The invention relates to a dual-ion hybrid capacitor, belonging to the field of hybrid capacitors. The capacitor takes graphite porous carbon as the positive electrode, graphite, hard carbon, soft carbon, mesophase carbon microspheres, lithium titanate, titanium dioxide, silicon, or lithium metal as the negative electrode, and lithium salt organic solution as the electrolyte, adopting the assembly process of lithium ion batteries. The invention has the following advantages: the cathode material has different energy storage mechanism in different potential intervals, the cathode achieves energy storage through the adsorption of anions on the surface of graphitic porous carbon cathode material in the middle and low potential interval, and the high potential interval achieves the enhancement of energy density of hybrid capacitors through the embedding of anions in graphitic structure, thus breaking through the lithium ion capacitance. The low energy density limitation caused by the double layer mechanism of the positive pole of the capacitor leads to a high energy density. At the same time, the capacitor also shows a high power density and excellent cyclic stability, which has a good practical application prospect.
【技术实现步骤摘要】
一种双离子型混合电容器及其制备方法
本专利技术属于混合电容器
,特别涉及一种双离子型混合电容器及其制备方法。
技术介绍
目前主流的储能器件主要分为二次电池与超级电容器两大类,分别具有高的能量密度和高的功率密度。锂离子型混合电容器作为锂离子电池与超级电容器的混合器件,一极采用电池材料,这种电池材料主要是发生法拉第反应的锂嵌入复合物,另一极采用使用双电层电容器的碳材料,因此可以同时实现高的能量密度和高功率密度,同时具有较好的循环稳定性。其优异的性能和低廉的价格不仅可以用于高铁、电动汽车、电厂补偿等高功率输出领域,还可用于移动电话、笔记电脑等便携式小型电子设备实现超快速的充电。目前锂离子型混合电容器受到正极双电层电容器材料的限制,能量密度较低,不能满足实际使用的需求。开发具有更高能量密度的混合电容器对其实际应用,尤其在混合动力汽车领域的应用,具有十分重要的意义。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点,本专利技术的目的在于提供一种比锂离子型混合电容器具有更高能量密度的双离子型混合电容器及其制备方法,以石墨质多孔碳为正极材料,负极为二次电池负极材料,正极兼备阴离子吸附与插层储能机理,充放电时,正极在中低电位为阴离子吸/脱附、在高电位下为阴离子嵌入和脱嵌,负极发生阳离子的法拉第反应。由于正极分别在中低电位和高电位下实现阴离子吸附与阴离子插层两种电化学机理储能,中低电位区间通过阴离子在多孔正极材料表面的吸附实现储能,高电位区间通过阴离子在石墨质部分的嵌入储能,从机理层面增强混合电容器的能量密度,得到的双离子型混合电容器具有高能量/高功率匹配输出。为了实现上述目的, ...
【技术保护点】
1.一种双离子型混合电容器,其特征在于,正极为石墨质多孔碳,负极为二次电池负极材料;充放电时,正极在中低电位为阴离子吸/脱附、在高电位下为阴离子嵌入和脱嵌,负极发生阳离子的法拉第反应。
【技术特征摘要】
1.一种双离子型混合电容器,其特征在于,正极为石墨质多孔碳,负极为二次电池负极材料;充放电时,正极在中低电位为阴离子吸/脱附、在高电位下为阴离子嵌入和脱嵌,负极发生阳离子的法拉第反应。2.根据权利要求1所述双离子型混合电容器,其特征在于,所述石墨质多孔碳同时具备石墨质结构与多孔结构,其X射线衍射图谱中出现明显石墨特征峰,同时其比表面积≥400m2/g。3.根据权利要求1所述双离子型混合电容器,其特征在于,所述负极为锂离子电池负极材料,以锂盐的有机溶液为电解液。4.根据权利要求3所述双离子型混合电容器,其特征在于,所述负极材料为石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、钛酸锂、二氧化钛、硅或金属锂中的一种或多种,所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种,并以碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺和1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的一种或多种为电解液的有机溶剂。5.根据权利要求3或4所述双离子型混合电容器,其特征在于,所述电解液浓度为0.5-4M。6.根据权利要求1所述双离子型混合电容器,其特征在于,其输出能量密度≥120Wh/kg,最大输出功率密度≥40kW/kg,循环充放电1000次容量保持率≥80%。7.权利要求1所述双离...
【专利技术属性】
技术研发人员:黄正宏,展长振,吕瑞涛,沈万慈,康飞宇,
申请(专利权)人:清华大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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