[發明專利]一種電容電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201711203641.7
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN109841425B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 王崇;陳劍
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/32;H01G11/50;H01G11/64;H01G11/84;H01G11/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及一種電容電池，包括正極、負極，以及置于正負極之間的隔膜和電解液。所述的正極包括正極集流體和涂覆在集流體上的正極材料，正極材料包括正極活性物質、粘結劑和導電劑，其中正極活性物質包括碳和具有氧化還原活性的硫或硫化物的混合物；所述的負極包括負極集流體和涂覆在負極集流體上的負極材料組成，其中負極材料包括負極活性物質、導電劑和粘結劑，其中負極活性物質為硬碳、石墨、硅碳復合物或它們與鋰的混合物中的一種或兩種以上；電解液包含含硫添加劑。上述電容電池在正極和電解液中加入具有氧化還原反應的活性組分，具有比能量高、工作電壓高、功率輸出高、安全性高，同時兼具低成本的優點，此外，還提供了一種電容電池的制備方法。

技術領域：

本發明涉及一種電化學儲能器件，具體涉及一種電容電池及其制備方法

背景技術：

電化學儲能器件在國民經濟中顯示出越來越重要的影響，電化學電容器和鋰離子電池是兩種最具代表性的二次電化學儲能器件，電化學電容器與雙電層電容器相比具有更高的比能量，因此正逐步替代雙電層電容器，電化學電容器具有高的功率輸入/輸出性能、長的循環壽命和優異的低溫性能等優點被廣泛應用于智能電表、電動工具、電動玩具，以及風光力發電、智能電網、軌道交通、重型機械等領域。鋰離子電池屬于一種高能量密度的儲能器件，比能量遠大于電化學電容器，已經廣泛用于移動電子設備、電動工具、電動車等領域。可以說這兩種儲能器件各有優勢，適用于不同的應用領域，隨著科學技術的發展許多用電器需要綜合上述兩種儲能器件性能的儲能器件，但是目前仍沒有一種實用的儲能技術能夠滿足這種要求，而是采用將二者外部并聯的方式進行組合，如電容器-燃料電池混合儲能器件、電容器-鋰離子電池混合動力系統等，這種方法除了增加大量額外成本以外，在控制系統上也是非常復雜，運行效率并不理想。因此急需開發一種兼具電化學電容器和鋰離子電池性能的電容電池或鋰離子電容器。

目前在鋰離子電容器領域，主要采用正極活性炭、負極嵌鋰碳的技術路線(Technical Report Advanced Capacitors World Summit 2006，Fuji Heavy IndustriesLtd.，2006)，以期增加電池的能量密度。Amatucci等提出了AC作為正極，Li₄Ti₅O₁₂為負極的混合型超級電容器，比能量達到20Wh/kg，5000次循環后容量保持85-90％(J ElectrochemSoc,2001,243:982-992)。目前包括日本FDK、JM Energy、TAIYO YUDEN、東芝等企業都進行了相關產品的開發和應用，但是目前市場化以及報道的結果表明鋰離子電容器的比能量小于40Wh/kg。而目前高功率鋰離子電池的比功率也可以達到3000-5000Wh/kg，因此鋰離子電容器的優勢主要是循環壽命，競爭力大大降低。因此需要開發更高比能量的鋰離子電容器或電容電池。

發明內容：

本發明的目的之一是提供一種電容電池。

本發明另一目的是提供一種電容電池的制備方法。

本發明專利的技術方案如下：

一種電容電池，包括正極、負極，以及置于正負極之間的隔膜和電解液。其特征在于所述的正極包括正極集流體和涂覆在集流體上的正極材料，正極材料包括正極活性物質、粘結劑和導電劑，其中正極活性物質包括碳和具有氧化還原活性的硫或硫化物的混合物；所述的負極包括負極集流體和涂覆在負極集流體上的負極材料組成，其中負極材料包括負極活性物質、導電劑和粘結劑，其中負極活性物質為硬碳、石墨、硅碳復合物或它們與鋰的混合物中的一種或兩種以上；所述的電解液包含含硫添加劑；

所述的一種電容電池，碳為活性碳、石墨烯、介孔碳、泡沫碳或它們與金屬氧化物復合物中的一種或兩種以上混合物；

所述的一種電容電池，正極活性物質碳材料的比表面積為300-3000m²/g；

所述的一種電容電池，硫為升華硫、沉降硫或納米硫；