[發明專利]一種用于全固態電儲能器件的電子儲存材料

有效

• 申請號: 201210395558.5
• 申請日: 2012-10-18
• 公開（公告）號: CN102915835A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 葉鋼;何敏;汪前東;李蘭;劉必前
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所;劉必前
• 主分類號: H01G4/00
• 分類號: H01G4/00;H01G4/002
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

發明領域

本發明涉及一種電子儲存材料，特別是公開一種用于全固態電儲能器件的電子儲存材料。

背景技術

能源問題是世界各國在發展過程中無法回避的問題。為了解決能源瓶頸，各國都制定了能源科技發展戰略，大力開發新型儲能設備，充分利用現有能源。傳統的儲能材料如電池和電容器在儲能領域發揮了重要的作用。但是電池的能量密度高而其功率密度較低，這主要是由于電池要通過電化學反應才能產生電荷并進行電能的存儲，因此，電池的充電或放電需要一定的時間，導致其功率密度較低。近年來，鋰離子電池的研究十分廣泛并已經進入商業化階段。然而，鋰離子電池在充電過程中容易發生短路、過充等現象，從而導致爆炸，并且容量會緩慢衰退，使其性能下降。另一方面，電容器具有較高的輸出功率密度，即放電過程能在很短的時間內完成；但是其能量密度較低，導致放電持續時間短。超級電容器是近年來發展起來的一種介于傳統電容器和二次電池之間的新型儲能器件。它保留了傳統電容器功率密度大，充放電速度快，放電效率高，壽命長的特點，同時其能量密度也大幅提高，是一種新型、實用、高效的儲能器件。但是，超級電容的能量密度仍遠小于鋰電池，這限制了超級電容器在儲能領域的應用。同時，由于仍然使用液態電解質，這種電容器同樣存在電解質滲漏等安全隱患。因此，開發一種既有較高的能量密度，又具有大的功率密度的儲能器件對于儲能具有重要的意義，有助于提高能源的利用效率。

專利201210276840.9一種新型全固態電儲能器件，該器件是由電極、正電荷存儲材料、絕緣材料、電子存儲材料、電極五層呈三明治夾心結構組成。具有充電時間短、功率密度高、充電循環壽命長、能量密度大、安全性能好等優點。

在全固態電儲能器件中，電子儲存材料用于儲存電子。所以應具有電子傳輸速率快；與電極材料匹配度好，易于電子注入；電場遷移率對電場依賴度小等特點。同時由于電子儲存材料在應用中不可避免的會產生熱效應，所以其必須有較高的玻璃化溫度(T_g)和熔點(T_m)。

發明內容

本發明針對全固態電儲能器件在電子儲存材料方面的要求，提供一種具有高電子傳輸速率，電子遷移率對電場依賴度小，電子易于注入等特點，同時具有較高的玻璃化溫度和熔點的電子儲存材料。

本發明的一種用于全固態電儲能器件的電子儲存材料主要是由稠環芳烴衍生物中的一種或幾種組合而成。

所述的稠環芳烴，為含兩個或兩個以上苯環的碳氫化合物，優選2～5個苯環，具有對稱結構的大共軛稠環芳烴，如萘

蒽芘苝等。

所述的稠環芳烴上的取代基R_n(n＝1～12)是氫原子及各種取代基，優選具有吸電子能力的基團，如氧原子、硫原子、氟原子、氯原子、溴原子、硝基、亞硝基、羧基、酰胺基、酰亞胺基、氰基、鹵代烴基、噻基等。

本發明的一種用于全固態電儲能器件的電子儲存材料優點是：

(1)材料的還原電勢低，有利于電子注入，降低充電電壓；

(2)電子遷移速率高，有助于快速充電與穩定放電；

(3)材料玻璃化溫度高，避免了因放電過程中發熱引起的材料破壞。

具體實施方式

實施例1

采用真空蒸鍍技術在金屬鋁表面制備一層面積為10×10cm²，厚度為1μm的N，N’-二(十五氟代辛烷基)1，2，5，6萘四羧基二酰亞胺，然后在N，N’-二(十五氟代辛烷基)1，2，5，6萘四羧基二酰亞胺層表面旋涂一層厚度為5μm的聚酰亞胺。最后在聚酰亞胺表面旋涂一層厚度為400nm的聚乙烯咔唑聚合物。干燥固化后，在聚合物表面真空蒸鍍一層100nm后的金屬鋁，在抽真空條件下完成封裝，得到全固態電儲能器件。測試表明，該全固態電儲能器件在120s內完成充電，能量密度為440Wh/kg，功率密度為8.5kW/kg。

實施例2

采用氣相沉積技術在金屬鋁表面依次蒸鍍面積為10×10cm²，厚度為500nm的2，6-二噻蒽，厚度為5μm的聚酰亞胺。然后在表面旋涂一層厚度為400nm的聚乙烯咔唑聚合物。干燥固化后，在聚合物表面真空蒸鍍一層厚度為100nm的金屬鋁，在抽真空條件下完成封裝，得到全固態電儲能器件。測試表明，該全固態電儲能器件在80s內完成充電，能量密度為512Wh/kg，功率密度為9.3kW/kg。

實施例3

配置1∶1的苝四羧酸丁基酯和苝四羧酸己基酯的氯仿溶液，濃度為0.001mol/l，將其以300轉的轉速旋涂在金屬鋁表面，待溶劑揮發后得到一層面積為10×10cm²，厚度為300nm的苝四羧酸丁基酯和苝四羧酸己基酯混合層，然后在苝四羧酸酯層表面旋涂一層厚度為5μm的聚酰亞胺。最后在聚二甲基硅氧烷層表面旋涂一層厚度為150nm的聚乙烯咔唑聚合物。干燥固化后，在聚合物表面真空蒸鍍一層100nm厚的金屬鋁，在抽真空條件下完成封裝，得到全固態電儲能器件。測試表明，該全固態電儲能器件在100s內完成充電，能量密度為462Wh/kg，功率密度為8.7kW/kg。