專利名稱：高功率雙電層電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙電層電容器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種工作電壓為3V的高功率雙電層電容器。
背景技術(shù)：
電化學(xué)雙電層電容器(EDLC)是指具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)電容器容量、利用雙電層充放電原理的裝置，一般正負(fù)極都采用同樣的活性物質(zhì)，如活性碳、碳纖維、碳布、碳?xì)饽z、 碳納米管、炭黑、石墨烯，作為電極活性物質(zhì)，各自形成一個雙電層，分別吸引電性相反的等量電荷。其特點(diǎn)是比電容大、比功率高、循環(huán)壽命長、使用溫度范圍寬和對環(huán)境友好，具有廣闊的應(yīng)用前景。因此電極材料是決定EDLC性能的關(guān)鍵之一，其制備工藝和電化學(xué)性能已有大量的相關(guān)研究，而有關(guān)EDLC體系的研究相對較少。現(xiàn)有的EDLC —般正、負(fù)極質(zhì)量相等，而事實(shí)上正、負(fù)極在各自的極化區(qū)表現(xiàn)出不同的電化學(xué)行為，使正、負(fù)極比容量有較大的差異，因此存在著正、負(fù)極的匹配問題，即一定總量的炭在正、負(fù)極應(yīng)如何分配，才使EDLC的性能最優(yōu)。同時，雖然EDLC的容量相對于傳統(tǒng)電容器大很多，循環(huán)壽命長、庫侖效率高，但相對于鋰離子電池，其比能量小、工作電壓低。與無機(jī)電解液體系相比，有機(jī)電解液體系的工作電壓與比能量較高，是EDLC的發(fā)展趨勢，如能進(jìn)一步提高其工作電壓，則可以使其比能量也大幅度增加。同時由于有機(jī)電解液的電導(dǎo)率小，約比無機(jī)電解液低兩個數(shù)量級，影響了有機(jī)系EDLC的功率特性，因此如何在提高有機(jī)系EDLC的能量特性的同時保證其功率特性則是一個難點(diǎn)。目前常用的電解液一般選用分解電壓較高、介電常數(shù)較高和低溫特性較好的乙腈作為溶劑，同時采用四乙基四氟硼酸胺鹽或者三乙基一甲基四氟硼酸胺鹽作為溶質(zhì)，這種配方的電解液能取得良好的導(dǎo)電效果，但是由于乙腈的沸點(diǎn)較低(81°C)，因此會影響EDLC 的高溫性能。而如果選用其他高溫性能更好的溶劑，如碳酸丙烯酯PC，則會造成EDLC的內(nèi)阻增大，使得雙電層電容器EDLC的使用領(lǐng)域受到制約。目前采用上述常用有機(jī)電解液體系的對稱型EDLC的功率密度一般能達(dá)到 5000-6000 W/Kg，但由于工作電壓最高只有2. 7V，當(dāng)工作電壓高于2. 7V時，溶質(zhì)四乙基四氟硼酸胺鹽(Et4NBF4)會發(fā)生分解，因此能量密度偏低，只能達(dá)到3-5Wh/Kg，同時受電解液溶劑的制約，高溫性能不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種工作電壓為3V的高功率雙電層電容器，提高雙電層電容器的功率特性和高溫性能。本發(fā)明提出一種工作電壓為3V的高功率雙電層電容器，所述雙電層電容器的電角軍雙了#四iWHSI.，5_Azoni￡ispiro[4. 4]nonane, tetraf luoroborate (1-), ^v 子式為C8H16N. BF4 ；有機(jī)電解液的溶劑由乙腈(CH3CN)和高溫穩(wěn)定劑3-甲基環(huán)丁砜，分子式為C5HltAS組成；雙電層電容器正負(fù)極活性物質(zhì)的質(zhì)量配比為1. 1 1. 3。其中，所述雙電層電容器正負(fù)極的活性物質(zhì)為活性碳、碳纖維、碳布、碳?xì)饽z、碳納米管、炭黑、石墨烯中的任一種或幾種。較優(yōu)地，所述正負(fù)極活性物質(zhì)的質(zhì)量配比為1. 20。優(yōu)選地，所述正負(fù)極活性物質(zhì)是碳纖維，正負(fù)極質(zhì)量配比為1. 15。優(yōu)選地，所述正負(fù)極活性物質(zhì)是碳布，正負(fù)極質(zhì)量配比為1. 21。優(yōu)選地，所述正負(fù)極活性物質(zhì)是碳?xì)饽z，正負(fù)極質(zhì)量配比為1. 22。優(yōu)選地，所述正負(fù)極活性物質(zhì)是碳納米管，正負(fù)極質(zhì)量配比為1. 17。優(yōu)選地，所述正負(fù)極活性物質(zhì)是炭黑，正負(fù)極質(zhì)量配比為1. 25。優(yōu)選地，所述正負(fù)極活性物質(zhì)是石墨烯，正負(fù)極質(zhì)量配比為1. 12。本發(fā)明雙電層電容器采用高穩(wěn)定性的單一溶質(zhì)雙丁環(huán)四氟硼酸銨 5-Azoniaspiro[4. 4]nonane, tetrafluoroborate (1_)，豐及 舌個生.MtiS]的質(zhì)量配比，提高雙電層電容器的工作電壓，工作電壓可由傳統(tǒng)的2. 