[发明专利]用于三伏超级电容器的电解质

说明书

本发明涉及用于三伏超级电容器的电解质和一种双电层超级电容器。所述双电层超级电容器被配置以维持在三伏工作电压下的期望的操作，其中所述电容器包括外壳组件、第一和第二集电器、电耦合到第一与第二集电器的一个上的正电极和负电极、以及定位在正电极与负电极之间的隔板。所述电容器还可包括与所述电极和所述隔板处于离子接触的电解质，所述电解质具有乙腈和摩尔浓度小于1的季铵盐。

分案说明

本申请是申请日为2015年4月8日、国家申请号为201380052534.2、发明名称为“用于三伏超级电容器的电解质”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明通常涉及电能存储装置，且更具体地说，涉及用于电能存储装置如双层电容器的电解质的设计。

背景技术

电能蓄电池广泛用于向电子、电动机械、电化学及其它有用的装置提供电力。这类电池包括一次化学电池、二次(可充电)电池、燃料电池以及各种类型的电容器，包括超级电容器。电能蓄电池的一些特征包括能量密度、功率密度、充电率、内部泄漏电流、等效串联电阻(ESR)以及经受多个充电-放电循环的能力。出于许多原因，可存储相对大量电荷的电容器被称为超级电容器(supercapacitor/ultracapacitor)，其在各种电能蓄电池中已经异军突起。

超级电容器的工作电压的增加可提供提高的能量存储和功率容量。然而，电容器的各种组件当经受电压提高的工作条件时可展现不稳定性。举例来说，在电容器的一个或多个组件中的不稳定性可能促使电容器性能的恶化，包括但不限于过度的电容衰减和在循环操作或DC寿命(也称为日历寿命)中的等效串联电阻(ESR)增加、自放电、假电容和/或气体形成。

发明内容

在一些实施方式中，所述外壳组件包括暴露于电解质的内表面和外表面，并且其中保护涂层沿着所述内表面的至少一部分施加。保护涂层可包含聚合物材料或导电材料。聚合物材料可包括以下的至少一种：聚环氧化物、聚烯烃、聚乙烯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚氨酯、乙烯-丙烯橡胶、聚(对亚二甲苯基)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、氟化乙烯-丙烯、和/或其共聚物。导电材料可包括导电碳，包括石墨。

在一些实施方式中，电解质包含季铵盐。所述盐可包括选自由以下组成的组的阳离子：三乙基甲基铵、螺-(1,1')-双吡咯烷鎓盐和四乙基铵。所述季铵盐可包括选自由以下组成的组的阴离子：四氟硼酸盐和碘化物。电解质可包括乙腈。在一些实施方式中，电解质的盐浓度可在约0.7摩尔/L(M)与约1.0M之间。在一些实施方式中，电解质的盐浓度可为约0.8M。

电解质盐的阳离子可包括对称的阳离子，包括例如三乙基甲基铵。在一些实施方式中，电解质盐的阳离子可包括不对称的阳离子，包括例如三乙基甲基铵。在一些实施方式中，电解质盐可包括螺环化合物，包括对称和不对称的螺环化合物。例如，电解质可包括N-螺双环化合物，包括具有5元环状环的对称的N-螺双环化合物。在一些实施方式中，电解质可包括不对称的螺环化合物，包括具有尺寸不等的环结构的不对称的螺环化合物。对称的螺环化合物可包括螺-(1,1')-双吡咯烷鎓四氟硼酸盐(spiro-(1,1')-bipyrrolidiniumtetrafluoroborate)。

在一些实施方式中，隔板包括膜，所述膜包括纸。在一些实施方式中，隔板包括膜，所述膜包括纤维素。在一些实施方式中，隔板包括膜，所述膜包括纤维素纤维。

在一些实施方式中，正电极或负电极包括集电器和碳基材料中的至少一种。碳基材料可包括活性炭、炭黑及粘合剂树脂中的至少一种。

在一些实施方式中，正电极或负电极包括优化以用于其中的离子迁移的大孔率、中孔率和微孔率。

在一些实施方式中，正电极包括大于负电极的第二厚度的第一厚度。第一厚度可大于第二厚度约10％。第一厚度可大于第二厚度约20％。