發(fā)明中，第一金屬區(qū)可加工形成正極端子、第二金屬區(qū)還可加工形成負(fù)極端子，從而降低正極端子與正極集流體、負(fù)極端子與負(fù)極集流體的連接內(nèi)阻，提高了鋰離子電容器的能量密度。在本發(fā)明中，隔膜寬度大于負(fù)極涂覆層的寬度，可避免正極表面析鋰而導(dǎo)致的鋰離子電容器內(nèi)部短路的缺陷，進(jìn)而避免安全事故的發(fā)生。在本發(fā)明中，正極涂覆層的一側(cè)邊緣與正極集流體的一側(cè)邊緣相齊平，且負(fù)極涂覆層的一側(cè)邊緣與負(fù)極集流體的一側(cè)邊緣相齊平，因此，在裝配時(shí)，可使正極的第一金屬區(qū)和負(fù)極的第二金屬區(qū)分別位于芯子兩端，且使正極涂覆層和負(fù)極涂覆層相對(duì)向設(shè)置，裝配工藝簡(jiǎn)單、方便。在本發(fā)明中，由于第一金屬區(qū)供焊接正極端子而第二金屬區(qū)可供焊接負(fù)極端子時(shí)使用，本申請(qǐng)的正極端子與第一金屬區(qū)、負(fù)極端子與第二金屬區(qū)相連時(shí)，采用激光焊接的方式，且由于其焊接軌跡采用曲線軌跡，因焊接的接觸點(diǎn)較多，故有效降低了正極端子與第一金屬區(qū)和負(fù)極端子與第二金屬區(qū)之間的接觸內(nèi)阻，提高了鋰離子電容器的能量密度。在本發(fā)明中，各正負(fù)極端子通過(guò)焊接或連接螺栓連接為一體，其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。


圖1示出根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例的形成本發(fā)明的鋰離子電容器的正極的示意圖；圖2和圖3示出根據(jù)另ー個(gè)實(shí)施例的形成本發(fā)明的鋰離子電容器的正極的示意 圖；圖4和圖5示出根據(jù)又ー個(gè)實(shí)施例的形成本發(fā)明的鋰離子電容器的正極的示意 圖；圖6示出根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例的形成本發(fā)明的鋰離子電容器的正極端子的示意圖；圖7示出根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例的形成本發(fā)明的鋰離子電容器的負(fù)極的示意圖；圖8和圖9示出根據(jù)另ー個(gè)實(shí)施例的形成本發(fā)明的鋰離子電容器的負(fù)極的示意 圖；圖10和圖11示出根據(jù)又ー個(gè)實(shí)施例的形成本發(fā)明的鋰離子電容器的負(fù)極的示意 圖；圖12示出根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例的形成本發(fā)明的鋰離子電容器的負(fù)極端子的示意圖；圖13示出根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例的在本發(fā)明的鋰離子電容器正極、負(fù)極和隔膜的相對(duì) 布置示意圖；圖14示出根據(jù)另ー個(gè)實(shí)施例的在本發(fā)明的鋰離子電容器正極、負(fù)極和隔膜的相 對(duì)布置示意圖。其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下1正極2負(fù)極3隔膜11正極集流體12正極涂覆層 13第一金屬區(qū)21負(fù)極集流體22負(fù)極涂覆層 23第二金屬區(qū)112部分131正極端子 231負(fù)極端子212部分A、B、C裁切位
