CN104134549A

CN104134549A - 水系电解液化学电容器

Info

Publication number: CN104134549A
Application number: CN201410380664.5A
Authority: CN
Inventors: 代波; 温祖标
Original assignee: SHENZHEN MINGXI ELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN MINGXI ELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2014-08-05
Publication date: 2014-11-05

Abstract

本发明公开了一种水系电解液化学电容器，其属于水系电解液化学电容器技术领域。该技术方案包括外壳和设置于外壳内部的集流体、隔膜、表面涂有涂覆物的负极极片和正极极片、及电解液，所述电解液为水系电解液，该水系电解液是浓度为2.0～7.0mol/L的硝酸镁水溶液。本技术所述的工作电压为1.2～1.9V，工作温度范围为-40～80℃，电容器能量密度为为6.2～15wh·kg^-1大、功率密度为180～6200w·kg^-1，是通常酸碱水系电解液电容器的2.2～5.0倍，可逆性能好，库仑效率高，充放电循环10000次后容量仍可保持在92％以上，且安全、绿色环保、无腐蚀、工艺简单与成本低，有很好的产业化前景。

Description

水系电解液化学电容器

技术领域

本发明涉及水系电解液化学电容器技术领域，尤其涉及一中以硝酸镁水溶液为电解液的电化学电容器。

背景技术

电化学电容器是一种能快速存储/释放能量的新型储能装置，由于其存储的电容远远高于传统电解质电容器，因此又将其称作超级电容器。电化学电容器由电极材料、电解液、隔膜与外壳等构成。由炭材料组成的电化学电容器，其储能方式主要是通过电解质溶液-炭电极材料的界面形成电双层来实现的，期间并没有产生氧化还原反应反应，储能-释能过程是可逆的。电化学电容器具有内阻小、充放电电流大、充放电效率高、循环寿命长(数万至十万次)、无污染等独特的优点，因此，应用范围非常广泛，且其市场规模也正在快速扩大。

电化学电容器的性能主要受电极材料和电解液的影响，对于同一种电极材料而言，其性能主要与电解液的物化性能紧密相连。电解液有水系电解液和有机电解液，其中水系电解液的黏度小、电导率大，比电容大，价格低，但工作电压较低，低温性能较差而应用受到一定的限制。如目前所应用的H₂SO₄水溶液、KOH水溶液和KCl水溶液等水系电解液，前两者分别表现出强酸、强碱性，腐蚀性大，对生产设备与电容器的外壳包装有着较高要求，KCl水溶液对集流体腐蚀性大，使用范围窄。对于目前商品化的有机电解液而言，如1mol/L的Et₄NBF₄/PC电解液，虽然有较高的工作电压，表现出电容器具有较高的比能量，但是，电解液存在黏度大、电导率低、价格高、有机溶剂易挥发、电解质盐易析出等不足，而使其应用受到限制。

发明内容

本发明为了克服上述的技术不足，提供一种水系电解液化学电容器，其目的是解决现有双电层电容器工作电压低、能量密度和功率密度小且对环境污染大、成本高等的缺点。

为了解决上述的技术问题，本发明提出的基本技术方案为：一种水系电解液化学电容器，包括外壳和设置于外壳内部的集流体、以多孔聚丙烯薄膜制得的隔膜、表面涂有涂覆物的负极极片和正极极片、及电解液，所述电解液为水系电解液，该水系电解液是浓度为2.0～7.0mol/L的硝酸镁水溶液。其中，多孔聚丙烯薄膜的电阻率≤0.15Ω·cm^-2，厚度为0.028mm。

本发明所述的水系电解液化学电容器中，所述硝酸镁水溶液是用去离子水配置而成。

本发明所述的水系电解液化学电容器中，所述集流体为镍网。

本发明所述的水系电解液化学电容器中，所述涂覆物包括活性物质、导电剂和粘结剂，所述活性物质、导电剂和粘结剂按照重量百分比为8∶1∶1。

本发明所述的水系电解液化学电容器中，所述活性物质为活性炭，该活性炭的比表面积为2050m²/g。

本发明所述的水系电解液化学电容器中，所述导电剂为导电石墨粉，该导电石墨粉的粒度为300目。

本发明所述的水系电解液化学电容器中，所述粘结剂为聚四氟乙烯乳液，该聚四氟乙烯乳液的质量百分比浓度为60％。

本发明的有益效果是：

本发明采用的技术方案为以去离子水配置而成的浓度为2.0～7.0mol/L的硝酸镁水溶液为电解液，以重量百分比为8∶1∶1的活性物质、导电剂和粘结剂制得的涂覆物涂覆在正极极片和负极极片的表面，通过该技术，使得双电层电容器具有如下的性能：

