[发明专利]一种混合电化学电容器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合超级电容器及其制造方法，尤其涉及一种正极活性物质是锂的过渡金属化合物，负极活性物质为多孔活性碳，电解液为非水锂盐溶液组成的混合超级电容器及其制造方法。

背景技术

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，它在保留传统电容器功率密度大的特点的同时，其静电容量可达法拉级甚至数千法拉，因此还有能量密度较高的特点，同时超级电容器还具有充放电速度快、充放电效率高、寿命长、安全性好、环境友好等优点，是一种新型、实用、高效的储能器件。

超级电容器按照储能原理不同，可以分为两类：

(1)界面双电层原理。固体电极浸在电解质溶液中，当施加低于溶液的分解电压时，在固体电极与电解质溶液的不同两相间电荷会在极短距离内分布、排列，从而形成紧密的电双层(Electric Double Layer)。能量以电荷或浓缩的电子存储在电极材料的表面，充电时电子通过外电源从正极传到负极，同时电解质本体中的正负离子分开并移动至电极表面；放电时电子通过负载从负极移至正极，正负离子则从电极表面释放并移动返回电解质本体中。从1954年Beck申请活性炭做电极材料的双电层电容器专利至今，对碳基超级电容器电极材料的研究已进行了40多年，技术已趋于成熟，主要集中在制备具有较高比表面积和较小内阻的多孔碳材料和对碳基材料进行改性研究等方面。经研究可满足要求的碳基材料主要有：活性炭、碳黑、纳米碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、网络结构活性炭以及某些有机物的炭化产物等。

(2)赝电容原理。在电极表面或体相中的二维或准二维空间上电活性物质进行欠电位沉积发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原反应产生与电极充电电位有关的电容。电极材料包括过渡金属氧化物和导电高分子材料。

由此，可以制成三种类型的超级电容器。(1)两个电极均为界面双电层层原理的超级电容器称为双电层电容器；(2)两个电极均为赝电容原理的电化学电容器称为赝电容器；(3)一个电极为界面双电层原理，另一个电极为赝电容原理的超级电容器称为混合电容器。本发明就属于这种混合电容器。

在电极面积相同的情况下赝电容器和混合电容器的比电容可以是双电层电容器的10～50倍。现在已经成为研究的热点。

电化学电容器在很多领域都有广阔的应用前景：

(1)后备电源。目前超级电容器应用最广的部分是电子产品领域，主要是充当CMOS(互补金属氧化物半导体)保护、计时器、钟表、录像机、移动电话等的后备电源。

(2)替换电源。例如白昼-黑夜的转换，白天太阳能提供电源并对电化学电容器充电，晚上则由超级电容器提供电源。典型的应用有：太阳能手表、太阳能灯、路标灯、公共汽车停车站时间表灯、汽车停放计费灯和交通信号灯等。

(3)主电源。通过一个或几个超级电容器释放持续几毫秒到几分钟的大电流，放电之后，超级电容器再由低功率的电源充电。典型应用包括电动玩具，航空模型等。

(4)功率辅助电源。与蓄电池并联使用，超级电容器提供功率辅助，平衡电源体系的脉冲功率。目前已应用于数码相机、数码摄像机、太阳能电池设备和燃料电池设备等。特别是在电动汽车上的应用，给超级电容器的发展提供了广阔的空间。例如在汽车启动、加速、爬坡时提供高功率，以保护蓄电池，在刹车时回收储存多余能量。

申请号为200510020331.2、发明名称为“一种复合氧化物电极材料及其制备方法和混合型超级电容器”的专利申请，公开了一种复合氧化物电极材料及其制备方法和电极及混合型超级电容器。所述的复合氧化物电极材料是指以锂、钛(原子个数比约为2∶3)为主要金属元素的复合氧化物Li₂Ti₃O₇。本发明合成出的复合氧化物电极材料具有140mAh/g的比容量。复合氧化物Li₂Ti₃O₇的品格为正斜方结构，能提供一定量的阳离子空位，适合于作为一种电极应用在混合型超级电容器当中。使用该种复合氧化物电极材料的混合型电化学电容器具有高比容量和优良的循环性能，表现出较好的倍率放电特性，适合于用作大功率用电设备的电源部分。