一種高溫混合型超級電容器及其制備方法技術

本發明專利技術涉及元器件制造技術領域，具體來說是一種高能量密度、高功率密度、高溫性能優異的高溫混合型超級電容器及其制備方法，由正極、負極、介于兩者之間的隔膜及電解液組成，正極采用含有活性炭的復合材料，且復合材料中活性炭的含量不低于總質量50％，負極采用用于鋰離子電池的非石墨基負極材料同石墨烯的復合材料，電解液采用含有鋰離子的非水有機電解液，所述的混合型超級電容器正負極容量比在1:1.25～1:2。采用本方法制備的混合型超級電容器具有高能量密度，高功率密度，高可靠性，長壽命，高溫性能優異等特點，且可用于制備硬殼和軟包裝的高溫混合型超級電容器，能保證在65℃的高溫工作環境下不脹氣。

【技術實現步驟摘要】
【專利說明】本專利技術涉及元器件制造
，具體來說是一種高能量密度、高功率密度、高溫性能優異的高溫混合型超級電容器及其制備方法?；旌闲统夒娙萜魇且环N新型的儲能元件，采用了以雙電層儲能和贗電容儲能相結合的設計。這種組合使具有超級電容器高功率的特性的同時也大大提高了儲存能量密度。隨著應用范圍的不斷擴大，儲能電源的應用環境也越來越苛刻，特別是目前一些長期高溫(> 65°C)的特殊工作環境，其他的大部分化學電源的性能無法滿足在特殊環境下的高能量高功率的工況要求?，F有的傳統大容量雙電層超級電容器的最高工作溫度一般只能到65°C，且其能量密度較低無法滿足一些用電器件的實際需要；同時現有的鋰離子電池等電池類化學電源雖然具有較高的能量密度，又因無法做到高功率和長壽命而無法應用在一些有高能量密度，高功率密度，高可靠性，長壽命需求特殊工況。因此，目前開發一種能夠在高溫下高能量密度，高功率密度，高可靠性，長壽命的化學電源是非常有必要的。本專利技術是針對傳統的大容量雙電層超級電容器最高工作溫度，能量密度無法滿足部分特殊工作環境電氣件的實際需要的技術問題，專利技術了一種可用于制備硬殼和軟包裝的高能量密度、高功率密度、高可靠性、長壽命、高溫性能優異的高溫混合型超級電容器及其制備方法。為了實現上述目的，設計一種高溫混合型超級電容器，由正極、負極、介于兩者之間的隔膜及電解液組成，正極采用含有高性能活性炭的復合材料，且復合材料中活性炭的含量不低于總質量50%，負極采用可用于鋰離子電池的非石墨基負極材料同石墨烯的復合材料，電解液采用含有鋰離子的非水有機電解液，所述的混合型超級電容器正負極容量比在1: 1.25?1: 2，所述的含有尚性能活性炭的復合材料為活性炭同石墨稀的復合后的材料或者活性炭、石墨烯同鋰離子電池正極材料的復合材料，所述的活性炭為可用于雙電層電容器用高比表面積高性能多孔碳，所述的鋰離子電池的正極材料包括:鈷酸鋰(LiCoO2)Ji酸鋰(LiMnO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)、鎳鈷錳酸鋰(LiNixCoyMnzO2)，其中x+y+z = I，或者鎳鈷鋁酸鋰(LiNixCoyAlz02)，其中x+y+z = I，或者其他用于鋰離子電池的正極材料中的一種或幾種混合，所述的鋰離子電池的非石墨基負極材料包括無定形硬碳、Li4Ti50i2、中間相碳微球(MCMB)或其他鋰離子二次電池負極材料中的一種，所述隔膜為涂有陶瓷顆粒的的耐高溫隔膜，耐高溫隔膜基材為無紡布、芳綸、PTFE、纖維素脂等耐有機溶劑耐高溫的帶孔薄膜材料，所述的陶瓷顆粒是Al20、Si02的顆粒狀陶瓷材料，所述的耐高溫隔膜陶瓷涂覆層是單層或雙層，所述的耐高溫隔膜陶瓷涂覆層總厚度為3?20μπι，所述的電解液為以丙烯碳酸酯和γ-丁內酯為基礎溶劑的有機電解液，其組分包括丙烯碳酸酯、γ -丁內酯、鏈狀碳酸酯、六氟磷酸鋰(LiPF6)、成膜穩定劑和高溫穩定劑。