一種高壓固態鋰離子電容器制造技術

本發明專利技術公開了一種高壓T?Nb

High voltage solid lithium ion capacitor

The invention discloses a high voltage T Nb

【技術實現步驟摘要】
一種高壓固態鋰離子電容器
本專利技術涉及一種高壓固態鋰離子電容器，具體涉及一種具有高能量密度、高功率密度及快速充放電的固態鋰離子電容器；屬于電化學能源

技術介紹
鋰離子電容器(Li-ionCapacitor,簡稱LIC)，也叫電化學混合電容器、非對稱電化學電容器，在儲能機理上它屬于混合型電容器，是一種介于鋰離子電池和雙電層電容器之間的新型儲能裝置，它具有比鋰離子電池更高的功率密度和比雙電層電容器更高的能量密度。鋰離子電容器是指以活性炭等炭質材料為正極，嵌鋰化合物材料為負極，使用鋰離子電池電解液的電化學混合電容器。鋰離子電容器具有獨特的高功率密度和高能量密度特性，其對原材料的要求比較苛刻。電極、集流體、電解液和隔膜的組成和質量對鋰離子電容器的性能有著決定性的影響。在決定電極材料的性能中，負極材料是一個重要的組成部分。近年來的報道中，V2O5，TiO2和Li4Ti5O15納米負極材料得到廣泛的研究，由于這些材料的氧化還原反應機理比較緩慢，材料的倍率性能不是很理想。鋰離子嵌入型金屬氧化物因其快速的電荷存儲能力開發與碳材料組裝而成的混合電容器的一種理想選擇。近來，出現了關于五氧化二鈮作為鋰離子電池負極的報道,五氧化二鈮具有不同的晶型可以用于鋰離子電容器，該材料具有較高的放電比容量(200mAhg-1)，但由于純的五氧化二鈮的較低導電性(約為3×10-6S·cm-1)，將GO與Nb2O5材料進行復合，利用兩種材料各自的優勢，可以有效提高復合材料的電化學性能。它們在能夠提供大量電荷儲存的同時，也可以提供較大的操作電壓窗口，正交相五氧化二鈮(T-Nb2O5)納米晶呈現快速電容鋰離子存儲。開發出高穩定性、高能量密度的固態鋰離子電容器仍然是科學家追求的最終目標，而具有高的電導率或空穴傳輸率的固態電解質的開發與研究是關鍵。離子液體是由單一陽離子和陰離子構成的、在室溫或接近室溫條件下呈液態的物質，又稱為室溫熔融鹽。它具有揮發性低、不易燃、具有寬的液程和較寬的電化學窗口、良好的導電和導熱性、高熱穩定性、以及選擇性溶解力與可設計性等特點，使得離子液體近年作為一種新的介質在電解質材料方面顯示出重要的應用前景。將離子液體的優異性能與高分子材料相結合，就可能開發出新型的聚合物電解質材料，這類電解質具備聚合物和離子液體二者的優勢。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種具有高能量密度、高功率密度及快速充放電等優異性能的固態鋰離子電容器。本專利技術所采用的技術方案是：一種高壓固態鋰離子電容器，其包括固態凝膠電解質、正極、負極，正極與負極均由集流體層和貼覆在集流體層上的電極物質層構成，正極電極物質層中的活性物質為雙電層型儲能炭材料，負極電極物質層中的活性物質為嵌鋰型儲能材料；優選的，所述固態鋰離子電容器雙電層型儲能炭材料為活性炭、石墨烯或碳納米管中的至少一種。優選的，所述嵌鋰型儲能材料為制備的T-Nb2O5/RGO或T-Nb2O5/RGO中的至少一種。優選的，所述正極電極物質層包括：80wt％-90wt％的雙電層型儲能炭材料，1wt％-15wt％的導電劑，1.5wt％-10wt％的粘結劑。優選的，所述負極電極物質層包括：75wt％-95wt％的T-Nb2O5/RGO，1wt％-15wt％的導電劑，1.5wt％-10wt％粘結劑。優選的，構成離子液體聚合物凝膠電解質的所述可溶鋰鹽為二(三氟甲基)磺酰亞胺鋰(LiTFSI)、六氟磷酸鋰(LiPF6)或者四氟硼酸鋰(LiBF6)中的至少一種。優選的，構成的離子液體聚合物凝膠電解質的致凝膠劑是以聚丙烯睛(PAN)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚環氧丙烷、聚乙烯吡啶、偏氟乙烯和六氟丙稀的共聚物P(VDF-HFP)中的至少一種。優選的，構成的離子液體聚合物凝膠電解質的離子液體選用1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(BMIMBF4)、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(BMIMPF6)、N-甲基-N-丙基哌啶二(三氟甲基磺酰)亞胺(PP13TFSI)、N,正丁基-N-乙基吡咯烷-N,N-二(三氟甲基磺酰)亞胺(Py24TFSI)、N-甲基-N-丁基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)亞胺(PY14TFSI)、1-甲基-3-乙基咪唑二(三氟甲基磺酰)亞胺(EMITFSI)、1-甲基-3-丙基咪唑四氟硼酸(PrMImBF4)、1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸(EMIMBF4)和1-甲基-3-己基咪唑四氟硼酸(HMImBF4)中的至少一種。優選的，制備方法選用直接將離子液體和聚合物共混成膜。與現有技術相比，本專利技術的有益效果如下：本專利技術所述的固態鋰離子電容器作為鋰離子存儲電極呈現出優異充放電性能以及高倍率循環穩定性能。本專利技術所述的鋰離子電容器，因而其具有更高的能量利用效率和更高的有效能量儲存量，提高了儲能密度。附圖說明圖1：實施案例圖1(a)、(b)制備的正交相五氧化二鈮/石墨烯掃描電子顯微鏡照片和透射電鏡照片；圖2：本專利技術中實施案例制備的正交相五氧化二鈮/石墨烯電極材料的充放電曲線；具體實施方式下面結合具體的實施例對本專利技術作進一步闡述。這些實施例應理解為僅用于說明本專利技術而不用于限制本專利技術的保護范圍。在閱讀了本專利技術記載的內容之后，基于本專利技術的原理對本專利技術所做出的各種改動或修改同樣落入本專利技術權利要求書所限定的范圍。實施例1正極電極物質層以82wt％的活性炭作為正極活性物質，10wt％的乙炔黑作為導電劑，8wt％的PTFE作為粘結劑；負極電極物質層以82wt％的T-Nb2O5/RGO作為負極活性物質，10wt％的乙炔黑作為導電劑，8wt％的PTFE作為粘結劑；離子液體聚合物凝膠電解質，以PVDF-HFP為致凝膠劑，離子液體選用EMIMBF4，制備方法選用直接將離子液體和聚合物共混成膜；鋰離子電容器在0-4V工作電壓中工作。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高壓固態鋰離子電容器，其包括固態凝膠電解質、正極、負極，正極與負極均由集流體層和貼覆在集流體層上的電極物質層構成，正極電極物質層中的活性物質為雙電層型儲能炭材料，負極電極物質層中的活性物質為嵌鋰型儲能材料。

