[發明專利]一種混合電化學電容器及其制造方法

有效

• 申請號: 200710017048.3
• 申請日: 2007-08-29
• 公開（公告）號: CN101165827A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發明（設計）人: 李青海;吳曲勇;高影
• 申請（專利權）人: 李青海;高影
• 主分類號: H01G9/00
• 分類號: H01G9/00;H01G9/04;H01G9/042;H01G9/035;H01M10/00;H01M4/02;H01M10/40;H01M14/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種混合超級電容器及其制造方法，尤其涉及一種正極活性物質是鋰的過渡金屬化合物，負極活性物質為多孔活性碳，電解液為非水鋰鹽溶液組成的混合超級電容器及其制造方法。

背景技術

超級電容器是近年來出現的一種介于傳統電容器和二次電池之間的新型環保儲能器件，它在保留傳統電容器功率密度大的特點的同時，其靜電容量可達法拉級甚至數千法拉，因此還有能量密度較高的特點，同時超級電容器還具有充放電速度快、充放電效率高、壽命長、安全性好、環境友好等優點，是一種新型、實用、高效的儲能器件。

超級電容器按照儲能原理不同，可以分為兩類：

(1)界面雙電層原理。固體電極浸在電解質溶液中，當施加低于溶液的分解電壓時，在固體電極與電解質溶液的不同兩相間電荷會在極短距離內分布、排列，從而形成緊密的電雙層(Electric?Double?Layer)。能量以電荷或濃縮的電子存儲在電極材料的表面，充電時電子通過外電源從正極傳到負極，同時電解質本體中的正負離子分開并移動至電極表面；放電時電子通過負載從負極移至正極，正負離子則從電極表面釋放并移動返回電解質本體中。從1954年Beck申請活性炭做電極材料的雙電層電容器專利至今，對碳基超級電容器電極材料的研究已進行了40多年，技術已趨于成熟，主要集中在制備具有較高比表面積和較小內阻的多孔碳材料和對碳基材料進行改性研究等方面。經研究可滿足要求的碳基材料主要有：活性炭、碳黑、納米碳纖維、碳氣凝膠、碳納米管、玻璃碳、網絡結構活性炭以及某些有機物的炭化產物等。

(2)贗電容原理。在電極表面或體相中的二維或準二維空間上電活性物質進行欠電位沉積發生高度可逆的化學吸附脫附或氧化還原反應產生與電極充電電位有關的電容。電極材料包括過渡金屬氧化物和導電高分子材料。

由此，可以制成三種類型的超級電容器。(1)兩個電極均為界面雙電層層原理的超級電容器稱為雙電層電容器；(2)兩個電極均為贗電容原理的電化學電容器稱為贗電容器；(3)一個電極為界面雙電層原理，另一個電極為贗電容原理的超級電容器稱為混合電容器。本發明就屬于這種混合電容器。

在電極面積相同的情況下贗電容器和混合電容器的比電容可以是雙電層電容器的10～50倍?，F在已經成為研究的熱點。

電化學電容器在很多領域都有廣闊的應用前景：

(1)后備電源。目前超級電容器應用最廣的部分是電子產品領域，主要是充當CMOS(互補金屬氧化物半導體)保護、計時器、鐘表、錄像機、移動電話等的后備電源。

(2)替換電源。例如白晝-黑夜的轉換，白天太陽能提供電源并對電化學電容器充電，晚上則由超級電容器提供電源。典型的應用有：太陽能手表、太陽能燈、路標燈、公共汽車停車站時間表燈、汽車停放計費燈和交通信號燈等。

(3)主電源。通過一個或幾個超級電容器釋放持續幾毫秒到幾分鐘的大電流，放電之后，超級電容器再由低功率的電源充電。典型應用包括電動玩具，航空模型等。

(4)功率輔助電源。與蓄電池并聯使用，超級電容器提供功率輔助，平衡電源體系的脈沖功率。目前已應用于數碼相機、數碼攝像機、太陽能電池設備和燃料電池設備等。特別是在電動汽車上的應用，給超級電容器的發展提供了廣闊的空間。例如在汽車啟動、加速、爬坡時提供高功率，以保護蓄電池，在剎車時回收儲存多余能量。

申請號為200510020331.2、發明名稱為“一種復合氧化物電極材料及其制備方法和混合型超級電容器”的專利申請，公開了一種復合氧化物電極材料及其制備方法和電極及混合型超級電容器。所述的復合氧化物電極材料是指以鋰、鈦(原子個數比約為2∶3)為主要金屬元素的復合氧化物Li₂Ti₃O₇。本發明合成出的復合氧化物電極材料具有140mAh/g的比容量。復合氧化物Li₂Ti₃O₇的品格為正斜方結構，能提供一定量的陽離子空位，適合于作為一種電極應用在混合型超級電容器當中。使用該種復合氧化物電極材料的混合型電化學電容器具有高比容量和優良的循環性能，表現出較好的倍率放電特性，適合于用作大功率用電設備的電源部分。