具體實(shí)施例方式首先說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電容器。圖13和圖14示意示出了本發(fā)明的鋰離子 電容器的正極、負(fù)極、以及隔膜的相互布置關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器包括電解液(未示出)，為含有鋰離子化合物的 有機(jī)溶液；以及芯子，浸漬有所述電解液。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，如圖13和圖14所示，所述芯子包括正極 1，正極1包括正極集流體11和形成在正極集流體11的表面上的正極涂覆層12，正極涂覆 層12含有能夠可逆摻雜鋰離子的物質(zhì)；負(fù)極2，負(fù)極2包括負(fù)極集流體21和形成在負(fù)極集 流體21的表面上的負(fù)極涂覆層22，負(fù)極涂覆層22含有能夠可逆摻雜鋰離子的物質(zhì)；隔膜 3，設(shè)置在正極1和負(fù)極2之間。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，正極集流體11的面積大于正極涂覆層12 的面積，而且正極集流體11包括在靠近正極集流體11的邊緣處形成的未涂覆有正極涂覆 層11的第一金屬區(qū)13 ；負(fù)極集流體21的面積大于負(fù)極涂覆層22的面積，而且負(fù)極集流體 21包括在靠近負(fù)極集流體21的邊緣處形成的未涂覆有負(fù)極涂覆層22的第二金屬區(qū)23 ；在 所述芯子中，負(fù)極涂覆層22和正極涂覆層12相對(duì)向設(shè)置，負(fù)極涂覆層22的面積大于正極 涂覆層12的面積，負(fù)極涂覆層22的面積覆蓋正極涂覆層11的面積，而且在所述芯子中負(fù)極涂覆層22將正極涂覆層12包含于負(fù)極涂覆層22內(nèi)；隔膜3的面積大于負(fù)極涂覆層22 的面積，且在所述芯子中隔膜3的面積覆蓋負(fù)極涂覆層22的面積。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，優(yōu)選地，在正極1中，在正極集流體11的同一表面上沿正極集流體11的涂覆有正極涂覆層12的一側(cè)邊緣與正極集流體11的形成有第一金屬區(qū)13的相對(duì)側(cè)邊緣方向，正極涂覆層12的一側(cè)邊緣與正極集流體11的對(duì)應(yīng)一側(cè)邊緣齊平、而正極涂覆層12的另一側(cè)邊緣位于正極集流體11的面積內(nèi)。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，優(yōu)選地，在負(fù)極2中，在負(fù)極集流體21的同一表面上沿負(fù)極集流體21的涂覆有負(fù)極涂覆層22的一側(cè)邊緣與負(fù)極集流體21的形成有第二金屬區(qū)23的相對(duì)側(cè)邊緣方向，負(fù)極涂覆層22的一側(cè)邊緣與負(fù)極集流體21的對(duì)應(yīng)一側(cè)邊緣齊平、而負(fù)極涂覆層22的另一側(cè)邊緣位于負(fù)極集流體21的面積內(nèi)。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，第一金屬區(qū)13和第二金屬區(qū)23分別定位于所述芯子的相對(duì)兩端，如圖13所示?？商娲兀谝唤饘賲^(qū)13和第二金屬區(qū)23分別定位于所述芯子的同一端，如圖14所示。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，所述芯子還包括正極端子(圖未示)，設(shè)置于第一金屬區(qū)13 ；負(fù)極端子(圖未示)，設(shè)置于第二金屬區(qū)23。在一個(gè)實(shí)施例中，正極端子焊接于第一金屬區(qū)13，負(fù)極端子焊接于第二金屬區(qū)23。在焊接正/負(fù)極端子時(shí)，優(yōu)選采用激光焊接，且焊接軌跡優(yōu)選為曲線(例如圓形、橢圓形曲線)。在一個(gè)實(shí)施例中，正極端子通過(guò)將第一金屬區(qū)23裁切掉一部分而形成；負(fù)極端子通過(guò)將第二金屬區(qū)23裁切掉一部分而形成。在一個(gè)實(shí)施例中，正極端子通過(guò)曲線激光焊接于裁切掉一部分的第一金屬區(qū)23，負(fù)極端子通過(guò)曲線激光焊接于裁切掉一部分的第二金屬區(qū)23，換句話說(shuō)，這是前兩種方式的
