[发明专利]锌离子混合超级电容器用电解液、锌离子混合超级电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器领域，具体而言，涉及一种锌离子混合超级电容器用电解液、锌离子混合超级电容器及其制备方法。

背景技术

目前，全球超过80％的能源消耗来自煤炭、石油、天然气等不可再生能源，由此带来的能源短缺和环境污染问题促进了对太阳能、风能等清洁可再生能源的使用和对能源存储器件的研发。在众多储能器件中，锂离子电池和超级电容器得到了最广泛的研究，广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑等便携式电子设备中。传统锂离子电池以石墨类材料作为负极，以过渡金属氧化物(LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiNiMnCoO₂)或聚阴离子型金属化合物(LiFePO₄)作为正极，以含有锂盐的有机物溶液作为电解液。但是，锂的化学性质比较活泼且在地球上的储量有限，导致现有锂离子电池的价格居高不下，且在使用过程中存在一定的安全隐患。此外，传统锂离子电池的功率密度比较低、循环寿命比较短。

超级电容器是一种介于传统电容器和二次电池之间的新型储能器件，从机理上超级电容器分为双电层电容器和赝电容器，双电层电容器通过电解质离子在电极表面形成的双电层来存储电能；赝电容器通过电极表面快速可逆的氧化还原反应来存储电能。超级电容器具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长、温度稳定性好、绿色环保等特点。混合超级电容器可以结合电池及超级电容器共同的优势，同时具有高能量密度、长循环寿命、高功率密度的特点。此外，由于锂在地球上的含量有限且价格高昂，开发基于其他离子的储能器件具有重要意义。

在公开号为CN103560019A和CN103545123A的中国发明专利中，中国第一汽车股份有限公司提出了基于锌离子的混合超级电容器。在公开号为CN103560019A的专利中，负极活性材料是能够进行离子可逆吸附的碳材料，正极活性材料为复合金属氧化物，电解液由锌盐和去离子水组成；在公开号为CN103545123A的专利中，负极活性材料是锌和能够进行离子可逆吸附的碳材料的复合物，正极活性材料是复合金属氧化物和能够进行离子可逆吸附的碳材料的复合物，电解液也由锌盐和去离子水组成。以上两个专利中提出的锌离子混合超级电容器都是使用的水系电解液，因此具有较低的工作电压，大电流会导致器件老化，产生气化膨胀，从而导致电解液泄露。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种锌离子混合超级电容器用电解液，该电解液的溶剂包括有机溶剂和/或离子液体，采用有机溶剂和/或离子液体作为溶剂能够使电容器在更高的工作电压和较大的温度范围内工作，而且工作过程中不会产生气化膨胀，减少了电解液泄露的风险，适合大电流密度工作。

本发明的第二目的在于提供一种锌离子混合超级电容器，该锌离子混合超级电容器包括上述锌离子混合超级电容器用电解液，具有工作电压高、工作范围广、倍率性能好、电解液不易泄露和使用寿命长的优点。

本发明的第三目的在于提供一种锌离子混合超级电容器的制备方法，该制备方法工艺合理，采用该方法制备得到的锌离子混合超级电容器具有工作电压高、工作范围广、能量密度高、倍率性能好、电解液不易泄露和使用寿命长的优点。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种锌离子混合超级电容器用电解液，所述电解液的溶剂包括有机溶剂和/或离子液体。

作为进一步优选地技术方案，所述有机溶剂包括酯类、砜类、醚类、腈类和烯烃类中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述离子液体包括咪唑盐类、吡啶盐类、季铵盐类和季膦盐类中的一种或至少两种的组合。

作为进一步优选地技术方案，所述电解液的电解质盐为锌盐，所述锌盐的浓度为0.1-10mol/L。

作为进一步优选地技术方案，所述锌盐包括三氟甲磺酸锌、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锌、四氟硼酸锌、六氟磷酸锌、六氟砷酸锌、高氯酸锌、双乙二酸硼酸锌、氯酸锌、磷酸锌、硝酸锌、硫酸锌、乙酸锌和氯化锌中的任意一种或至少两种的组合。

作为进一步优选地技术方案，所述电解液还包括添加剂；

所述添加剂在电解液中的含量为0.01-20wt.％，优选为10wt.％。

第二方面，本发明提供了一种锌离子混合超级电容器，包括上述锌离子混合超级电容器用电解液，还包括负极、隔膜和正极。