[發明專利]一種非對稱的高電壓超級電容器

在審

• 申請號: 202011084866.7
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112490015A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 曹娜;李浩;李祥元;盧海;白鋒;車景鋒
• 申請（專利權）人: 西安合容新能源科技有限公司
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/32;H01G11/34;H01G11/62;H01G11/64
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 弓長

本發明公開了一種非對稱的高電壓超級電容器，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，正極包括正極集流體和涂覆在集流體上的正極材料，負極包括負極集流體和涂覆在集流體上的負極材料，正極材料和負極材料按照質量百分比由以下原料組分構成：活性碳物質83?87％，導電劑7?11％，粘結劑4?8％，以上各原料含量的總和應為100％，其中正極材料中的活性碳物質質量大于負極材料中的活性碳物質質量，電解液為耐高壓電解液，耐高壓電解液包括溶質、溶劑和高壓穩定劑。

技術領域

本發明屬于超級電容器領域，涉及一種非對稱的高電壓超級電容器。

背景技術

超級電容器具有功率密度高，充放電速度快，充放電效率高，工作溫度范圍寬，循環壽命長，環境友好等優點，在電動汽車、智能電網等領域都有廣泛的應用前景。但是其面臨的最大挑戰就是能量密度偏低，由于超級電容器的能量密度與電壓成平方關系，為此，超級電容廠商均在提高超級電容單體電壓方面做了很多研究。

提高超級電容器工作電壓的途徑為：(1)開發新的電解液及電極材料；(2)改進超級電容器的結構。在對稱超容中，即正負極活性物質質量相同，基于電量平衡原理：Q₊＝Q_-即m₊C₊V₊＝m_-C_-V_-(m為活性物質質量，C為比電容，V為電極材料可穩定工作的最大電壓)。如果正負極比電容不一致，勢必正負極電位分布不均衡，更高電位會落到低比電容一極，此時可能超出理論限制，引起電解液分解。而高比電容一極可能還未到達理論限制。這使得電解液的寬電位窗口并未得到充分利用，超容的工作電壓也就沒有提升上去。因此，可通過調整正負極質量比m₊/m_-(改變正負極面密度/涂覆厚度)，使得V₊和V_-都能剛好落到理論限制范圍內，從而提高超級電容器的工作電壓。

同時，離子液體具有高的電化學和化學穩定性、較寬的使用溫度范圍等優點，將其作為超級電容器電解液，電位窗口往往可達到3.5V以上，但是單獨使用離子液體存在黏度高、電導率低、價格昂貴等缺點，這限制了其在商品化超級電容器中的應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種非對稱的高電壓超級電容器，具有工作電壓高、能量密度大、功率密度大、溫度適應性寬和安全性良好的特點。

本發明所采用的技術方案是，一種非對稱的高電壓超級電容器，包括正極、負極，以及置于正負極之間的隔膜和電解液，正極包括正極集流體和涂覆在集流體上的正極材料，負極包括負極集流體和涂覆在集流體上的負極材料，正極材料和負極材料按照質量百分比由以下原料組分構成：活性碳物質83-87％，導電劑7-11％，粘結劑4-8％，以上各原料含量的總和應為100％，其中正極材料中的活性碳物質質量大于負極材料中的活性碳物質質量，電解液為耐高壓電解液，耐高壓電解液包括溶質、溶劑和高壓穩定劑。

本發明的特點還在于：

活性碳物質為焦炭、硬炭、椰殼炭中的一種或兩種以上，導電劑為超級導電炭黑SUP-P、導電石墨、乙炔黑、碳納米管、石墨烯中的一種或兩種以上，粘結劑為羧甲基纖維素鈉CMC、丁苯橡膠SBR，聚四氟乙烯PTFE，聚乙烯醇PVA，聚偏氟乙烯PVDF，水性膠，聚丙烯酸中的一種或兩種以上。

正極材料中的活性碳物質質量與負極材料中的活性碳物質質量比為1.0～3.0。

耐高壓電解液中的溶質為季銨鹽、季磷鹽、離子液體中的一種或兩種以上，季銨鹽和季磷鹽的陰離子為四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子、高氯酸根離子或三氟甲基磺酸根離子中的一種或兩種以上，離子液體陽離子為咪唑、吡咯、哌啶、吡啶、吡唑中的一種或兩種以上，陰離子為四氟硼酸或雙三氟甲磺酰亞胺根陰離子中的一種或兩種以上。