纟口口。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，設(shè)置在第一金屬區(qū)13上的正極端子可為至少一個(gè)，設(shè)置在第二金屬區(qū)23上的負(fù)極端子為至少一個(gè)。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，當(dāng)正極端子大于一個(gè)時(shí)，各正極端子開(kāi)設(shè)有連接孔，在連接孔內(nèi)穿設(shè)有與該連接孔相適配的連接螺栓，各正極端子通過(guò)連接螺栓連接為一體；當(dāng)負(fù)極端子大于一個(gè)時(shí)，各負(fù)極端子對(duì)應(yīng)開(kāi)設(shè)有連接孔，在連接孔內(nèi)穿設(shè)有與該連接孔相適配的連接螺栓，各負(fù)極端子通過(guò)連接螺栓連接為一體。在另一實(shí)施例中，當(dāng)正極端子大于一個(gè)時(shí)，各正極端子焊接在一起；當(dāng)負(fù)極端子大于一個(gè)時(shí)，各負(fù)極端子焊接在一起。在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，當(dāng)正極1的第一金屬區(qū)13和負(fù)極2的第二金屬區(qū)23定位在芯子的同一端時(shí)，所設(shè)置的正極端子和負(fù)極端子優(yōu)選交錯(cuò)設(shè)置；對(duì)于多個(gè)正極端子和多個(gè)負(fù)極端子的情況，也優(yōu)選正極端子和負(fù)極端子交錯(cuò)設(shè)置。在圖13和圖14所示的結(jié)構(gòu)中，在剖面圖中，五個(gè)負(fù)極和四個(gè)正極疊置，圖13和圖 14僅是示意說(shuō)明第一金屬區(qū)、第二金屬區(qū)、正極涂覆層、負(fù)極涂覆層、以及隔膜之間的相互位置關(guān)系，從結(jié)構(gòu)上看屬于層疊式鋰離子電容器，但是這并不妨礙采用卷繞式鋰離子電容
ο此外，在根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器中，負(fù)極涂覆層可涂覆在負(fù)極集流體的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)的表面(通?？煞Q為上表面和下表面)上；正極涂覆層可涂覆在正極集流體的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)的表面(通?？煞Q為上表面和下表面)上。
其次說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電容器的制備方法。根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電容器的制備方法包括步驟(1)制備正極在正極集流體上涂覆有正極涂覆層，并在靠近正極集流體的邊緣處形成未涂覆有正極涂覆層的第一金屬區(qū)；(2)設(shè)置正極端子在第一金屬區(qū)設(shè)置正極端子；(3)制備負(fù)極在負(fù)極集流體上涂覆有負(fù)極涂覆層且負(fù)極涂覆層含有能夠可逆摻雜鋰離子的物質(zhì)，并在靠近負(fù)極集流體的邊緣處形成未涂覆有負(fù)極涂覆層的第二金屬區(qū)；(4)設(shè)置負(fù)極端子在第二金屬區(qū)設(shè)置負(fù)極端子；(5)制備芯子將隔膜設(shè)置在所制備的正極和負(fù)極之間并使負(fù)極涂覆層和正極涂覆層相對(duì)向設(shè)置且隔膜的面積大于負(fù)極涂覆層的面積，通過(guò)卷繞或疊置方式使負(fù)極包覆正極而形成芯子；(6)浸漬電解液將所形成的芯子浸漬電解液，電解液為含有鋰離子化合物的有機(jī)溶液。在制備正極的步驟中，在正極集流體上涂覆有正極涂覆層，正極涂覆層可涂覆在正極集流體的一個(gè)表面上，也可涂覆在正極集流體的兩個(gè)相對(duì)表面上(通常稱為上表面和下表面)。在制備正極的步驟中，形成第一金屬區(qū)的過(guò)程可按照以下方式進(jìn)行。第一種方式，如圖1所示，利用涂布設(shè)備把調(diào)配好的正極漿料沿正極集流體11的長(zhǎng)度方向持續(xù)涂覆在正極集流體11的表面上，以形成未全部覆蓋正極集流體11的正極涂覆層12，其中沿寬度方向正極涂覆層12的一側(cè)邊緣與正極集流體11的對(duì)應(yīng)一側(cè)邊緣齊平、 正極涂覆層12的另一側(cè)相對(duì)邊緣位于正極集流體11的面積內(nèi)，即正極集流體11沿寬度方向上的一側(cè)邊緣處預(yù)留正極集流體11的一部分(即裸露部分)作為第一金屬區(qū)13。