一种金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法与流程

本发明属于锂离子电容器，具体涉及一种金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法。

背景技术：

1、锂离子电容器是一种创新的能源存储设备，它融合了锂离子电池和超级电容器（双电层电容器）的优势，展现出高能量密度、高功率密度和较长的循环寿命等特性。这些特点使得锂离子电容器在汽车启停系统、电网能量回收、风力发电以及太阳能发电等多个领域得到了广泛应用。

2、钛系或铌系金属氧化物，例如钛酸锂、钛铌氧化物、铌酸锂、含锂钛铌氧化物、五氧化二铌和二氧化钛等，作为锂离子电容器的负极材料，因其卓越的循环稳定性、高倍率性能和安全性而受到广泛关注。然而，这些材料在锂离子电容器中使用时可能会遇到膨胀问题，导致性能降低，限制了其在市场上的进一步应用。

3、解决这一问题的主要方法是通过改性金属氧化物原材料、优化电解液以及改进化成老化工艺，以减少膨胀现象并延长电容器的使用寿命。因此，针对钛系或铌系金属氧化物基锂离子电容器的化成老化工艺进行优化，以减少膨胀并提高电容器寿命，具有重要的实际意义。

4、目前，常用的化成老化方法包括小电流充放电和高温老化技术。例如，中国专利cn201710719582.2公开了一种活性炭钛酸锂锂离子电容器的化成方法，该方法通过小电流充放电激活电容器，然后通过大电流多次循环充放电来消耗内部水分和活性炭表面的含氧官能团，最后进行常温老化和减压排气。然而，在化成阶段，电容器可能会产生大量气体，这些气体如果不施加压力，会降低活性材料与集流体的接触性，从而增加极片电阻。尽管这些方法可以减少气体的产生，但可能会导致极片电阻增大，进而影响电容器的使用寿命。

5、其他专利，如cn201711491280.0、cn202110314513.x和cn201710936518.x，提出了使用多级阶梯充电和小电流充电对钛酸锂电池进行化成的方法。这些方法虽然能够改善电容器的性能，但化成时间较长，不利于提高实际生产效率。此外，这些方法主要针对以钛酸锂为负极的锂离子电池，而锂离子电池的工作电流远小于锂离子电容器所需的电流。同时，钛系或铌系金属氧化物负极材料和多孔碳正极材料在锂离子电容器中的化成和循环使用过程中产生的气体量也远高于锂离子电池，因此，不能简单地将锂离子电池的化成老化方法直接应用于锂离子电容器。

技术实现思路

1、为解决现有技术问题，本发明，提供了一种金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，用于针对钛系或铌系金属氧化物负极材料和多孔碳正极材料构建的锂离子电容器在实际使用过程中产气，导致循环寿命不理想的技术问题，提供一种金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，减少基于钛系或铌系金属氧化物负极的锂离子电容器在后续使用过程中的胀气，提高锂离子电容器的循环寿命，推进基于钛系或铌系金属氧化物负极的锂离子电容器的实际应用。本发明的具体技术方案如下：

2、本发明提供了一种金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，所述方法包括s1.在常温下对锂离子电容器施加压力，压力范围为0.1至1 mpa，整个化成老化过程保持加压状态；s2.以第一电流i1对锂离子电容器进行恒流充电至第一电压u1，在第一电压u1下进行恒压充电，充电时间为0.1至1小时，以第一电流i1恒流放电至第二电压u2，重复上述充放电过程2至5次；s3. 以第二电流i2对锂离子电容器进行恒流充电至第三电压u3，以第二电流i2恒流放电至第二电压u2，重复上述充放电过程10至50次；s4.以第一电流i1恒流充电至第三电压u3，在第三电压u3下进行恒压充电，充电时间为0.1至1小时；s5.在保持步骤s1加压状态下，使锂离子电容器在45至60℃进行老化48至120小时；s6.在保持步骤s1加压状态下，使锂离子电容器在常温下进行老化6至12小时；s7.对锂离子电容器进行排气并进行二次封装。

3、优选的，本发明提供的金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，还包括其他技术特征，其中，所述步骤s2和步骤s4中第一电流i1的范围为0.5~3c。

4、优选的，本发明提供的金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，还包括其他技术特征，其中，所述步骤s3中第二电流i2为3~30c。

5、优选的，本发明提供的金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，还包括其他技术特征，其中，第一电压u1和第三电压u3之间的电压差为0.1至0.2 v，第一电压u1比第三电压u3高0.1至0.2 v。

