一种高电压超级电容器制造技术

本发明专利技术公开了一种高电压超级电容器，包含电解液和浸入电解液的电芯，电芯是由正电极、负电极及设置于正电极和负电极中间的隔膜组成，正电极和负电极上附着有活性炭，其特征在于，所述电解液的溶质为双吡咯烷螺环季铵盐、N,N‑二甲基吡咯烷四氟硼酸铵、N‑甲基‑1‑氮杂二环[2.2.2]辛烷四氟硼酸铵中的一种，所述电解液的溶剂为环丁砜、二甲基硫醚、二甲基亚砜、二乙基砜中的一种或多种；所述正电极和负电极的质量比大于1。本发明专利技术对电解液、正负极片的质量比以及对活性炭的制备方法进行改进优化，相互兼容和协同，使得采用本发明专利技术提供的超级电容器在3.0V高压下，副反应少，产气量少，内阻变化量小，容量衰退率低，3.0V 65℃高温负荷寿命由500小时提升至2000小时。

【技术实现步骤摘要】
一种高电压超级电容器
本专利技术涉及电化学领域，特别是涉及了一种高电压超级电容器。
技术介绍
超级电容器是近年来出现的一种介于传统电容器和二次电池之间的新型环保储能器件，一方面，与传统电容器相比，超级电容器有着更高的能量密度；另一方面，与蓄电池相比，超级电容器具有较高的比功率密度和更长的循环使用寿命。因此，超级电容器结合了传统电容器与蓄电池的优点，是一种良好的功率补偿和储能装置，并已成功应用在消费电子类产品(例如计算机等)、能源交通(例如电动汽车、太阳能和风能储能等)、医疗器械、通信设备、功率补偿等领域。当前超级电容器行内最常见的产品多采取正负极质量相同的电极进行卷绕，电解液溶质采用四乙基四氟硼酸铵(TEABF4)，溶剂为碳酸丙烯酯(PC)或乙腈(AN)，产品耐压值分别为2.5V及2.7V。根据公式Q=1/2CU2，电容器的储电量与耐压值的平方成正比，耐压值越低，产品的储电量也就越低。可见，现有的超级电容器的耐压值都偏小，所以储电量太低，极大地限制了超级电容器的应用，因此，研发高电压超级电容器能有效突破超级电容器的瓶颈。电解液的分解电压决定电容器的工作电压，因此，研发高电压超级电容器使用的电解液能有效突破超级电容器的瓶颈，尤其是寻找耐电压更高的溶质，且更要实现超级电容器高耐电压与长寿命的良好平衡。
技术实现思路
为了弥补已有技术的缺陷，本专利技术提供一种高电压超级电容器。本专利技术所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：一种高电压超级电容器，包含电解液和浸入电解液的电芯，电芯是由正电极、负电极及设置于正电极和负电极中间的隔膜组成，正电极和负电极上附着有活性炭，其特征在于，所述电解液的溶质为双吡咯烷螺环季铵盐、N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸铵、N-甲基-1-氮杂二环[2.2.2]辛烷四氟硼酸铵中的一种，所述电解液的溶剂为环丁砜、二甲基硫醚、二甲基亚砜、二乙基砜中的一种或多种；所述正电极和负电极的质量比大于1。进一步地，所述正电极和负电极的质量比大于1，且小于2。进一步地，所述正电极和负电极的质量比为1.5。进一步地，所述电解液的浓度为1-2mol/L。进一步地，所述电解液的浓度为1.2mol/L。进一步地，所述电解液的溶质为双吡咯烷螺环季铵盐，所述电解液的溶剂为环丁砜和二甲基硫醚，其中，环丁砜和二甲基硫醚的体积比为5:5。进一步地，所述电解液的溶质为N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸铵，所述电解液的溶剂为环丁砜和二甲基硫醚，其中，环丁砜和二甲基硫醚的体积比为5:5。进一步地，所述电解液的溶质为N-甲基-1-氮杂二环[2.2.2]辛烷四氟硼酸铵，所述电解液的溶剂为环丁砜和二甲基硫醚，其中，环丁砜和二甲基硫醚的体积比为5:5。进一步地，所述活性炭是以石油焦为原料并经水蒸气活化制备而来。进一步地，所述高电压超级电容器是指超级电容器的耐压值为3V。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术对电解液、正负极片的质量比以及对活性炭的制备方法进行改进优化，相互兼容和协同，使得采用本专利技术提供的超级电容器在3.0V高压下，副反应少，产气量少，内阻变化量小，容量衰退率低，3.0V65℃高温负荷寿命由500小时提升至2000小时。需要说明的是本专利技术的技术效果是各个步骤技术特征协同作用的总和，各步骤之间具有一定的内在相关性，并非单个技术特征效果的简单叠加。具体实施方式一种高电压超级电容器，包含电解液和浸入电解液的电芯，电芯是由正电极、负电极及设置于正电极和负电极中间的隔膜组成。所述电解液的溶质为双吡咯烷螺环季铵盐、N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸铵、N-甲基-1-氮杂二环[2.2.2]辛烷四氟硼酸铵中的一种，所述电解液的溶剂为环丁砜、二甲基硫醚、二甲基亚砜、二乙基砜中的一种或多种。优选地，所述电解液的溶质为双吡咯烷螺环季铵盐，所述电解液的溶剂为环丁砜和二甲基硫醚，其中，环丁砜和二甲基硫醚的体积比为5:5；更优选地，所述电解液的溶质为N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸铵，所述电解液的溶剂为环丁砜和二甲基硫醚，其中，环丁砜和二甲基硫醚的体积比为5:5；更优选地，所述电解液的溶质为N-甲基-1-氮杂二环[2.2.2]辛烷四氟硼酸铵，所述电解液的溶剂为环丁砜和二甲基硫醚，其中，环丁砜和二甲基硫醚的体积比为5:5。