涂覆完成后，經(jīng)烘干處理之后，即獲得具有第一金屬區(qū)13的正極1。第二種方式，如圖2和圖3所示，利用涂布設(shè)備把調(diào)配好的正極漿料沿正極集流體 11的長(zhǎng)度方向持續(xù)涂覆在正極集流體11的表面上，以形成未全部覆蓋正極集流體11的正極涂覆層12，其中正極集流體11沿寬度方向上的兩側(cè)邊緣處各自預(yù)留正極集流體11的一部分(即裸露部分)作為第一金屬區(qū)13;涂布完成后，經(jīng)烘干處理，然后沿正極集流體11 長(zhǎng)度方向的中線A-A(圖3所示)位置進(jìn)行裁切，即形成兩個(gè)具有第一金屬區(qū)13的正極1。 在第二種方式中，正極集流體11沿寬度方向上的兩側(cè)邊緣處各自預(yù)留正極集流體11的一部分優(yōu)選相同。第三種方式，如圖4和圖5所示，利用涂布設(shè)備把調(diào)配好的正極漿料沿正極集流體 11的長(zhǎng)度方向間隔涂覆在正極集流體11的表面上，以形成間隔設(shè)置的正極涂覆層12，正極集流體11的處于相鄰正極涂覆層12之間的部分112(即裸露部分)將作為第一金屬區(qū)；在間隔涂布完成后，進(jìn)行烘干處理；烘干處理之后，進(jìn)行剪切處理。在剪切處理中，可以沿所述多個(gè)部分112的同一側(cè)(例如右側(cè)或B-B線所示的左側(cè))進(jìn)行裁切，從而獲得如圖5所示的正極1 ；或者可替代地，在生產(chǎn)規(guī)定的正極涂覆層12以及第一金屬區(qū)的尺寸下，如果允許，可以沿所述多個(gè)部分112的中線(與B-B線平行)進(jìn)行裁切、并沿正極涂覆層12的中線(與B-B線平行)進(jìn)行切割。在所述第三種方式中，所述多個(gè)部分112沿長(zhǎng)度方向上的尺寸優(yōu)選相同。
此外，在上述三種方式中，通過(guò)選擇正極集流體11的尺寸并控制涂布設(shè)備，可以理想地實(shí)現(xiàn)所需尺寸的正極涂覆層12和第一金屬區(qū)13，從而避免正極涂覆層12和/或第一金屬區(qū)13的尺寸不符合實(shí)際制備要求而導(dǎo)致的進(jìn)一步涂覆和/或剪切，從而簡(jiǎn)化制備工藝，尤其是第一種方式更是如此(即在第一種方式中，選定合適的正極集流體11的尺寸，并通過(guò)控制涂布設(shè)備對(duì)正極集流體11的涂覆，從而涂覆之后烘干處理，即可獲得具有第一金屬區(qū)13的正極1，而不像第二種和第三種方式，還需要剪切處理)。當(dāng)然，除了上述三種方式之外，還可在正極集流體11進(jìn)行涂布正極涂覆層12，以形成未全部覆蓋正極集流體11的正極涂覆層12，之后進(jìn)行烘干，最后對(duì)正極涂覆層12和未被正極涂覆層12覆蓋的正極集流體11的部分按規(guī)定尺寸進(jìn)行剪切。在設(shè)置正極端子的步驟中，因?yàn)檎龢O1具有第一金屬區(qū)13，因此可以將正極端子 (圖未示)直接焊接于第一金屬區(qū)13。在焊接正極端子時(shí)，優(yōu)選采用激光焊接，且焊接軌跡優(yōu)選為曲線(例如圓形、橢圓形曲線)，這樣，可避免傳統(tǒng)直線軌跡焊接方式因其接觸觸點(diǎn)較少而導(dǎo)致的內(nèi)阻較大的現(xiàn)象。在替代方式中，可把正極1的第一金屬區(qū)13的部分金屬裁去而形成與正極1 一體設(shè)置的正極端子131，如圖6所示。由于正極端子131是由與正極1 一體設(shè)置的第一金屬區(qū)裁切而形成，因此，正極端子和正極之間的接觸內(nèi)阻大大降低，進(jìn)而提高了鋰離子電容器的性能，當(dāng)采用這種方式時(shí)，可將本發(fā)明的鋰離子電容器的制備方法中的制備正極的步驟和設(shè)置正極端子的步驟合并。在另一替代方式中，可以采用上面兩種方式的結(jié)合，即采用激光曲線焊接的方式將正極端子焊接在裁切后形成的金屬區(qū)域內(nèi)。在設(shè)置正極端子的步驟中，當(dāng)芯子采用卷繞方式形成時(shí)，每個(gè)正極可以設(shè)置一個(gè)或一個(gè)以上的正極端子；當(dāng)芯子采用層疊方式形成時(shí)，每個(gè)正極可以設(shè)置一個(gè)或一個(gè)以上的正極端子。