[發明專利]具有提高的使用壽命的混合型超級電容器

在審

• 申請號: 201710418715.2
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107633955A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: E.比勒;M.維德邁爾;S.哈恩;T.?？藸?/a>
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/64
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 段菊蘭,周齊宏

現有技術

電能借助電化學能量儲存系統如電化學電容器 (超級電容器) 或電化學一次-或二次電池組的儲存在多年以來是已知的。所述能量儲存系統的區別在于能量儲存作為基礎的原理。

超級電容器通常包括負電極和正電極，它們通過隔膜(Separator)彼此分開。在所述電極之間此外存在離子傳導性的電解質。電能的儲存基于，在超級電容器的電極上施加電壓時在其表面上形成電化學雙層。該雙層由電解質構成的溶劑化的電荷載體而形成，其布置在帶有相反電荷的電極的表面上。在這種類型的能量儲存的情況下不涉及氧化還原反應。因此，超級電容器理論上可以任意多次地充電和由此具有非常高的使用壽命。所述超級電容器的功率密度也高，然而能量密度相比于例如鋰離子電池組較低。

不同地，一次-和二次電池組中的能量儲存通過氧化還原反應進行。在此這些電池組也通常包括負電極和正電極，它們通過隔膜彼此分開。在所述電極之間同樣存在導電性的電解質。在鋰離子電池組（最廣泛使用的二次電池組類型之一）中，能量儲存通過將鋰離子嵌入至電極活性材料中而進行。在電池組單元運行時，即在放電過程中，電子在外部電路中從負電極流向正電極。在電池組單元的內部，鋰離子在放電過程中從負電極遷移到正電極。這里，鋰離子從負電極的活性材料中可逆地脫嵌，這也稱作脫鋰化。在電池組單元的充電過程中，鋰離子從正電極遷移到負電極。這里，鋰離子又嵌入至負電極的活性材料中，這也稱作鋰化。

鋰離子電池組的特征在于，它們具有高的能量密度，即它們可以儲存每質量或體積大量的能量。然而相對地，它們僅具有有限的功率密度和使用壽命。這對于許多應用是不利的，從而使得鋰離子電池組在這些領域中不能或僅能在小的范圍內使用。

混合型超級電容器代表了這些技術的組合，并且適合于填補具有鋰離子電池組技術和超級電容器技術的使用范圍中的缺口。

混合型超級電容器通常同樣具有兩個電極，它們各包含一個集電體(Stromableiter)和通過隔膜而彼此分開。電荷在所述電極之間的傳送通過電解質或電解質組合物而得以確保。所述電極通常包含作為活性材料的傳統的超級電容材料 (下文也稱為靜態電容活性材料) 以及能夠經受與電解質的電荷載體的氧化還原反應并且由此形成嵌入化合物的材料 (下文也稱為電化學氧化還原活性材料)。因此，混合型超級電容器的能量儲存原理在于，電化學雙層的形成以及法拉第鋰-嵌入化合物的形成。由此獲得的能量儲存系統具有高的能量密度，并且同時具有高的功率密度和高的使用壽命。

然而，混合型超級電容器的使用壽命經常由此受到限制，即電極的活性材料由于與電解質組合物的成分或其中任選含有的雜質的反應而改變了其化學組成和性質。在最壞的情況下，這可能導致電極的提前失效。

在現有技術中，電解質添加劑在改進鋰離子電池組用電解質組合物的性能中的用途例如描述在Journal of Power Sources 162 (2006) 1379-1394中。用于從鋰離子電池組用電解質組合物中捕捉水或酸的電解質添加劑公開在，例如，美國專利5,846,673 (1998)、美國專利6,077,628和美國專利6,235,431 中。

本發明的目的在于，提供電化學能量儲存系統，其具有改進的電極使用壽命。該目的通過下文描述的本發明而實現。

發明內容

本發明涉及一種混合型超級電容器，其包含

-至少一個負電極，其包含靜態電容活性材料、電化學氧化還原活性材料或其混合物,

-至少一個正電極，其包含靜態電容活性材料、電化學氧化還原活性材料或其混合物,

-至少一個布置在所述至少一個負電極和所述至少一個正電極之間的隔膜，和

-電解質組合物，

條件是，至少一個電極包含靜態電容活性材料和至少一個電極包含電化學氧化還原活性材料，

其中所述電解質組合物是液態的電解質組合物并且包含至少一種液態的非質子性有機溶劑、至少一種導電鹽以及至少一種用于捕捉質子性雜質的堿性化合物。

本發明的混合型超級電容器包含至少一個正電極和至少一個負電極。所述電極分別包含導電的集電體（也稱為集電極）以及在其上施加的活性材料。所述集電體包含例如銅或鋁作為導電材料。在一個優選的實施方案中，所述電極的集電體由鋁制成。

在負電極上施加負極活性材料。該負極活性材料包含靜態電容活性材料、電化學氧化還原活性材料或其混合物。