1、工作电压范围大，为1.2～1.9V，工作温度范围宽，为-40～80℃；

2、电容器能量密度为6.2～16wh·kg^-1大、功率密度为180～6700w·kg^-1，是通常酸碱水系电解液电容器的2.2～7.0倍；

3、其可逆性能好，库仑效率高，充放电循环10000次后容量仍可保持在92％以上；

4、安全、绿色环保、无腐蚀、工艺简单与成本低，有很好的产业化前景。

具体实施方式

为了进一步了解本发明的技术方案，以下将以三个具体实施例对本发明的技术做进一步的说明。

实施例一

将比表面积为2050m²/g的活性炭、60％聚四氟乙烯乳液和粒度为300目的导电石墨按质量比为8∶1∶1的比例进行混合，加入无水乙醇调制成均匀粘稠物，然后烘干，辊轧压在以镍网为材料制得的集流体负极极片和正极极片上；以用去离子水配置浓度为2.0mol/L的硝酸镁水溶液为电解液，以电阻率≤0.15Ω·cm^-2，厚度为0.028mm的多孔聚丙烯薄膜为隔膜隔开负极极片和正极极片，最后用外壳密封包装，组装成电化学电容器。该电化学电容器的特征表现为：在5℃下，电容器工作电压范围为1.2～1.5V，电容器能量密度为6.4～15wh·kg^-1、功率密度为200～4000w·kg^-1，是通常酸碱水系电解液电容器的2.00～3.52倍，电容器的库仑效率为99.9％，充放电循环10000次后容量仍可保持在98％。

实施例二

将比表面积为2050m²/g的活性炭、60％聚四氟乙烯乳液和粒度为300目的导电石墨按质量比为8∶1∶1的比例进行混合，加入无水乙醇调制成均匀粘稠物，然后烘干，辊轧压在以镍网为材料制得的集流体负极极片和正极极片上；以用去离子水配置浓度为4.0mol/L的硝酸镁水溶液为电解液，以电阻率≤0.15Ω·cm^-2，厚度为0.028mm的多孔聚丙烯薄膜为隔膜隔开负极极片和正极极片，最后用外壳密封包装，组装成电化学电容器。该双电层电容器的特征表现为：在20℃下，电容器工作电压范围为1.2～1.6V，电容器能量密度为6.5～11.5wh·kg^-1、功率密度为220～4600w·kg^-1，是通常酸碱水系电解液电容器的2.0～4.0倍，电容器的库仑效率为98.6％，充放电循环10000次后容量仍可保持在96％。

实施例三

将比表面积为2050m²/g的活性炭、60％聚四氟乙烯乳液和粒度为300目的导电石墨按质量比为8∶1∶1的比例进行混合，加入无水乙醇调制成均匀粘稠物，然后烘干，辊轧压在以镍网为材料制得的集流体负极极片和正极极片上；以用去离子水配置浓度为6.0mol/L的硝酸镁水溶液为电解液，以电阻率≤0.15Ω·cm^-2，厚度为0.028mm的多孔聚丙烯薄膜为隔膜隔开负极极片和正极极片，最后用外壳密封包装，组装成电化学电容器。该电化学电容器的特征表现为：在30℃下，电容器工作电压范围为1.2～1.9V，电容器能量密度为6.5～15wh·kg^-1、功率密度为230～6200w·kg^-1，是通常酸碱水系电解液电容器的2.0～5.0倍，电容器的库仑效率为95.6％，充放电循环10000次后容量仍可保持在93％。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种水系电解液化学电容器，包括外壳和设置于外壳内部的集流体、隔膜、表面涂有涂覆物的负极极片和正极极片、及电解液，其特征在于：所述电解液为水系电解液，该水系电解液是浓度为2.0～7.0mol/L的硝酸镁水溶液。

2.如权利要求1所述的水系电解液化学电容器，其特征在于：所述硝酸镁水溶液是用去离子水配置而成。

3.如权利要求1所述的水系电解液化学电容器，其特征在于：所述集流体为镍网。

4.如权利要求1所述的水系电解液化学电容器，其特征在于：所述涂覆物包括活性物质、导电剂和粘结剂，所述活性物质、导电剂和粘结剂按照重量百分比为8∶1∶1。

5.如权利要求4所述的水系电解液化学电容器，其特征在于：所述活性物质为活性炭。

6.如权利要求5所述的水系电解液化学电容器，其特征在于：所述活性炭的比表面积为2050m²/g。

7.如权利要求4所述的水系电解液化学电容器，其特征在于：所述导电剂为导电石墨粉。

8.如权利要求7所述的水系电解液化学电容器，其特征在于：所述导电石墨粉的粒度为300目。

9.如权利要求4所述的水系电解液化学电容器，其特征在于：所述粘结剂为聚四氟乙烯乳液。

10.如权利要求4所述的水系电解液化学电容器，其特征在于：所述聚四氟乙烯乳液的质量百分比浓度为60％。