6、优选的，本发明提供的金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，还包括其他技术特征，其中，所述第三电压u3为所述锂离子电容器的额定电压。

7、优选的，本发明提供的金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，还包括其他技术特征，其中，所述第二电压u2的范围为1至1.5 v，且第二电压u2不高于锂离子电容器的工作下限电压。

8、优选的，本发明提供的金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，还包括其他技术特征，其中，所述金属氧化物基锂离子电容器中锂离子电容器的负极活性材料为金属氧化物，所述金属氧化物包含以下一种或几种的组合：钛酸锂、铌酸锂、钛铌氧化物、含锂钛铌氧化物、五氧化二铌和二氧化钛。

9、优选的，本发明提供的金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，还包括其他技术特征，其中，所述金属氧化物基锂离子电容器中锂离子电容器正极活性材料为多孔碳材料，所述的多孔碳材料包括活性炭、介孔碳、碳纳米管、洋葱碳、碳气凝胶、活性炭纤维、骨架炭或石墨烯的一种或几种的组合。

10、本发明相较于现有技术，具有如下更优的技术效果：

11、本发明通过一系列精细化的充放电过程，优化了锂离子电容器的性能和稳定性。首先，在略高于电容器额定电压的条件下，使用小电流进行充放电，这一步骤有助于消耗电容器内部的水分和不稳定的化学官能团，并在电极界面形成一层保护膜。接着，通过在额定电压下使用大电流进行充放电，有效抑制了在高倍率充放电条件下可能发生的副反应。最后，将电容器充电至满电状态，并在高温高压的条件下进行老化处理，促使电容器内部的副反应充分进行，进一步稳定电极界面。这种化成老化方法显著降低了基于钛系或铌系金属氧化物负极材料的锂离子电容器在使用过程中发生副反应的可能性，减少了气体的产生，从而延长了电容器的循环寿命。此外，该方法操作简单，易于实施，有助于推动本发明的技术方案投入实际生产运用。

技术特征：

1.一种金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，其特征在于所述方法包括

2.如权利要求1所述的一种金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，其特征在于所述步骤s2和步骤s4中第一电流i1的范围为0.5~3c。

3.如权利要求1所述的一种金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，其特征在于所述步骤s3中第二电流i2为3~30c。

4.如权利要求1所述的一种金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，其特征在于第一电压u1和第三电压u3之间的电压差为0.1至0.2 v，第一电压u1比第三电压u3高0.1至0.2v。

5.如权利要求1或4所述的一种金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，其特征在于所述第三电压u3为所述锂离子电容器的额定电压。

6.如权利要求1所述的一种金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，其特征在于所述第二电压u2的范围为1至1.5 v，且第二电压u2不高于锂离子电容器的工作下限电压。

7.如权利要求1所述的一种金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，其特征在于所述金属氧化物基锂离子电容器中锂离子电容器的负极活性材料为金属氧化物，所述金属氧化物包含以下一种或几种的组合：钛酸锂、铌酸锂、钛铌氧化物、含锂钛铌氧化物、五氧化二铌和二氧化钛。

8.如权利要求1所述的一种金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，其特征在于所述金属氧化物基锂离子电容器中锂离子电容器正极活性材料为多孔碳材料，所述的多孔碳材料包括活性炭、介孔碳、碳纳米管、洋葱碳、碳气凝胶、活性炭纤维、骨架炭或石墨烯的一种或几种的组合。

技术总结
本发明涉及一种金属氧化物基锂离子电容器化成老化方法，包括S1在常温下对锂离子电容器施加压力；S2以第一电流I1对电容器进行恒流充电至第一电压U1，在第一电压U1下进行恒压充电，以第一电流I1恒流放电至第二电压U2，重复上述过程；S3以第二电流I2对锂离子电容器进行恒流充电至第三电压U3，以第二电流I2恒流放电至第二电压U2，重复上述过程；S4以第一电流I1恒流充电至第三电压U3，在第三电压U3下进行恒压充电；S5在s1加压状态下，在45至60℃进行老化48至120小时；S6在s1加压状态下，在常温下进行老化6至12小时；S7排气并二次封装。本发明优点在于：优化了锂离子电容器的性能和稳定性。

技术研发人员：杨重阳,梁鹏程,范羚羚,薛鑫,安仲勋,夏恒恒
受保护的技术使用者：上海奥威科技开发有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/23