电解液是超级电容器的重要组成部分，电解质的稳定性、分解电压、离子直径、电负性等是影响超级电容器性能的重要性能因素。目前超级电容的电解液的组成一般将四乙基四氟硼酸铵溶解在碳酸丙烯酯，或者乙腈中，这种电解液的上限电压仅为2.7V，能量密度受到很大限制。本专利技术对超级电容器电解液的配方进行了优化改进，对电解液中添加的溶质和溶剂组分进行了筛选设计，提高其耐高电压性能。该电解液能在高电压下（3.0V以上）使用，使超级电容器具有更高的能量密度和安全性能。所述正电极和负电极的质量比大于1。优选地，所述正电极和负电极的质量比大于1，且小于2；更优选地，所述正电极和负电极的质量比为1.5。电极是超级电容器的核心组成部分，由活性物质层与集流体组成，其性能好坏对超级电容器的容量、内阻等具有关键性的影响。通常，超级电容器的正电极和负电极的质量比为1。专利技术人经过大量研究发现，当正电极和负电极的质量比大于1，产品的耐压性能要大大优于正负极质量比等于1的产品。本专利技术中，所述电解液的浓度为1-2mol/L。优选地，所述电解液的浓度为1.2mol/L。本专利技术中，所述正电极和负电极上附着有活性炭。所述活性炭是以石油焦为原料并经水蒸气活化制备而来。活性炭是电极的活性物质，在超级电容器中的作用是用来吸附带电离子，储存电荷。当前市面上成熟的超级电容用活性炭生产工艺主要有两种：a、水蒸气活化(物理活化)，使用的原材料主要为自然成长的生物质材料，如：木材、竹子、椰壳、稻壳等，因原材料成分复杂，其中的微量元素较难除去，易造成副反应的发生；b、强碱活化(化学活化)，使用的原材料主要为煤炭、石油焦、沥青等，化学成分相对比较单一，但是由于活化过程中需要引入NaOH或KOH等强碱作活化剂，无形当中又引入了Na+或K+，而该两种离子较难除去。本专利技术中所使用的活性炭的生产工艺是集合了两者的优势，活化工艺采取水蒸气活化，原材料采用石油焦，极大地降低了杂质的引入，并且降低了活性炭表面官能团，可以明显提升超级电容器的耐压性能。具体地，所述活性炭的制备方法为：（1）将石油焦破碎，烘干备用；（2）将上述石油焦置于炭化炉中，在氮气保护的情况下升温至800-900℃，以0.4mL/min的速度通入水蒸气活化，活化时间为1-2h，然后自然冷却至室温。需要特别说明的是，对电解液、正负极片的质量比以及对活性炭的制备方法进行改进优化，三者之间并不是独立的，耐压值高是相互协同所得到的，是不可分割的。本专利技术中，所述的正电极和负电极还包括集流体、导电剂、粘结剂。本专利技术对粘结剂的种类不作特别限定，作为举例，可以为聚四氟乙烯(PTFE)、均聚或共聚偏氟乙烯(PVDF)、改性聚丙烯酸及其酯类、丁苯橡胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠。本专利技术对导电剂的种类不作特别限定，作为举例，可以为乙炔炭黑、导电碳纤维、导电石墨。本专利技术对集流体的种类不作特别限定，作为举例，可以为铝箔、铝网、铜箔、铜网、泡沫镍、镍箔或镍网，正极集流体和负极集流体可选择同一种集流体，也可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电压超级电容器，包含电解液和浸入电解液的电芯，电芯是由正电极、负电极及设置于正电极和负电极中间的隔膜组成，正电极和负电极上附着有活性炭，其特征在于，所述电解液的溶质为双吡咯烷螺环季铵盐、N,N‑二甲基吡咯烷四氟硼酸铵、N‑甲基‑1‑氮杂二环[2.2.2]辛烷四氟硼酸铵中的一种，所述电解液的溶剂为环丁砜、二甲基硫醚、二甲基亚砜、二乙基砜中的一种或多种；所述正电极和负电极的质量比大于1。

【技术特征摘要】
1.一种高电压超级电容器，包含电解液和浸入电解液的电芯，电芯是由正电极、负电极及设置于正电极和负电极中间的隔膜组成，正电极和负电极上附着有活性炭，其特征在于，所述电解液的溶质为双吡咯烷螺环季铵盐、N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸铵、N-甲基-1-氮杂二环[2.2.2]辛烷四氟硼酸铵中的一种，所述电解液的溶剂为环丁砜、二甲基硫醚、二甲基亚砜、二乙基砜中的一种或多种；所述正电极和负电极的质量比大于1。2.如权利要求1所述的高电压超级电容器，其特征在于，所述正电极和负电极的质量比大于1，且小于2。3.如权利要求2所述的高电压超级电容器，其特征在于，所述正电极和负电极的质量比为1.5。4.如权利要求1所述的高电压超级电容器，其特征在于，所述电解液的浓度为1-2mol/L。5.如权利要求4所述的高电压超级电容器，其特征在于，所述电解液的浓度为1.2mol/L。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘泳澎，陈声日，贾伟，蒙志然，冯炯伟，
申请(专利权)人：肇庆绿宝石电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44