水系電解液化學電容器的製造方法
2023-08-03 15:06:31 2
水系電解液化學電容器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種水系電解液化學電容器，其屬於水系電解液化學電容器【技術領域】。該技術方案包括外殼和設置於外殼內部的集流體、隔膜、表面塗有塗覆物的負極極片和正極極片、及電解液，所述電解液為水系電解液，該水系電解液是濃度為2.0～7.0mol/L的硝酸鎂水溶液。本技術所述的工作電壓為1.2～1.9V，工作溫度範圍為-40～80℃，電容器能量密度為為6.2～15wh·kg-1大、功率密度為180～6200w·kg-1，是通常酸鹼水系電解液電容器的2.2～5.0倍，可逆性能好，庫侖效率高，充放電循環10000次後容量仍可保持在92％以上，且安全、綠色環保、無腐蝕、工藝簡單與成本低，有很好的產業化前景。
【專利說明】水系電解液化學電容器
【技術領域】
[0001]本發明涉及水系電解液化學電容器【技術領域】，尤其涉及一中以硝酸鎂水溶液為電解液的電化學電容器。
【背景技術】
[0002]電化學電容器是一種能快速存儲/釋放能量的新型儲能裝置，由於其存儲的電容遠遠高於傳統電解質電容器，因此又將其稱作超級電容器。電化學電容器由電極材料、電解液、隔膜與外殼等構成。由炭材料組成的電化學電容器，其儲能方式主要是通過電解質溶液-炭電極材料的界面形成電雙層來實現的，期間並沒有產生氧化還原反應反應，儲能-釋能過程是可逆的。電化學電容器具有內阻小、充放電電流大、充放電效率高、循環壽命長(數萬至十萬次)、無汙染等獨特的優點，因此，應用範圍非常廣泛，且其市場規模也正在快速擴大。
[0003]電化學電容器的性能主要受電極材料和電解液的影響，對於同一種電極材料而言，其性能主要與電解液的物化性能緊密相連。電解液有水系電解液和有機電解液，其中水系電解液的黏度小、電導率大，比電容大，價格低，但工作電壓較低，低溫性能較差而應用受到一定的限制。如目前所應用的H2SO4水溶液、KOH水溶液和KCl水溶液等水系電解液，前兩者分別表現出強酸、強鹼性，腐蝕性大，對生產設備與電容器的外殼包裝有著較高要求，KCl水溶液對集流體腐蝕性大，使用範圍窄。對於目前商品化的有機電解液而言，如lmol/L的Et4NBF4/PC電解液，雖然有較高的工作電壓，表現出電容器具有較高的比能量，但是，電解液存在黏度大、電導率低、價格高、有機溶劑易揮發、電解質鹽易析出等不足，而使其應用受到限制。
【發明內容】
[0004]本發明為了克服上述的技術不足，提供一種水系電解液化學電容器，其目的是解決現有雙電層電容器工作電壓低、能量密度和功率密度小且對環境汙染大、成本高等的缺點。
[0005]為了解決上述的技術問題，本發明提出的基本技術方案為:一種水系電解液化學電容器，包括外殼和設置於外殼內部的集流體、以多孔聚丙烯薄膜製得的隔膜、表面塗有塗覆物的負極極片和正極極片、及電解液，所述電解液為水系電解液，該水系電解液是濃度為
2.0?7.0mol/L的硝酸鎂水溶液。其中，多孔聚丙烯薄膜的電阻率彡0.15 Ω κπΓ2，厚度為
0.028mm。
[0006]本發明所述的水系電解液化學電容器中，所述硝酸鎂水溶液是用去離子水配置而成。
[0007]本發明所述的水系電解液化學電容器中，所述集流體為鎳網。
[0008]本發明所述的水系電解液化學電容器中，所述塗覆物包括活性物質、導電劑和粘結劑，所述活性物質、導電劑和粘結劑按照重量百分比為8:1:1。
[0009]本發明所述的水系電解液化學電容器中，所述活性物質為活性炭，該活性炭的比表面積為2050m2/g。
[0010]本發明所述的水系電解液化學電容器中，所述導電劑為導電石墨粉，該導電石墨粉的粒度為300目。
[0011]本發明所述的水系電解液化學電容器中，所述粘結劑為聚四氟乙烯乳液，該聚四氟乙烯乳液的質量百分比濃度為60%。
[0012]本發明的有益效果是:
[0013]本發明採用的技術方案為以去離子水配置而成的濃度為2.0?7.0mol/L的硝酸鎂水溶液為電解液，以重量百分比為8: I: I的活性物質、導電劑和粘結劑製得的塗覆物塗覆在正極極片和負極極片的表面，通過該技術，使得雙電層電容器具有如下的性能:
[0014]1、工作電壓範圍大，為1.2?1.抑，工作溫度範圍寬，為-40?801:；
[0015]2、電容器能量密度為6.2?16wh.kg—1大、功率密度為180?6700w.kg—1，是通常酸鹼水系電解液電容器的2.2?7.0倍；
[0016]3、其可逆性能好，庫侖效率高，充放電循環10000次後容量仍可保持在92%以上；
[0017]4、安全、綠色環保、無腐蝕、工藝簡單與成本低，有很好的產業化前景。
【具體實施方式】
[0018]為了進一步了解本發明的技術方案，以下將以三個具體實施例對本發明的技術做進一步的說明。