在制備負(fù)極的步驟中，在負(fù)極集流體上涂覆有負(fù)極涂覆層，負(fù)極涂覆層可涂覆在負(fù)極集流體的一個(gè)表面上，也可涂覆在負(fù)極集流體的兩個(gè)相對(duì)表面上(通常稱為上表面和下表面)。在制備負(fù)極的步驟中，形成第二金屬區(qū)的過(guò)程可按照以下方式進(jìn)行。第一種方式，如圖7所示，利用涂布設(shè)備把調(diào)配好的負(fù)極漿料沿負(fù)極集流體21的長(zhǎng)度方向持續(xù)涂覆在負(fù)極集流體21的表面上，以形成未全部覆蓋負(fù)極集流體21的負(fù)極涂覆層22，其中沿寬度方向負(fù)極涂覆層22的一側(cè)邊緣與負(fù)極集流體21的對(duì)應(yīng)一側(cè)邊緣齊平、 負(fù)極涂覆層22的另一側(cè)相對(duì)邊緣位于負(fù)極集流體21的面積內(nèi)，即負(fù)極集流體21沿寬度方向上的一側(cè)邊緣處預(yù)留負(fù)極集流體21的一部分(即裸露部分)作為第二金屬區(qū)23。涂覆完成后，經(jīng)烘干處理之后，即獲得具有第二金屬區(qū)23的負(fù)極2。第二種方式，如圖8和圖9所示，利用涂布設(shè)備把調(diào)配好的負(fù)極漿料沿負(fù)極集流體 21的長(zhǎng)度方向持續(xù)涂覆在負(fù)極集流體21的表面上，以形成未全部覆蓋負(fù)極集流體21的負(fù)極涂覆層22，其中負(fù)極集流體21沿寬度方向上的兩側(cè)邊緣處各自預(yù)留負(fù)極集流體21的一部分(即裸露部分)作為第二金屬區(qū)23 ；涂布完成后，經(jīng)烘干處理，然后沿負(fù)極集流體21長(zhǎng)度方向的中線A-A(如圖8所示)位置進(jìn)行裁切，即形成兩個(gè)具有第二金屬區(qū)23的負(fù)極2， 如圖9所示。在第二種方式中，負(fù)極集流體21沿寬度方向上的兩側(cè)邊緣處各自預(yù)留負(fù)極集流體21的一部分優(yōu)選相同。第三種方式，如圖10所示，利用涂布設(shè)備把調(diào)配好的負(fù)極漿料沿負(fù)極集流體21的
10長(zhǎng)度方向間隔涂覆在負(fù)極集流體21的表面上，以形成間隔的負(fù)極涂覆層22，負(fù)極集流體21 的相鄰負(fù)極涂覆層22之間的部分212將作為第二金屬區(qū)23 ；在間隔涂布完成后，進(jìn)行烘干處理；烘干處理之后，進(jìn)行剪切處理。可以沿所述多個(gè)部分212的同一側(cè)(例如右側(cè)或C-C 線所示的左側(cè))進(jìn)行裁切，從而獲得如圖11所示的正極1 ；或者可替代地，在生產(chǎn)規(guī)定的負(fù)極涂覆層22以及第二金屬區(qū)的尺寸下，如果允許，可以沿所述多個(gè)部分212的中線(與C-C 線平行)進(jìn)行裁切、并沿正極涂覆層22的中線(與C-C線平行)進(jìn)行切割。在所述第三種方式中，所述多個(gè)部分212沿長(zhǎng)度方向上的尺寸優(yōu)選相同。此外，在上述三種方式中，通過(guò)選擇負(fù)極集流體21的尺寸并控制涂布設(shè)備，可以理想地實(shí)現(xiàn)所需尺寸的負(fù)極涂覆層22和第二金屬區(qū)23，從而避免負(fù)極涂覆層22和/或第二金屬區(qū)23的尺寸不符合實(shí)際制備要求而導(dǎo)致的進(jìn)一步涂覆和/或剪切，從而簡(jiǎn)化制備工藝，尤其是第一種方式更是如此(即在第一種方式中，選定合適的負(fù)極集流體21的尺寸，并通過(guò)控制涂布設(shè)備對(duì)負(fù)極集流體21的涂覆，從而涂覆之后烘干處理，即可獲得具有第二金屬區(qū)23的負(fù)極2，而不像第二種和第三種方式，還需要剪切處理)。當(dāng)然，除了上述三種方式之外，還可在負(fù)極集流體21上進(jìn)行涂布正極涂覆層22， 以形成未全部覆蓋負(fù)極集流體21的負(fù)極涂覆層22，之后進(jìn)行烘干，最后對(duì)負(fù)極涂覆層22和未被負(fù)極涂覆層22覆蓋的負(fù)極集流體21的部分按規(guī)定尺寸進(jìn)行剪切。在制備負(fù)極的步驟中，為了避免鋰離子電容器正極表面析鋰，在后續(xù)形成的芯子中，負(fù)極涂覆層22的面積大于正極涂覆層12的面積。