CN104134550A

CN104134550A - 水系电解液超级电容器

Info

Publication number: CN104134550A
Application number: CN201410380681.9A
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超级电容器，其属于水系电解液超级电容器技术领域。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0.10～0.51mol/L的硫酸钾水溶液。本技术所述的工作电压范围大，为1.1～1.9V，电容器能量密度为5.2～13wh·kg^-1、功率密度为160～52000w·kg^-1，是通常酸碱水系电解液电容器的1.8～5.5倍，电容器的库仑效率接近100％，充放电循环10000次后容量仍可保持在93％以上，且安全、绿色环保、无腐蚀、工艺简单、成本低，可商业化生产。

Description

水系电解液超级电容器

技术领域

本发明涉及水系电解液超级电容器技术领域，尤其涉及一中以硫酸钾水溶液为电解液的超级电容器。

背景技术

超级电容器又称电化学电容器，是一种利用电极和电解液之间形成的界面双电层来存储能量的新型器件，集能量密度大、功率密度高、循环寿命长、工作温度范围宽、充放电速率快与可靠性高等特点，在通讯、信息技术、电动汽车、航空航天等领域都有广阔的应用前景，已经受到了世界各国的普遍重视。

超级电容器主要由电极、电解液、隔膜与外壳等部件组成，其中电解液的性能是影响超级电容器性能的关键因素之一。

目前，应用于超级电容器的电解液可分为有机电解液和无机电解液(或水系电解液)。有机电解液具有工作电压较高、能量密度较高、但内阻大、电导率小、功率密度相对较低与成本高等特点；水系电解液主要有酸性和碱性水溶液等，具有黏度小、电导率大，工作电压低，能量密度小但功率密度相对较高等特点。因此，已经商业化的电解液的应用受到了相应限制。但是目前许多的以水系电解液为电解液的超级电容存在工作电压不高、能量密度小、功率密度低、导电性不好、电阻较大、安全性不高与成本较高等问题。

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超级电容器，其目的是解决现有超级电容器工作电压低、能量密度和功率密度小、导电性差、电阻大且对环境污染大、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：一种水系电解液超级电容器，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0.10～0.51mol/L的硫酸钾水溶液。其中，硫酸钾水溶液的pH值为7.2～8.6，多孔聚丙烯薄膜的电阻率≤0.15Ω·cm^-2，厚度为0.028.mm。

本发明所述的水系电解液超级电容器中，所述硫酸钾水溶液是用去离子水配置而成。

本发明所述的水系电解液超级电容器中，所述集流体为铝箔。

本发明所述的水系电解液超级电容器中，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85∶10∶5。

本发明所述的水系电解液超级电容器中，所述活性物质为活性炭，该活性炭的比表面积为1950m²/g。

本发明所述的水系电解液超级电容器中，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超级电容器中，所述粘结剂为聚四氟乙烯乳液，所述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：

本发明以去离子水配置而成的浓度为0.10～0.51mol/L mol/L的硫酸钾水溶液为电解液，以重量百分比为85∶10∶5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，使得超级电容器具有如下的性能：

1、工作电压范围大，为1.1～1.9V；

2、电容器能量密度为5.2～13wh·kg^-1，功率密度为160～52000w·kg^-1，是通常酸碱水系电解液电容器的1.8～5.5倍；

3、电容器的库仑效率接近100％，充放电循环10000次后容量仍可保持在93％以上；

4、安全、绿色环保、无腐蚀、工艺简单、成本低，可商业化生产。

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1950m²/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85∶10∶5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，辊轧压在以铝箔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0.1mol/L、pH值为7.4的硫酸钾水溶液为电解液，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，组装成超级电容器。该超级电容器的特征表现为：在5℃，工作电压范围为0～1.3V时，电容器能量密度为3.2～13wh·kg^-1、功率密度为160～52000w·kg^-1，是通常酸碱水系电解液电容器的1.8～2.8倍，电容器的库仑效率接近100％，充放电循环10000次后容量仍可保持在98％以上，且安全、绿色环保、无腐蚀、成本低，可商业化生产。

实施例二

将比表面积为1950m²/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85∶10∶5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，辊轧压在以铝箔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0.34mol/L、pH值为7.8的硫酸钾水溶液为电解液，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，组装成超级电容器。该超级电容器的特征表现为：在15℃下，工作电压范围为0～1.5V，电容器能量密度为5.2～14wh·kg^-1、功率密度为160～58000w·kg^-1，是通常酸碱水系电解液电容器的1.8～3.5倍，电容器的库仑效率接近100％，充放电循环10000次后容量仍可保持在97％以上，且安全、绿色环保、无腐蚀、成本低，可商业化生产。

实施例三

将比表面积为1950m²/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85∶10∶5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，辊轧压在以铝箔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0.50mol/L的硫酸钾水溶液为电解液，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，组装成超级电容器。该超级电容器的特征表现为：在25℃下，工作电压范围为0～1.7V，电容器能量密度为5.2～15wh·kg^-1、功率密度为160～62000w·kg^-1，是通常酸碱水系电解液电容器的1.8～5.5倍，电容器的库仑效率接近100％，充放电循环10000次后容量仍可保持在95％以上，且安全、绿色环保、无腐蚀、成本低，可商业化生产。

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

1.一种水系电解液超级电容器，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0.10～0.51mol/L的硫酸钾水溶液。

2.如权利要求1所述的水系电解液超级电容器，其特征在于：所述硫酸钾水溶液是用去离子水配置而成。

3.如权利要求1所述的水系电解液超级电容器，其特征在于：所述集流体为铝箔。

4.如权利要求1所述的水系电解液超级电容器，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85∶10∶5。

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

6.如权利要求5所述的水系电解液超级电容器，其特征在于：所述活性炭的比表面积为1950m²/g。

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

8.如权利要求7所述的水系电解液超级电容器，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所述的水系电解液超级电容器，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所述的水系电解液超级电容器，其特征在于：所述聚四氟乙烯乳液的质量百分比浓度为60％。