CN109872883A - 一种超级电容器用电解质及包含其的超级电容器 - Google Patents

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曲超
张华民
张洪章
李先锋
刘翠连
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Abstract

本发明涉及一种超级电容器用电解质，所述的电解质为熔融盐，熔融盐的阳离子为钠离子、锂离子、钾离子中的一种或两种以上的混合物；阴离子为A1(SO2)N‑(SO2)A2,其中A1、A2分别为CxF2x+1或SO3 ‑CyF2y+1中的一种或两种以上。本发明提出了熔融盐超级电容器的有益效果是，器件具有更高的能量密度、更高的功率密度、更高的电压。

Description

一种超级电容器用电解质及包含其的超级电容器
技术领域
本发明涉及电化学储能领域，涉及一种超级电容器。
技术背景
超级电容器，是一种介于传统电容器和二次电池之间的新型储能器件。近年来，因其具有安全性高，使用寿命长，功率高，环保等优点，在移动通讯、启动电源、备用电源等领域都有非常好的应用前景，因而得到了广泛的研究。
但是超级电容器的能量密度不高，也制约其在更多方面的应用。所以如何提高超级电容器的能量密度一直是研究方向。一方面，人们采用锂电池的电极材料作为正极或者负极，另一个电极采用活性炭等电容材料。这样的结构设计，有利于提高电容器的能量密度。另一方面，针对双电层超级电容器，如何提高电极容量及电容器电压是提高电容器的有效途径(W＝1/2CV2)。因为有机电解液的电化学窗口比水溶液要高，所以采用有机电解液可以提高电容器的能量密度。但是有机电解液易燃，存在很大的安全隐患。离子液体是一种很好的电解质材料，电化学窗口宽，但一般的离子液体都是比较大的有机基团，因而影响超级电容器容量。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种利用熔融盐作为电解质的超级电容器，这种超级电容器具有高电压、高功率密度、高能量密度、高循环稳定性。
为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
所述的熔融盐超级电容器，包括正极、负极及之间的隔膜、电解质。所述的电解质包含熔融盐。
所述的熔融盐中，阳离子包括钠离子、锂离子、钾离子中的一种或两种以上的混合物；
所述的熔融盐中的阴离子包括以下结构一种或者两种：A1(SO2)N-(SO2)A2，其中A1、A2为CxF2x+1(x＝0-10)或SO3 -CyF2y+1(y＝1-10)中的一种结构，A1，A2可不同；优选A1、A2为CxF2x+1，x、y优选x＝0或1，y＝1-2，
所述的熔融盐的水含量要小于500ppm；优选0-100ppm。
所述的正极、负极包括活性炭、金属氧化物、导电聚合物赝电容中的一种或者两种以上。其中优选的是活性炭。
所述的熔融盐超级电容器可以通过以下方法实施组装，将正极、负极置于隔膜两侧后，浸入熔融盐即为熔融盐超级电容器。所述的熔融盐超级电容器的器件水含量要小于800ppm。如果器件的水含量过高将直接影响超级电容器的电压窗口。因此特别重要的是要控制电极、隔膜及熔融盐中的水含量。
所述的隔膜包括石棉隔膜、玻璃纤维膜、含二氧化硅聚烯烃隔膜、聚酰亚胺隔膜、聚苯并咪唑隔膜、聚硫醚隔膜等，其中玻璃纤维膜是优选材料。隔膜的厚度范围为10μm-1000μm。
本发明提出了熔融盐超级电容器的有益效果是，器件具有更高的能量密度、更高的功率密度、更高的电压。
附图说明
图1、为对比例超级电容器的正负极电压分布比较图。
图2、为实施例1的熔融盐超级电容器的正负极电压分布比较图。可以看出熔融盐电容器的电压窗口可以达到0-6V的同时，电容器的容量也接近70mAhg-1以上，是普通电解液的2倍以上。电容器的能量密度大幅度提升。
具体实施方式
实施例1
将质量比8：1：1为活性炭、聚四氟乙烯(PTFE)、导电剂混合均匀后，热压到集流体上。将两个活性炭电极分于玻璃纤维膜两侧组合到一起后置于电池壳体中，180摄氏度真空干燥48小时,并在100摄氏度的条件下,将熔融盐浸入电池中封口即为一个熔融盐超级电容器。其中熔融盐的质量组成为NaFSO2NSO2F:LiFSO2NSO2F:KFSO2NSO2F＝0.6:0.2:0.2，熔融盐的水含量为80ppm。这种利用熔融盐的超级电容器电压窗口可以达到6V，电容器容量达到70mAhg-1。
对比例
将质量比8：1：1为活性炭、聚四氟乙烯(PTFE)、导电剂混合均匀后，热压到集流体上。将两个活性炭电极分于玻璃纤维膜两侧组合到一起后置于电池壳体中，180摄氏度真空干燥48小时,并在100摄氏度的条件下，将1mol/L的四乙胺四氟硼酸铵的碳酸丙烯酯电解液浸入电池中封口即为一个超级电容器。
实施例2
将质量比8：1：1为活性炭、聚四氟乙烯(PTFE)、导电剂混合均匀后，热压到集流体上。将两个活性炭电极分于玻璃纤维膜两侧组合到一起后置于电池壳体中，180摄氏度真空干燥48小时,并在100摄氏度的条件下,将熔融盐浸入电池中封口即为一个熔融盐超级电容器。其中熔融盐的组成为NaFSO2NSO2F，熔融盐的水含量为100ppm。这种利用熔融盐的超级电容器电压窗口可以达到5.9V，电容器容量达到72mAhg-1。