在設(shè)置負(fù)極端子的步驟中，因?yàn)樵诒景l(fā)明的負(fù)極2具有第二金屬區(qū)23，因此可以將負(fù)極端子(圖未示)直接焊接于第二金屬區(qū)23。在焊接負(fù)極端子時(shí)，優(yōu)選采用激光焊接， 且焊接軌跡優(yōu)選為曲線(例如圓形、橢圓形曲線)，這樣，可避免傳統(tǒng)直線軌跡焊接方式因接觸觸點(diǎn)較少而導(dǎo)致的內(nèi)阻較大現(xiàn)象。在替代方式中，如圖12所示，可把負(fù)極2的第二金屬區(qū)23的部分金屬裁去而形成與負(fù)極2 —體設(shè)置的負(fù)極端子231，由于負(fù)極端子231是由與負(fù)極2—體設(shè)置的第二金屬區(qū)裁切而形成，因此，負(fù)極端子和負(fù)極之間的接觸內(nèi)阻大大降低，進(jìn)而提高了鋰離子電容器的性能，當(dāng)采用這種方式時(shí)，可將本發(fā)明的鋰離子電容器的制備方法中的制備負(fù)極的步驟和設(shè)置負(fù)極端子的步驟合并。在另一替代方式中，可以采用上面兩種方式的結(jié)合，即采用激光曲線焊接的方式將負(fù)極端子焊接在裁切后形成的金屬區(qū)域內(nèi)。在設(shè)置負(fù)極端子的步驟中，當(dāng)芯子采用卷繞方式形成時(shí)，每個(gè)負(fù)極可以設(shè)置一個(gè)或一個(gè)以上的負(fù)極端子；當(dāng)芯子采用層疊方式形成時(shí)，每個(gè)負(fù)極可以設(shè)置一個(gè)或一個(gè)以上的負(fù)極端子。在制備芯子的步驟中，按照層疊方式和卷繞方式分開(kāi)說(shuō)明。采用層疊方式時(shí)，層疊的負(fù)極和正極可依據(jù)要求設(shè)置若干層，以形成層疊體，層疊體的最外部(最下部和最上部) 為負(fù)極且在最外部相應(yīng)設(shè)置隔膜，如圖13和圖14所示。采用卷繞方式形成芯子時(shí)，將隔膜設(shè)置在所制備的正極和負(fù)極之間，其中使負(fù)極涂覆層和正極涂覆層相對(duì)向設(shè)置并在投影關(guān)系上使正極涂覆層位于負(fù)極涂覆層內(nèi)，使隔膜的面積大于負(fù)極涂覆層的面積并在投影關(guān)系上使負(fù)極涂覆層位于隔膜內(nèi)，由負(fù)極、隔膜、正極依序疊置形成預(yù)卷繞體、使負(fù)極在預(yù)卷繞體中處于正極之外、并在負(fù)極的外側(cè)再設(shè)置隔膜，然后進(jìn)行卷繞，從而負(fù)極包覆正極而形成芯子。
在制備芯子的步驟中，隔膜由多孔材料制成，用于防止正極和負(fù)極直接接觸而導(dǎo)致鋰離子電容器內(nèi)部短路。在制備芯子的步驟中，因?yàn)榈谝唤饘賲^(qū)和第二金屬區(qū)的存在，所以在將正極1和負(fù)極2無(wú)論是卷繞還是層疊時(shí)，可使正極1的第一金屬區(qū)13和負(fù)極2的第二金屬區(qū)23可定位在芯子的同一端，參照?qǐng)D14所示。在替代實(shí)施例中，正極1的第一金屬區(qū)13和負(fù)極2 的第二金屬區(qū)23定位在芯子的相對(duì)兩端，參照?qǐng)D13所示，從而使正極端子和負(fù)極端子分別定位于芯子的兩側(cè)，便于識(shí)別，且裝配工藝簡(jiǎn)單、方便。在圖13和圖14中，在正極集流體 11的同一表面上沿正極集流體11的涂覆有正極涂覆層12的一側(cè)邊緣與正極集流體11的形成有第一金屬區(qū)13的相對(duì)側(cè)邊緣方向(在此可定義為芯子的縱向)，做出圖13和圖14 所示的剖面。在此需要說(shuō)明的是，在圖13和圖14所示的結(jié)構(gòu)中，主要意圖是說(shuō)明第一金屬區(qū)、第二金屬區(qū)、正極涂覆層、負(fù)極涂覆層、以及隔膜之間的相互位置關(guān)系，從結(jié)構(gòu)上看屬于層疊式鋰離子電容器，但是這并不妨礙采用卷繞式鋰離子電容器。