[發(fā)明專(zhuān)利]一種高壓固態(tài)鋰離子電容器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710206535.8
• 申請(qǐng)日: 2017-03-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106876146A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海濤;焦玉志;劉奧;宋賢麗;張鎖江
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01G11/06
• 分類(lèi)號(hào): H01G11/06;H01G11/34;H01G11/36;H01G11/48;H01G11/50
• 代理公司: 北京品源專(zhuān)利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟

技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種高壓固態(tài)鋰離子電容器，具體涉及一種具有高能量密度、高功率密度及快速充放電的固態(tài)鋰離子電容器；屬于電化學(xué)能源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電容器(Li-ion Capacitor,簡(jiǎn)稱(chēng)LIC)，也叫電化學(xué)混合電容器、非對(duì)稱(chēng)電化學(xué)電容器，在儲(chǔ)能機(jī)理上它屬于混合型電容器，是一種介于鋰離子電池和雙電層電容器之間的新型儲(chǔ)能裝置，它具有比鋰離子電池更高的功率密度和比雙電層電容器更高的能量密度。鋰離子電容器是指以活性炭等炭質(zhì)材料為正極，嵌鋰化合物材料為負(fù)極，使用鋰離子電池電解液的電化學(xué)混合電容器。鋰離子電容器具有獨(dú)特的高功率密度和高能量密度特性，其對(duì)原材料的要求比較苛刻。電極、集流體、電解液和隔膜的組成和質(zhì)量對(duì)鋰離子電容器的性能有著決定性的影響。

在決定電極材料的性能中，負(fù)極材料是一個(gè)重要的組成部分。近年來(lái)的報(bào)道中，V₂O₅，TiO₂和Li₄Ti₅O₁₅納米負(fù)極材料得到廣泛的研究，由于這些材料的氧化還原反應(yīng)機(jī)理比較緩慢，材料的倍率性能不是很理想。鋰離子嵌入型金屬氧化物因其快速的電荷存儲(chǔ)能力開(kāi)發(fā)與碳材料組裝而成的混合電容器的一種理想選擇。近來(lái)，出現(xiàn)了關(guān)于五氧化二鈮作為鋰離子電池負(fù)極的報(bào)道,五氧化二鈮具有不同的晶型可以用于鋰離子電容器，該材料具有較高的放電比容量(200mA h g^-1)，但由于純的五氧化二鈮的較低導(dǎo)電性(約為3×10^-6S·cm^-1)，將GO與Nb₂O₅材料進(jìn)行復(fù)合，利用兩種材料各自的優(yōu)勢(shì)，可以有效提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能。它們?cè)谀軌蛱峁┐罅侩姾蓛?chǔ)存的同時(shí)，也可以提供較大的操作電壓窗口，正交相五氧化二鈮(T-Nb₂O₅)納米晶呈現(xiàn)快速電容鋰離子存儲(chǔ)。

開(kāi)發(fā)出高穩(wěn)定性、高能量密度的固態(tài)鋰離子電容器仍然是科學(xué)家追求的最終目標(biāo)，而具有高的電導(dǎo)率或空穴傳輸率的固態(tài)電解質(zhì)的開(kāi)發(fā)與研究是關(guān)鍵。離子液體是由單一陽(yáng)離子和陰離子構(gòu)成的、在室溫或接近室溫條件下呈液態(tài)的物質(zhì)，又稱(chēng)為室溫熔融鹽。它具有揮發(fā)性低、不易燃、具有寬的液程和較寬的電化學(xué)窗口、良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性、高熱穩(wěn)定性、以及選擇性溶解力與可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)，使得離子液體近年作為一種新的介質(zhì)在電解質(zhì)材料方面顯示出重要的應(yīng)用前景。將離子液體的優(yōu)異性能與高分子材料相結(jié)合，就可能開(kāi)發(fā)出新型的聚合物電解質(zhì)材料，這類(lèi)電解質(zhì)具備聚合物和離子液體二者的優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有高能量密度、高功率密度及快速充放電等優(yōu)異性能的固態(tài)鋰離子電容器。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種高壓固態(tài)鋰離子電容器，其包括固態(tài)凝膠電解質(zhì)、正極、負(fù)極，正極與負(fù)極均由集流體層和貼覆在集流體層上的電極物質(zhì)層構(gòu)成，正極電極物質(zhì)層中的活性物質(zhì)為雙電層型儲(chǔ)能炭材料，負(fù)極電極物質(zhì)層中的活性物質(zhì)為嵌鋰型儲(chǔ)能材料；

優(yōu)選的，所述固態(tài)鋰離子電容器雙電層型儲(chǔ)能炭材料為活性炭、石墨烯或碳納米管中的至少一種。

優(yōu)選的，所述嵌鋰型儲(chǔ)能材料為制備的T-Nb₂O₅/RGO或T-Nb₂O₅/RGO中的至少一種。

優(yōu)選的，所述正極電極物質(zhì)層包括：80wt％-90wt％的雙電層型儲(chǔ)能炭材料，1wt％-15wt％的導(dǎo)電劑，1.5wt％-10wt％的粘結(jié)劑。

優(yōu)選的，所述負(fù)極電極物質(zhì)層包括：75wt％-95wt％的T-Nb₂O₅/RGO，1wt％-15wt％的導(dǎo)電劑，1.5wt％-10wt％粘結(jié)劑。

優(yōu)選的，構(gòu)成離子液體聚合物凝膠電解質(zhì)的所述可溶鋰鹽為二(三氟甲基)磺酰亞胺鋰(LiTFSI)、六氟磷酸鋰(LiPF₆)或者四氟硼酸鋰(LiBF₆)中的至少一種。

優(yōu)選的，構(gòu)成的離子液體聚合物凝膠電解質(zhì)的致凝膠劑是以聚丙烯睛(PAN)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚環(huán)氧丙烷、聚乙烯吡啶、偏氟乙烯和六氟丙稀的共聚物P(VDF-HFP)中的至少一種。