[發明專利]一種優化Water-in-salt型超級電容器的制作方法

在審

• 申請號: 202010529809.9
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111799100A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 于暢;楊樂;邱介山;余金河;郭威;王釗;謝遠洋;付蓉;李少鋒
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/84;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/68
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 王樹本;徐雪蓮

本發明屬于新能源和化學工程技術領域，一種優化Water?in?salt型超級電容器的制作方法，包括以下步驟(1)、將商用活性炭材料洗滌干燥；(2)、將碳材料粉末與電解質混合，加入去離子水攪拌和超聲使其混合均勻，制成漿料；(3)將漿料涂敷或壓制在集流體上，蒸干去離子水制得工作電極，并裁剪成圓形電極片；(4)、在電極正極和電極負極上分別滴加去離子水，再利用鋰離子電池殼按照電極正極、隔膜、電極負極的順序安裝在一起并加以密封，組裝成超級電容器。本發明方法操作過程簡單，設備成本低，而且原料易得，采用該方法組裝的超級電容器具有電化學操作電壓窗口寬、壓降小、比電容高及倍率性能好等優點。

技術領域

本發明涉及一種優化Water-in-salt型超級電容器的制作方法，屬于新能源和化學工程技術領域。

背景技術

超級電容器由于充放電響應速度快、穩定性好和功率密度高等特征，被譽為一類“明星”級的新型儲能器件。不過，低的能量密度是目前限制其發展和應用的最大瓶頸之一。例如，基于碳材料構筑的雙電層超級電容器的功率密度是電池的10-100倍，但是，能量密度僅是電池的5-10％。因此，提高碳基雙電層超級電容器的能量密度是拓寬其應用的關鍵。由能量密度公式(E＝0.5CV²)可知，拓寬其電化學操作電壓窗口是提高其能量密度的工作有效技術手段，相應成為學術界和工業界的研究熱點和難點課題之一。

Water-in-salt型電解液作為一種新型電解液，備受關注。它能夠將超級電容器的操作電壓窗口提高到3V左右，并可以保證器件在安全、穩定的環境下進行充放電。不過，water-in-salt型電解液雖然具有寬的穩定電化學窗口，但是其存在著電導率低、粘度大、易從電解液中析出等問題。此外，基于該類電解液組裝的碳基雙電層超級電容器，其倍率性能差、壓降大、阻抗大、工藝過程難于控制、重復性差，嚴重限制了其進一步應用。從而，優化water-in-salt超級電容器的組裝工藝至關重要，相關工作將有助于全面推動該體系的商業化進程。現有超級電容器的組裝工藝步驟如下：1、將粉體活性物質、粉體導電劑和粉體粘結劑添加到混合機中進行第一步混料并形成漿料。2、將漿料涂覆于鋁箔或泡沫鎳等集流體上，烘干制成碳基電極。3、碳基電極與分隔件片材(隔膜)交錯地纏繞或堆疊以制成棱柱形電極組件。4、將該電極組件插入封裝物中并填充已配置好的電解液。5、密封并靜置組裝成超級電容器。不過，由于water-in-salt型電解液電解質濃度極高,在組裝和運行超級電容器時電解質易析出，傳統的組裝工藝過程不適合用于器件的組裝。此外，傳統配置電解液和漿料的工藝分兩步進行，最終導致工藝過程復雜繁瑣、耗時長，且電解液與工作電極接觸較差，電解液離子在電極內部的擴散速率慢、電阻大等問題。因此，優化water-in-salt型超級電容器的組裝工藝，將有望提高器件的電化學性能，具有重要的研究價值和實際意義。

發明內容

為了克服現有技術中存在的不足，本發明目的是提供一種優化Water-in-salt型超級電容器的制作方法。利用該制作方法制作的超級電容器具有工藝簡單、操作安全的特性，并且還具有操作電壓窗口寬、阻抗小、倍率性能好等優點。除此而外，該組裝方法原料易得、成本低廉，生產過程綠色環保。

為了實現上述發明目的，解決現有技術存在的問題，本發明采取的技術方案是：一種優化Water-in-salt型超級電容器的制作方法，包括以下步驟：

步驟1、采用去離子水將500～800mg商用化活性炭多次清洗除去塵土雜質，然后置于80～120℃鼓風干燥箱中干燥24～48h；

步驟2、稱取步驟1得到的商用化活性炭5～50mg，電解質5～200mg，溶解在30～100mL去離子水中混料攪拌4～8h，然后超聲5～20min使其混合均勻，制成漿料，所述電解質選自硫酸鋰、硫酸鉀或硫酸鈉中的一種；