在根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電容器的制備方法中，由于第一金屬區(qū)13和第二金屬區(qū)的上述定位，并鑒于前述正極端子和負(fù)極端子的設(shè)置方式，當(dāng)正極1的第一金屬區(qū)13和負(fù)極2的第二金屬區(qū)23定位在芯子的同一端時(shí)，為了避免短路，所設(shè)置的正極端子和負(fù)極端子優(yōu)選交錯(cuò)設(shè)置，尤其是正極端子由第一金屬區(qū)13裁切形成和負(fù)極端子第二金屬區(qū)23裁切形成時(shí)，更是如此。在根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電容器的制備方法中，當(dāng)設(shè)置的正極端子大于一個(gè)時(shí)，此時(shí)可稱為多個(gè)正極端子；當(dāng)設(shè)置的負(fù)極端子大于一個(gè)時(shí)，此時(shí)可稱為多個(gè)負(fù)極端子。當(dāng)正極 1的第一金屬區(qū)13和負(fù)極2的第二金屬區(qū)23定位在芯子的同一端時(shí)，為避免短路，多個(gè)正極端子和多個(gè)負(fù)極端子優(yōu)選彼此錯(cuò)開(kāi)設(shè)置。在根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電容器的制備方法中，多個(gè)正極端子可連接成一體，多個(gè)負(fù)極端子可連接成一體。多個(gè)正極端子連接成一體的方式可以通過(guò)激光焊接的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)；或者各正極端子開(kāi)設(shè)連接孔(圖未示)，在連接孔內(nèi)穿設(shè)有與該連接孔相適配的連接螺栓(圖未示)，多個(gè)正極端子通過(guò)連接螺栓連接為一體。多個(gè)負(fù)極端子連接成一體的方式可與多個(gè)正極端子連接成一體的方式相同，即多個(gè)負(fù)極端子可通過(guò)激光焊接的方式實(shí)現(xiàn)一體連接；或者各負(fù)極端子開(kāi)設(shè)連接孔(圖未示)，在連接孔內(nèi)穿設(shè)有與該連接孔相適配的連接螺栓(圖未示)，多個(gè)負(fù)極端子通過(guò)連接螺栓連接為一體。無(wú)論是通過(guò)激光焊接還是通過(guò)螺絲和連接孔連接，多個(gè)正極端子/負(fù)極端子之間的連接工藝簡(jiǎn)單、便于操作，且接觸內(nèi)阻較
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電容器，包括電解液，為含有鋰離子化合物的有機(jī)溶液；以及芯子，浸漬有所述電解液； 其中，所述芯子包括正極，所述正極包括正極集流體和形成在所述正極集流體的表面上的正極涂覆層； 負(fù)極，所述負(fù)極包括負(fù)極集流體和形成在所述負(fù)極集流體的表面上的負(fù)極涂覆層，所述負(fù)極涂覆層含有能夠可逆摻雜鋰離子的物質(zhì)，在所述芯子中，所述負(fù)極涂覆層和所述正極涂覆層相對(duì)向設(shè)置；隔膜，設(shè)置在所述正極和所述負(fù)極之間； 其特征在于，所述正極集流體的面積大于所述正極涂覆層的面積，而且所述正極集流體包括在靠近所述正極集流體的邊緣處形成的未涂覆有所述正極涂覆層的第一金屬區(qū)；所述負(fù)極集流體的面積大于所述負(fù)極涂覆層的面積，而且所述負(fù)極集流體包括在靠近所述負(fù)極集流體的邊緣處形成的未涂覆有所述負(fù)極涂覆層的第二金屬區(qū)；所述負(fù)極涂覆層的面積大于所述正極涂覆層的面積，在所述芯子中所述負(fù)極涂覆層的面積覆蓋所述正極涂覆層的面積，而且在所述芯子中所述負(fù)極涂覆層將所述正極涂覆層包含于所述負(fù)極涂覆層內(nèi)側(cè)；所述隔膜的面積大于所述負(fù)極涂覆層的面積，且在所述芯子中所述隔膜的面積覆蓋所述負(fù)極涂覆層的面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電容器，其特征在于，在所述正極中，所述正極涂覆層的一側(cè)邊緣與所述正極集流體的對(duì)應(yīng)一側(cè)邊緣齊平、 而所述正極涂覆層的另一側(cè)邊緣位于所述正極集流體的面積內(nèi)；在所述負(fù)極中，所述負(fù)極涂覆層的一側(cè)邊緣與所述負(fù)極集流體的對(duì)應(yīng)一側(cè)邊緣齊平、 