【技術特征摘要】
1.一種高壓固態鋰離子電容器，其包括固態凝膠電解質、正極、負極，正極與負極均由集流體層和貼覆在集流體層上的電極物質層構成，正極電極物質層中的活性物質為雙電層型儲能炭材料，負極電極物質層中的活性物質為嵌鋰型儲能材料。2.根據權利要求1所述的一種高壓固態鋰離子電容器，其特征在于：所述雙電層型儲能炭材料為活性炭、石墨烯或碳納米管中的至少一種。3.根據權利要求1所述的一種高壓固態鋰離子電容器，其特征在于：所述嵌鋰型儲能材料為T-Nb2O5/RGO或T-Nb2O5/CNT中的至少一種。4.根據權利要求1所述的一種高壓固態鋰離子電容器，其特征在于：所述正極電極物質層包括：80wt％-90wt％的雙電層型儲能炭材料，1wt％-15wt％的導電劑，1.5wt％-10wt％的粘結劑。5.根據權利要求1所述的一種高壓固態鋰離子電容器，其特征在于：所述負極電極物質層包括：75wt％-95wt％的嵌鋰型儲能材料T-Nb2O5/RGO，1wt％-15wt％的導電劑，1.5wt％-10wt％粘結劑。6.根據權利要求1所述的一種高壓固態鋰離子電容器，其特征在于：固態凝膠電解質中的致凝膠劑選用聚丙烯睛(PAN)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚環氧丙烷、聚乙烯吡啶、偏氟乙烯和六氟丙稀的共聚物P(VDF-HFP)中的至少一種。7.根據權利要求1所述的一種高壓固態鋰離子電容器，其特征在于：固態凝膠電解...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張海濤，焦玉志，劉奧，宋賢麗，張鎖江，
申請(專利權)人：中國科學院過程工程研究所，
類型：發明
國別省市：北京,11