所述的以丙烯碳酸酯和γ-丁內酯為基礎溶劑的電解液中的鏈狀碳酸酯為碳原子數小于6的鏈狀碳酸酯。所述的以丙烯碳酸酯和γ-丁內酯為基礎溶劑的電解液中的鏈狀碳酸酯為二乙基碳酸酯、乙基甲基碳酸酯中的一種或兩種。所述的以丙烯碳酸酯和γ-丁內酯為基礎溶劑的電解液中的環狀酯丙烯碳酸酯重量百分比為30?40%，γ-丁內酯20?45%，二乙基碳酸酯為15%?50%，乙基甲基碳酸酯為 15%?50%。所述的高溫穩定劑選自雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、二甲基乙酰胺中的一種或兩種，成膜穩定劑選自碳酸亞乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二甲亞砜、丙烯腈、環己腈、二氧化碳、二氧化硫、苯甲醚、Ν，Ν-二甲基三氟乙酰胺、1，1，1_三氟-6，6，6-三氟-2，5-己二酮等一種或幾種，且必有二氟草酸硼酸鋰。所述的以丙烯碳酸酯和γ-丁內酯為基礎溶劑的有機電解液中六氟磷酸鋰濃度為1.2Μο以電解液溶劑和溶質的總質量為基準，成膜穩定劑的質量百分比含量為2%;高溫穩定劑的質量百分比含量為I %?3%?！N高溫混合型超級電容器的制備方法，該電容器的制備方法包括以下步驟:(I)正極片的制備步驟:首先將正極材料、導電劑、球磨混合，溶解粘結劑，將球磨好的混合物倒入溶解好的粘結劑溶液，調成漿料，然后涂布在正極集流體上，經烘干、碾壓、裁切、真空干燥制備成正極片;所述正極片的集流體包括鋁箔、鋁網；(2)負極片的制備步驟:首先將負極材料、粘結劑混合，調成漿料，然后涂布在負極集流體上，經烘干、碾壓、裁切、真空干燥制備成負極片;所述負極片的集流體包括銅箔、銅網、鈦箔、鈦網；(3)組裝步驟:將制備好的正、負極片經疊片或卷繞成電芯。所述的導電劑包括石墨粉、炭黑、乙炔黑或上述三種材料的混合物。所述的粘結劑包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素納和丁苯橡膠中的一種或幾種。本專利技術同現有技術相比，其優點在于:采用本方法制備的混合型超級電容器具有高能量密度，高功率密度，高可靠性，長壽命，高溫性能優異等特點，且可用于制備硬殼和軟軟包裝的高溫混合型超級電容器，利用該方法制備的混合型電容器具有高能量密度(30?50Wh/Kg)，高功率密度(> 4000W/Kg)，能保證在65°C的高溫工作環境下不脹氣。下面以具體實施例對本專利技術作進一步說明，這種電容器的結構和原理對本專業的人來說是非常清楚的。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。本專利技術中的高溫混合型超級電容器，由正極、負極、介于兩者之間的隔膜及電解液組成，其中正極采用含有活性炭的復合材料，且復合材料中活性炭的含量不低于總質量50%;負極采用用于鋰離子電池的非石墨基負極材料同石墨烯的復合材料；電解液采用含有鋰離子的非水有機電解液，混合型超級電容器正負極容量比在I: 1.25?1: 2。含有活性炭的復合材料為活性炭同石墨烯的復合后的材料或者活性炭、石墨烯同鋰離子電池正極材料的復合材料，活性炭為雙電層電容器用高比表面積多孔碳。