[發明專利]一種鋅離子混合超級電容器

有效

• 申請號: 201310520779.5
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103560019A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 榮常如;韓金磊;張克金;陳書禮;魏曉川
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: H01G11/46
• 分類號: H01G11/46
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王薇

技術領域

本發明涉及一種鋅離子混合超級電容器，屬于電池和超級電容器。

背景技術

超級電容器是一種介于電池與普通電容之間的儲能器件，具有比功率高，循環壽命長，大電流充放電，環境友好，安全及免維護的優點，在電子信息、儀器儀表、航空航天、交通運輸等領域具有廣闊的應用前景。超級電容器按照儲能機理可以分為雙電層電容器和電化學電容器，雙電層電容器依靠正負極的碳材料可逆吸附離子進行儲能，電化學電容器除了具有雙電層儲能外，還存在氧化還原反應，產生部分贗電容，比能量大幅提高。

近年來，將功率特性、能量特性明顯的的超級電容器與其它類型的動力電池匹配復合電源使用，在滿足節能及新能源汽車的使用要求的同時，可以大大提高電池的效率，延長使用壽命。例如，將鋰離子電池與超級電容器組成復合電源，超級電容器可以在啟動、加速、爬坡等大功率輸出工況工作，鋰離子電池提供汽車的續駛里程所需動力，二者的組合，提高了汽車的動力性能，延長了電池的使用壽命。

不同類型的動力電池與超級電容器的組合啟發人們進行動力電池的內部結合研究，將某一種動力電池的特征元素與另外一種動力電池的特征元素，通過體系的優化設計，在同一單體內融合，可以使其兼具兩種動力電源的特征，既有鎳氫電池與超級電容器的組合，例如，1997年俄羅斯的ESMA公司將水系AC/Ni(OH)₂超級電容器成功用于汽車動力系統，為電池與超級電容器混合儲能器件的快速發展奠定了基礎。申請號200810111891.2的中國專利介紹了一種摻入碳納米管和羰基鎳的氫氧化亞鎳正極，與電鍍鎳處理過的碳纖維組成的超級電容器，最大儲能密度達到20Wh/kg。申請號201010265362.5的中國專利介紹了一種用于超級電容器的納米氧化鎳復合電極及其制備方法，在粉末狀納米氧化鎳材料中摻入一定量金屬元素制成復合材料，電極比容量高，成本低。

也有鋰離子電池與超級電容器的融合，例如，日本的JM?Energy、旭化成、NEC-TOKIN、ACT、帝客、FDK、太陽誘電、日立化成等研究開發鋰離子電容器，部分已經實現商品化，日本富士重工業株式會社（公開號US2009/0197171?A1，US2010/0142121?A1，US2010/0128415?A1，US7,733,629?B2，申請號200580004509.2，申請號200580001498.2，申請號200680032109.7，申請號200680038604.9，申請號200680042376.2，申請號200680046167.5，申請號200680049541.7，申請號200710145884.X）有計劃將鋰離子電容器應用于斯巴魯汽車。申請號為200410093962.?2的中國專利報道了一種高電壓超級電容器，申請號200810046091.7的中國專利報道了一種含有C、Fe和P元素的高電位超級電容器電極材料，申請號201010280801.X的中國專利報道了一種磷酸鐵鋰負載在活性炭作為正極活性物質，申請號200710035051.8的中國專利報道了一種采用鋰離子電池正極材料與超級電容器電極材料的混合物作為正極活性物質，申請號200710035205.3的中國專利報道了一種超級電容電池，正極活性電極材料采用鋰離子嵌入化合物和多孔炭材料的混合物，負極活性電極材料采用多孔炭材料和石墨類材料的混合物，申請號為200810031490.6的中國專利報道了一種兼具超級電容器與鋰離子電池特征的新型儲能器件及其制造方法，申請號201010592947.8的中國專利報道了一種新型水系有機系混合型鋰離子電池。對于液流體系，亦有很多研究。公開號為CN?1866427?A的中國專利報道了一種基于液相中的電化學活性物質的超級電容器。

除了對儲能器件的結構進行研究外，人們對關鍵儲能材料進行了開發研究。電極材料作為超級電容器的核心部分，直接影響到超級電容器的性能。常用的電極材料一般要求為：優越的循環壽命；較高的穩定性；對可能發生在電極表面的電化學反應阻力??；高比表面積；適當的孔徑和孔徑分布；保證電解液在孔道中的流通；良好的潤濕性；有利于形成電極溶液界面；最小的歐姆內阻；易于加工。碳材料是目前應用最廣，效率最高的超級電容器儲能材料，但由于其依靠多孔材料的吸附聚集離子儲能，能量密度較低。近年來，金屬氧化物、含鋰化合物、導電聚合物等相繼被用作超級電容器材料，用以提高器件的能量密度。