实施例3
将质量比8：1：1为氧化钌、聚四氟乙烯(PTFE)、导电剂混合均匀后，热压到集流体上。将两个活性炭电极分于玻璃纤维膜两侧组合到一起后置于电池壳体中，180摄氏度真空干燥48小时,并在100摄氏度的条件下,将熔融盐浸入电池中封口即为一个熔融盐超级电容器。其中熔融盐的组成为NaFSO2NSO2F:LiCF3SO2NSO2CF3＝0.5:0.5，熔融盐的水含量为200ppm。这种利用熔融盐的超级电容器电压窗口可以达到6V，电容器容量达到68mAhg-1。
实施例4
将质量比8：1：1为氧化钌、聚四氟乙烯(PTFE)、导电剂混合均匀后，热压到集流体上。将两个活性炭电极分于玻璃纤维膜两侧组合到一起后置于电池壳体中，180摄氏度真空干燥48小时,并在100摄氏度的条件下,将熔融盐浸入电池中封口即为一个熔融盐超级电容器。其中熔融盐的组成为NaFSO2NSO2F:LiFSO2NSO2F:KFSO2NSO2F＝0.6:0.25:0.15，熔融盐的水含量为120ppm。这种利用熔融盐的超级电容器电压窗口可以达到5.9V，电容器容量达到70mAhg-1。
实施例5
将质量比8：1：1为活性炭、聚四氟乙烯(PTFE)、导电剂混合均匀后，热压到集流体上。将两个活性炭电极分于聚酰亚胺膜两侧组合到一起后置于电池壳体中，180摄氏度真空干燥48小时,并在100摄氏度的条件下,将熔融盐浸入电池中封口即为一个熔融盐超级电容器。其中熔融盐的组成为NaCF3CF2SO2NSO2CF2CF3:LiSO2CF2CF3:KFSO2NSO2F＝0.6:0.2:0.2，熔融盐的水含量为80ppm。这种利用熔融盐的超级电容器电压窗口可以达到5.9V，电容器容量达到68mAhg-1。
实施例6
将质量比8：1：1为活性炭、聚四氟乙烯(PTFE)、导电剂混合均匀后，热压到集流体上。将两个活性炭电极分于玻璃纤维膜膜两侧组合到一起后置于电池壳体中，180摄氏度真空干燥48小时，并在100摄氏度的条件下,将熔融盐浸入电池中封口即为一个熔融盐超级电容器。其中熔融盐的组成为NaCF3SO2NSO2CF3，熔融盐的水含量为100ppm。这种利用熔融盐的超级电容器电压窗口可以达到6V，电容器容量达到65mAhg-1。
实施例7
将质量比8：1：1为活性炭、聚四氟乙烯(PTFE)、导电剂混合均匀后，热压到集流体上。将两个活性炭电极分于聚酰亚胺膜两侧组合到一起后置于电池壳体中，180摄氏度真空干燥48小时,并在100摄氏度的条件下，将熔融盐浸入电池中封口即为一个熔融盐超级电容器。其中熔融盐的组成为NaFSO2NSO2F:LiFSO2NSO2F:KFSO2NSO2F＝0.6:0.4，熔融盐的水含量为100ppm。这种利用熔融盐的超级电容器电压窗口可以达到6V，电容器容量达到72mAhg-1。
实施例8
将质量比8：1：1为活性炭、聚四氟乙烯(PTFE)、导电剂混合均匀后，热压到集流体上。将两个活性炭电极分于聚酰亚胺膜两侧组合到一起后置于电池壳体中，180摄氏度真空干燥48小时,并在100摄氏度的条件下，将熔融盐浸入电池中封口即为一个熔融盐超级电容器。其中熔融盐的组成为NaSO3CF3:LiFSO2NSO2F:KSO3CF3＝0.6:0.2:0.2，熔融盐的水含量为200ppm。这种利用熔融盐的超级电容器电压窗口可以达到6V，电容器容量达到69mAhg-1。
实施例9
将质量比8：1：1为活性炭、聚四氟乙烯(PTFE)、导电剂混合均匀后，热压到集流体上。将两个活性炭电极分于聚酰亚胺膜两侧组合到一起后置于电池壳体中，180摄氏度真空干燥48小时,并在100摄氏度的条件下,将熔融盐浸入电池中封口即为一个熔融盐超级电容器。其中熔融盐的组成为LiSO3CF3:NaFSO2NSO2F:KSO3CF3＝0.4:0.4:0.2，熔融盐的水含量为425ppm。这种利用熔融盐的超级电容器电压窗口可以达到6V，电容器容量达到68mAhg-1。

Claims (5)

1.一种超级电容器用电解质，所述的电解质为熔融盐，熔融盐的阳离子为钠离子、锂离子、钾离子中的一种或两种以上的混合物；阴离子为A1(SO2)N-(SO2)A2，其中A1、A2分别为CxF2x+1或SO3 -CyF2y+1中的一种或两种以上，A1,A2可以相同或不同，x、y＝0-10整数；优选A1、A2分别为CxF2x+1，x、y优选x＝0或1，y＝1或2。
2.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于：熔融盐的水含量小于500ppm，优选0-100ppm。
3.一种含权利要求1或2所述电解质的超级电容器，包括正极、隔膜、负极和电解质，其特征在于：超级电容器的水含量小于800ppm。
4.根据权利要求3所述的超级电容器，其特征在于：所述的正极和负极分别为活性炭、金属氧化物、导电聚合物赝电容中的一种或者两种以上，优选活性炭。
5.根据权利要求3所述的超级电容器，其特征在于：所述的隔膜为石棉隔膜、玻璃纤维膜、含二氧化硅聚烯烃隔膜、聚酰亚胺隔膜、聚苯并咪唑隔膜、聚硫醚隔膜，优选玻璃纤维膜；隔膜的厚度为10μm-1000μm。
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