7V提高到3. 0V，從而提高電容器的比能量和比功率，其比能量可到達(dá)8Wh/kg，比功率可達(dá)6000W/kg，循環(huán)壽命可達(dá)到120萬次。同時，通過在電解液中添加高溫穩(wěn)定劑3-甲基環(huán)丁砜，提高雙電層電容器的高溫性能，使雙電層電容器可成功應(yīng)用于對溫度要求比較高的新能源、航天、航空領(lǐng)域以及軍事領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式下面首先將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的高功率雙電層電容器的實(shí)施方法。下面的制備方法僅用于對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的范圍的限制。
本發(fā)明雙電層電容器采用高穩(wěn)定性的單一溶質(zhì)
5-Azoniaspiro[4.4]nonane, tetrafluoroborate (1-), 結(jié)構(gòu)式為
權(quán)利要求
1.一種工作電壓為3V的高功率雙電層電容器，其特征在于，所述雙電層電容器的電HilflSl^rS-Azoniaspiro [4. 4]nonane, tetraf luoroborate (1-), ^v 子式為C8H16N. BF4 ；有機(jī)電解液的溶劑由乙腈(CH3CN)和高溫穩(wěn)定劑3-甲基環(huán)丁砜，分子式為C5HltAS組成；雙電層電容器正負(fù)極活性物質(zhì)的質(zhì)量配比為1. 1 1. 3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層電容器，其特征在于，所述雙電層電容器正負(fù)極的活性物質(zhì)為活性碳、碳纖維、碳布、碳?xì)饽z、碳納米管、炭黑、石墨烯中的任一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙電層電容器，其特征在于，所述正負(fù)極活性物質(zhì)的質(zhì)量配比為1. 20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層電容器，其特征在于，所述正負(fù)極活性物質(zhì)是碳纖維， 正負(fù)極質(zhì)量配比為1. 15。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層電容器，其特征在于，所述正負(fù)極活性物質(zhì)是碳布，正負(fù)極質(zhì)量配比為1.21。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層電容器，其特征在于，所述正負(fù)極活性物質(zhì)是碳?xì)饽z，正負(fù)極質(zhì)量配比為1.22。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層電容器，其特征在于，所述正負(fù)極活性物質(zhì)是碳納米管，正負(fù)極質(zhì)量配比為1. 17。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層電容器，其特征在于，所述正負(fù)極活性物質(zhì)是炭黑，正負(fù)極質(zhì)量配比為1.25。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層電容器，其特征在于，所述正負(fù)極活性物質(zhì)是石墨烯， 正負(fù)極質(zhì)量配比為1. 12。
全文摘要
本發(fā)明提出一種工作電壓為3V的高功率雙電層電容器，所述雙電層電容器的電解液溶質(zhì)為雙丁環(huán)四氟硼酸銨，5-Azoniaspiro[4.4]nonane,tetrafluoroborate(1-)，分子式為C8H16N.BF4；有機(jī)電解液的溶劑由乙腈(CH3CN)和高溫穩(wěn)定劑3-甲基環(huán)丁砜，分子式為C5H10O2S組成；雙電層電容器正負(fù)極活性物質(zhì)的質(zhì)量配比為1.1～1.3。本發(fā)明雙電層電容器采用高穩(wěn)定性的單一溶質(zhì)5-Azoniaspiro[4.4]nonane,tetrafluoroborate(1-)，通過調(diào)節(jié)正負(fù)極活性物質(zhì)之間的質(zhì)量配比，提高雙電層電容器的工作電壓，從而可提高電容器的比能量和比功率。同時，通過在電解液中添加高溫穩(wěn)定劑3-甲基環(huán)丁砜，提高雙電層電容器的高溫性能，使雙電層電容器可成功應(yīng)用于對溫度要求比較高的新能源、航天、航空領(lǐng)域以及軍事領(lǐng)域。
文檔編號H01G9/058GK102496469SQ20111039790
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者吳明霞, 安仲勛, 曹小衛(wèi), 楊恩東 申請人:上海奧威科技開發(fā)有限公司