[發明專利]一種高工作電壓超級電容器及其制造方法

無效

• 申請號: 200810015840.X
• 申請日: 2008-04-24
• 公開（公告）號: CN101261899A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 李青海;吳曲勇
• 申請（專利權）人: 李青海;高影
• 主分類號: H01G9/022
• 分類號: H01G9/022;H01G9/035;H01G9/038;H01G9/042;H01G9/058;H01G9/04;H01G9/02;H01G13/00;H01M10/00;H01M14/00
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技術領域

本發明涉及一種超級電容器及其制造方法，尤其涉及一種包含高工作電壓電解液的高工作電壓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。

超級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。

目前市場上的超級電容器產品一般標稱電壓是2.3V，2.5V和2.7V，沒有超過3.3V的，其超級電容器灌注的電解液為烷基季胺鹽(例如四氟硼酸四乙基銨)，其電化學窗口為4.0V～4.6V。因此目前市場上的超級電容器產品不適合作為記憶電源。

(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超級電容器充電，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。

發明內容

本發明的目的是要解決超級電容器工作電壓過低的缺點，提供一種高工作電壓(3.0V～3.5V)、高能量密度和好的循環性能的超級電容器。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種高工作電壓超級電容器，包括：正極極化電極、負極極化電極、多孔隔離膜和電解液；正極極化電極包括正極活性物質、粘結劑、導電劑；負極極化電極包括負極活性物質、粘結劑、導電劑；其特征是：所述的電解液為高工作電壓電解液，其高工作電壓電解液的電解液鹽化學通式如下：

其中，正離子是季磷鹽，由兩個閉合圓環基團組成；兩個圓環基團可以是三元環，四元環，五元環或六元環；兩個圓環基團可以是相同基團，也可以是不同基團；X^-是BF₄^-，ClO₄^-，PF₆^-；

電解液溶劑可以是碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)環狀酯、碳酸二甲酯(DMC)，碳酸二乙酯(DEC)鏈狀酯，乙腈(AN)、丁內酯(GBL)的一種或者它們的混合溶劑；

電解液濃度為0.5～5.0摩爾/升；

上述電解液具有4.6V以上的電化學窗口。

根據所述的高工作電壓超級電容器，其特征是：所述的電解液的濃度為1.0～2.0摩爾/升。