[0019]實施例一
[0020]將比表面積為2050m2/g的活性炭、60%聚四氟乙烯乳液和粒度為300目的導電石墨按質量比為8: I: I的比例進行混合，加入無水乙醇調製成均勻粘稠物，然後烘乾，輥軋壓在以鎳網為材料製得的集流體負極極片和正極極片上；以用去離子水配置濃度為2.0mol/L的硝酸鎂水溶液為電解液，以電阻率彡0.15 Ω.cm2,厚度為0.028mm的多孔聚丙烯薄膜為隔膜隔開負極極片和正極極片，最後用外殼密封包裝，組裝成電化學電容器。該電化學電容器的特徵表現為:在5°C下，電容器工作電壓範圍為1.2?1.5V,電容器能量密度為6.4?15wh.kg'功率密度為200?4000?.kg_\是通常酸鹼水系電解液電容器的2.00?3.52倍，電容器的庫侖效率為99.9%，充放電循環10000次後容量仍可保持在98%。
[0021]實施例二
[0022]將比表面積為2050m2/g的活性炭、60%聚四氟乙烯乳液和粒度為300目的導電石墨按質量比為8: I: I的比例進行混合，加入無水乙醇調製成均勻粘稠物，然後烘乾，輥軋壓在以鎳網為材料製得的集流體負極極片和正極極片上；以用去離子水配置濃度為
4.0mol/L的硝酸鎂水溶液為電解液，以電阻率彡0.15 Ω ^cm 2，厚度為0.028mm的多孔聚丙烯薄膜為隔膜隔開負極極片和正極極片，最後用外殼密封包裝，組裝成電化學電容器。該雙電層電容器的特徵表現為:在20°C下，電容器工作電壓範圍為1.2?1.6V,電容器能量密度為6.5?11.5wh.kg—1、功率密度為220?4600?.kg—1，是通常酸鹼水系電解液電容器的
2.0?4.0倍，電容器的庫侖效率為98.6%，充放電循環10000次後容量仍可保持在96%。
[0023]實施例三
[0024]將比表面積為2050m2/g的活性炭、60%聚四氟乙烯乳液和粒度為300目的導電石墨按質量比為8: I: I的比例進行混合，加入無水乙醇調製成均勻粘稠物，然後烘乾，輥軋壓在以鎳網為材料製得的集流體負極極片和正極極片上；以用去離子水配置濃度為
6.0mol/L的硝酸鎂水溶液為電解液，以電阻率彡0.15 Ω ^cm 2，厚度為0.028mm的多孔聚丙烯薄膜為隔膜隔開負極極片和正極極片，最後用外殼密封包裝，組裝成電化學電容器。該電化學電容器的特徵表現為:在30°C下，電容器工作電壓範圍為1.2?1.9V，電容器能量密度為6.5?15wh.kg'功率密度為230?6200?.kg_S是通常酸鹼水系電解液電容器的
2.0?5.0倍，電容器的庫侖效率為95.6%，充放電循環10000次後容量仍可保持在93%。
[0025]根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發明並不局限於上面揭示和描述的【具體實施方式】，對本發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護範圍內。此外，儘管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本發明構成任何限制。
【權利要求】
1.一種水系電解液化學電容器，包括外殼和設置於外殼內部的集流體、隔膜、表面塗有塗覆物的負極極片和正極極片、及電解液，其特徵在於:所述電解液為水系電解液，該水系電解液是濃度為2.0?7.0mol/L的硝酸鎂水溶液。
2.如權利要求1所述的水系電解液化學電容器，其特徵在於:所述硝酸鎂水溶液是用去離子水配置而成。
3.如權利要求1所述的水系電解液化學電容器，其特徵在於:所述集流體為鎳網。
4.如權利要求1所述的水系電解液化學電容器，其特徵在於:所述塗覆物包括活性物質、導電劑和粘結劑，所述活性物質、導電劑和粘結劑按照重量百分比為8:1:1。
5.如權利要求4所述的水系電解液化學電容器，其特徵在於:所述活性物質為活性炭。
6.如權利要求5所述的水系電解液化學電容器，其特徵在於:所述活性炭的比表面積為 2050m2/g。
7.如權利要求4所述的水系電解液化學電容器，其特徵在於:所述導電劑為導電石墨粉。
8.如權利要求7所述的水系電解液化學電容器，其特徵在於:所述導電石墨粉的粒度為300目。
9.如權利要求4所述的水系電解液化學電容器，其特徵在於:所述粘結劑為聚四氟乙火布乳液。
10.如權利要求4所述的水系電解液化學電容器，其特徵在於:所述聚四氟乙烯乳液的質量百分比濃度為60%。
【文檔編號】H01G11/62GK104134549SQ201410380664
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月5日 優先權日:2014年8月5日
【發明者】代波, 溫祖標 申請人:深圳市鳴曦電子有限公司