而所述負(fù)極涂覆層的另一側(cè)邊緣位于所述負(fù)極集流體的面積內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述第一金屬區(qū)和所述第二金屬區(qū)分別定位于所述芯子的相對(duì)兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述第一金屬區(qū)和所述第二金屬區(qū)分別定位于所述芯子的同一端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電容器，其特征在于， 所述芯子還包括正極端子，通過(guò)將所述第一金屬區(qū)裁切掉一部分而形成； 負(fù)極端子，通過(guò)將所述第二金屬區(qū)裁切掉一部分而形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電容器，其特征在于， 所述芯子還包括正極端子，焊接于所述第一金屬區(qū)，所述正極端子與所述第一金屬區(qū)之間的焊接為焊接軌跡為曲線的激光焊接；負(fù)極端子，焊接于所述第二金屬區(qū)，所述負(fù)極端子與所述第二金屬區(qū)之間的焊接為焊接軌跡為曲線的激光焊接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述正極端子大于一個(gè)，所述負(fù)極端子大于一個(gè)；各正極端子開(kāi)設(shè)有連接孔，在連接孔內(nèi)穿設(shè)有與該連接孔相適配的連接螺栓，各正極端子通過(guò)連接螺栓連接為一體；各負(fù)極的負(fù)極端子亦對(duì)應(yīng)開(kāi)設(shè)有連接孔，在連接孔內(nèi)穿設(shè)有與該連接孔相適配的連接螺栓，各負(fù)極端子通過(guò)連接螺栓連接為一體。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述第一金屬區(qū)和所述第二金屬區(qū)分別定位于所述芯子的同一端；所述正極端子和所述負(fù)極端子交錯(cuò)設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述正極采用以下加工方式在正極集流體表面且沿正極集流體長(zhǎng)度方向持續(xù)涂覆而在正極集流體表面形成正極涂覆層，所述正極涂覆層的兩側(cè)的正極集流體裸露形成金屬區(qū)，沿所述正極集流體長(zhǎng)度方向的中線裁切形成各正極；所述負(fù)極的加工方式與所述正極加工方式相對(duì)應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電容器，其特征在于，所述正極采用以下加工方式在正極集流體表面間隔涂覆正極漿料形成間隔設(shè)置的正極涂覆層，所述各正極涂覆層之間的正極集流體裸露形成金屬區(qū)，然后，沿各金屬區(qū)的一側(cè)邊裁切形成各正極；所述負(fù)極的加工方式與所述正極加工方式相對(duì)應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鋰離子電容器。所述鋰離子電容器包括電解液以及芯子。芯子包括正極，包括正極集流體和正極涂覆層；負(fù)極，包括負(fù)極集流體和含有能夠可逆摻雜鋰離子的物質(zhì)的且和正極涂覆層相對(duì)向設(shè)置的負(fù)極涂覆層；隔膜，設(shè)置在正極和負(fù)極之間。正極集流體包括在靠近正極集流體的邊緣處形成的未涂覆有正極涂覆層的第一金屬區(qū)；負(fù)極集流體包括在靠近負(fù)極集流體的邊緣處形成的未涂覆有負(fù)極涂覆層的第二金屬區(qū)；在芯子中，負(fù)極涂覆層的面積大于正極涂覆層的面積，負(fù)極涂覆層的面積覆蓋正極涂覆層的面積，負(fù)極涂覆層將正極涂覆層包含于負(fù)極涂覆層內(nèi)側(cè)；在芯子中，隔膜的面積大于負(fù)極涂覆層的面積，隔膜的面積覆蓋負(fù)極涂覆層的面積。
文檔編號(hào)H01G9/04GK102354607SQ201110340489
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者田宏國(guó), 趙方輝, 陳宇澄 申請(qǐng)人:萬(wàn)裕三信電子(東莞)有限公司