[發明專利]用于三伏超級電容器的電解質

在審

• 申請號: 201380052534.2
• 申請日: 2013-10-07
• 公開（公告）號: CN104769692A
• 公開（公告）日: 2015-07-08
• 發明（設計）人: 普里亞·本達萊;波爾特·米切爾;杰弗里·納爾遜;席小梅;羅伯特·克勞福德;道·施埃弗爾
• 申請（專利權）人: 麥克斯威科技公司
• 主分類號: H01G11/78
• 分類號: H01G11/78;H01G11/28;H01G11/34;H01G11/38;H01G11/62;H01G11/82;H01G11/68;H01G11/84;H01G11/24;H01G11/32;H01G11/14
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 康泉;王珍仙

技術領域

本發明通常涉及電能存儲裝置，且更具體地說，涉及用于電能存儲裝置如雙層電容器的電解質的設計。

背景技術

電能蓄電池廣泛用于向電子、電動機械、電化學及其它有用的裝置提供電力。這類電池包括一次化學電池、二次(可充電)電池、燃料電池以及各種類型的電容器，包括超級電容器。電能蓄電池的一些特征包括能量密度、功率密度、充電率、內部泄漏電流、等效串聯電阻(ESR)以及經受多個充電-放電循環的能力。出于許多原因，可存儲相對大量電荷的電容器被稱為超級電容器(supercapacitor/ultracapacitor)，其在各種電能蓄電池中已經異軍突起。

超級電容器的工作電壓的增加可提供提高的能量存儲和功率容量。然而，電容器的各種組件當經受電壓提高的工作條件時可展現不穩定性。舉例來說，在電容器的一個或多個組件中的不穩定性可能促使電容器性能的惡化，包括但不限于過度的電容衰減和在循環操作或DC壽命(也稱為日歷壽命)中的等效串聯電阻(ESR)增加、自放電、假電容和/或氣體形成。

發明內容

在一些實施方式中，所述外殼組件包括暴露于電解質的內表面和外表面，并且其中保護涂層沿著所述內表面的至少一部分施加。保護涂層可包含聚合物材料或導電材料。聚合物材料可包括以下的至少一種：聚環氧化物、聚烯烴、聚乙烯、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚氨酯、乙烯-丙烯橡膠、聚(對亞二甲苯基)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、氟化乙烯-丙烯、和/或其共聚物。導電材料可包括導電碳，包括石墨。

在一些實施方式中，電解質包含季銨鹽。所述鹽可包括選自由以下組成的組的陽離子：三乙基甲基銨、螺-(1,1')-雙吡咯烷鎓鹽和四乙基銨。所述季銨鹽可包括選自由以下組成的組的陰離子：四氟硼酸鹽和碘化物。電解質可包括乙腈。在一些實施方式中，電解質的鹽濃度可在約0.7摩爾/L(M)與約1.0M之間。在一些實施方式中，電解質的鹽濃度可為約0.8M。

電解質鹽的陽離子可包括對稱的陽離子，包括例如三乙基甲基銨。在一些實施方式中，電解質鹽的陽離子可包括不對稱的陽離子，包括例如三乙基甲基銨。在一些實施方式中，電解質鹽可包括螺環化合物，包括對稱和不對稱的螺環化合物。例如，電解質可包括N-螺雙環化合物，包括具有5元環狀環的對稱的N-螺雙環化合物。在一些實施方式中，電解質可包括不對稱的螺環化合物，包括具有尺寸不等的環結構的不對稱的螺環化合物。對稱的螺環化合物可包括螺-(1,1')-雙吡咯烷鎓四氟硼酸鹽(spiro-(1,1')-bipyrrolidinium?tetrafluoroborate)。

在一些實施方式中，隔板包括膜，所述膜包括紙。在一些實施方式中，隔板包括膜，所述膜包括纖維素。在一些實施方式中，隔板包括膜，所述膜包括纖維素纖維。

在一些實施方式中，正電極或負電極包括集電器和碳基材料中的至少一種。碳基材料可包括活性炭、炭黑及粘合劑樹脂中的至少一種。

在一些實施方式中，正電極或負電極包括優化以用于其中的離子遷移的大孔率、中孔率和微孔率。

在一些實施方式中，正電極包括大于負電極的第二厚度的第一厚度。第一厚度可大于第二厚度約10％。第一厚度可大于第二厚度約20％。

在一些實施方式中，電容器包括在正電極與電解質之間的界面處形成的第一子電容器；在負電極與電解質之間的界面處形成的第二子電容器；以及通過以下操作選出的第一和第二厚度：確定第一子電容器的正電壓極限和第二子電容器的負電壓極限；將正電壓極限除以負電壓極限以獲得第二子電容器與第一子電容器的第一比率；并且設定正電極層與負電極層的相對厚度以使得第二子電容器的電容基本上等于第一比率與第一子電容器的電容的乘積。

在一些實施方式中，碳基材料包括處理過的碳材料，其具有減少數目的留在處理過的碳材料上的官能團。處理過的碳材料可在至少300℃的溫度下暴露于反應氣體和微波能以減少留在處理過的碳材料上的官能團數目。處理過的碳材料的官能團可減少約50％。處理過的碳材料的官能團可減少約80％。在一些實施方式中，反應氣體包括氫氣和氮氣。在一些實施方式中，反應氣體包括氟。

在一些實施方式中，用于電化學雙層電容器的隔板膜包括纖維素纖維。