鋰離子電池的正極材料包括:鈷酸鋰(L i C ο O 2)、錳酸鋰(L i Mη O 2)、錳酸鋰(LiMn2O4)、鎳鈷錳酸鋰(LiNixCoyMnzO2),其中x+y+z = I，或者鎳鈷鋁酸鋰(LiNixCoyAlzO2),其中x+y+z = I，或者用于鋰離子電池的正極材料中的一種或幾種混合，鋰離子電池的非石墨基負極材料包括無定形硬碳、Li4Ti50i2或其他鋰離子二次電池負極材料中的一種。隔膜為涂有陶瓷顆粒的的耐高溫隔膜，耐高溫隔膜基材為無紡布、芳綸、PTFE、纖維素脂等耐有機溶劑耐高溫的帶孔薄膜材料，陶瓷顆粒是Al20、Si02的顆粒狀陶瓷材料，耐高溫隔膜陶瓷涂覆層是單層或雙層，所述的耐高溫隔膜陶瓷涂覆層總厚度為3?20μπι，在使用所述單層涂覆陶瓷的耐高溫隔膜時，涂覆有陶瓷面應面對正極。電解液為以丙烯碳酸酯和γ-丁內酯為基礎溶劑的有機電解液，其組分包括丙烯碳酸酯、γ-丁內酯、鏈狀碳酸酯、六氟磷酸鋰(LiPF6)、成膜穩定劑和高溫穩定劑。以丙烯碳酸酯和γ-丁內酯為基礎溶劑的有機電解液，其特征在于，所述鏈狀碳酸酯為碳原子數小于6的鏈狀碳酸酯。以丙烯碳酸酯和γ-丁內酯為基礎溶劑的有機電解液，其特征在于，所述鏈狀碳酸酯為二乙基碳酸酯(DEC)、乙基甲基碳酸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高溫混合型超級電容器，由正極、負極、介于兩者之間的隔膜及電解液組成，其特征在于正極采用含有活性炭的復合材料，且復合材料中活性炭的含量不低于總質量50％，負極采用用于鋰離子電池的非石墨基負極材料同石墨烯的復合材料，電解液采用含有鋰離子的非水有機電解液，所述的混合型超級電容器正負極容量比在1:1.25～1:2，所述的含有活性炭的復合材料為活性炭同石墨烯的復合后的材料或者活性炭、石墨烯同鋰離子電池正極材料的復合材料，所述的活性炭為雙電層電容器用高比表面積多孔碳，所述的鋰離子電池的正極材料包括：鈷酸鋰(LiCoO2)、錳酸鋰(LiMnO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)、鎳鈷錳酸鋰(LiNixCoyMnzO2)，其中x+y+z＝1，或者鎳鈷鋁酸鋰(LiNixCoyAlzO2),其中x+y+z＝1，或者用于鋰離子電池的正極材料中的一種或幾種混合，所述的鋰離子電池的非石墨基負極材料包括無定形硬碳、中間相碳微球、Li4Ti5O12或其他鋰離子二次電池負極材料中的一種，所述隔膜為涂有陶瓷顆粒的的耐高溫隔膜，耐高溫隔膜基材為無紡布、芳綸、PTFE、纖維素脂等耐有機溶劑耐高溫的帶孔薄膜材料，所述的陶瓷顆粒是Al2O、SiO2的顆粒狀陶瓷材料，所述的耐高溫隔膜陶瓷涂覆層是單層或雙層，所述的耐高溫隔膜陶瓷涂覆層總厚度為3～20μm，所述的電解液為以丙烯碳酸酯和γ?丁內酯為基礎溶劑的有機電解液，其組分包括丙烯碳酸酯、γ?丁內酯、鏈狀碳酸酯、六氟磷酸鋰(LiPF6)、成膜穩定劑和高溫穩定劑。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃廷立，安仲勛，吳明霞，顏亮亮，劉永環，夏恒恒，范羚羚，
申請(專利權)人：上海奧威科技開發有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31