[发明专利]一种锌离子混合超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种锌离子混合超级电容器，属于电池和超级电容器。

背景技术

超级电容器是一种介于电池与普通电容之间的储能器件，具有比功率高，循环寿命长，大电流充放电，环境友好，安全及免维护的优点，在电子信息、仪器仪表、航空航天、交通运输等领域具有广阔的应用前景。超级电容器按照储能机理可以分为双电层电容器和电化学电容器，双电层电容器依靠正负极的碳材料可逆吸附离子进行储能，电化学电容器除了具有双电层储能外，还存在氧化还原反应，产生部分赝电容，比能量大幅提高。

近年来，将功率特性、能量特性明显的的超级电容器与其它类型的动力电池匹配复合电源使用，在满足节能及新能源汽车的使用要求的同时，可以大大提高电池的效率，延长使用寿命。例如，将锂离子电池与超级电容器组成复合电源，超级电容器可以在启动、加速、爬坡等大功率输出工况工作，锂离子电池提供汽车的续驶里程所需动力，二者的组合，提高了汽车的动力性能，延长了电池的使用寿命。

不同类型的动力电池与超级电容器的组合启发人们进行动力电池的内部结合研究，将某一种动力电池的特征元素与另外一种动力电池的特征元素，通过体系的优化设计，在同一单体内融合，可以使其兼具两种动力电源的特征，既有镍氢电池与超级电容器的组合，例如，1997年俄罗斯的ESMA公司将水系AC/Ni(OH)₂超级电容器成功用于汽车动力系统，为电池与超级电容器混合储能器件的快速发展奠定了基础。申请号200810111891.2的中国专利介绍了一种掺入碳纳米管和羰基镍的氢氧化亚镍正极，与电镀镍处理过的碳纤维组成的超级电容器，最大储能密度达到20Wh/kg。申请号201010265362.5的中国专利介绍了一种用于超级电容器的纳米氧化镍复合电极及其制备方法，在粉末状纳米氧化镍材料中掺入一定量金属元素制成复合材料，电极比容量高，成本低。

也有锂离子电池与超级电容器的融合，例如，日本的JM Energy、旭化成、NEC-TOKIN、ACT、帝客、FDK、太阳诱电、日立化成等研究开发锂离子电容器，部分已经实现商品化，日本富士重工业株式会社（公开号US2009/0197171 A1，US2010/0142121 A1，US2010/0128415 A1，US7,733,629 B2，申请号200580004509.2，申请号200580001498.2，申请号200680032109.7，申请号200680038604.9，申请号200680042376.2，申请号200680046167.5，申请号200680049541.7，申请号200710145884.X）有计划将锂离子电容器应用于斯巴鲁汽车。申请号为200410093962. 2的中国专利报道了一种高电压超级电容器，申请号200810046091.7的中国专利报道了一种含有C、Fe和P元素的高电位超级电容器电极材料，申请号201010280801.X的中国专利报道了一种磷酸铁锂负载在活性炭作为正极活性物质，申请号200710035051.8的中国专利报道了一种采用锂离子电池正极材料与超级电容器电极材料的混合物作为正极活性物质，申请号200710035205.3的中国专利报道了一种超级电容电池，正极活性电极材料采用锂离子嵌入化合物和多孔炭材料的混合物，负极活性电极材料采用多孔炭材料和石墨类材料的混合物，申请号为200810031490.6的中国专利报道了一种兼具超级电容器与锂离子电池特征的新型储能器件及其制造方法，申请号201010592947.8的中国专利报道了一种新型水系有机系混合型锂离子电池。对于液流体系，亦有很多研究。公开号为CN 1866427 A的中国专利报道了一种基于液相中的电化学活性物质的超级电容器。

除了对储能器件的结构进行研究外，人们对关键储能材料进行了开发研究。电极材料作为超级电容器的核心部分，直接影响到超级电容器的性能。常用的电极材料一般要求为：优越的循环寿命；较高的稳定性；对可能发生在电极表面的电化学反应阻力小；高比表面积；适当的孔径和孔径分布；保证电解液在孔道中的流通；良好的润湿性；有利于形成电极溶液界面；最小的欧姆内阻；易于加工。碳材料是目前应用最广，效率最高的超级电容器储能材料，但由于其依靠多孔材料的吸附聚集离子储能，能量密度较低。近年来，金属氧化物、含锂化合物、导电聚合物等相继被用作超级电容器材料，用以提高器件的能量密度。