[发明专利]高能电化学电容器

说明书

技术领域

本发明属于电解型电容器领域，具体的说，涉及一种高能电化学电容器。

背景技术

目前，电化学电容器面临的最大挑战是如何大幅提高能量密度。截止目前，许多研究工作对电化学双电层电容器(包括电极材料的孔径和来自电解液的离子易接近性之间的关系)进行了大量研究，并发展了各种假电容电极材料。其目的都是为了增大电容器的电荷储存能力。由于电化学双电层电容器在充放电过程中电解质溶液发生离子的分离和离子在电极表面的聚集，导致电解质溶液的电阻在电容器充放电过程中发生增大和减小的反复变化，严重影响电容器的容量性质、功率性质和循环性能。根据能量密度理论，电化学双电层电容器和不对称电容器的能量密度主要受到工作过程中可得到的离子的数量(或电解质盐的浓度)的限制。与先进的锂离子电池相比，电化学双电层电容器的能量密度远小于锂离子电池，其主要原因是电化学双电层电容器在充电过程消耗来自电解质溶液中的离子、电解质溶液的浓度减小。而锂离子电池在工作过程中始终保持电解质溶液浓度恒定。

现有技术的缺点：电解质溶液的浓度在工作过程中不恒定，导致电解质溶液的电阻发生变化，影响电容器的容量性质、功率性质和循环性能。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明的目的之一在于提供一种在工作过程中电解质溶液浓度始终保持恒定的高能电化学电容器。

本发明目的是这样实现的：

一种高能电化学电容器，包括负极、正极和有机电解质溶液，其关键在于：所述负极为锂化的锂离子嵌入/脱嵌型的电极，该电极由硬碳、稳定锂粉和第一粘结剂制成的浆料涂覆在铜箔上制备得到；所述正极为大比表面积的电双层电极，该电极由炭黑、活性炭和第二粘结剂制成的浆料涂覆在铝箔上制备得到；所述有机电解质溶液由电解质盐溶解于混合溶剂中制备得到。

上述负极的制备为：先将硬碳和稳定锂粉充分混合，然后进行球磨粉碎4h以上，再加入第一粘结剂制成浆料，将混合物浆料涂覆在预先清洗干燥过的铜箔上，涂覆厚度为20～30μm，然后放入真空干燥箱中在温度为130～150℃的条件下烘干24h以上得到极片。

上述硬碳：稳定锂粉：第一粘结剂的质量份数比为80∶15∶5。

上述第一粘结剂为聚偏二氟乙烯。

上述正极的制备为：先将炭黑、活性炭和第二粘结剂混合后充分研磨成浆料，再将混合后的浆料涂覆在预先清洗干燥过的铝箔上，涂覆厚度为20～30μm，然后放入真空干燥箱中在温度为130～150℃的条件下烘干24h以上得到极片。

上述炭黑：活性炭：第二粘结剂的质量份数比为84∶8∶8。

上述第二粘结剂为5％的聚四氟乙烯乳液。

上述有机电解质溶液的制备为：电解质盐溶解于1mol/L的混合溶剂中制备得到有机电解质溶液。

上述电解质盐为LiPF₆。

上述混合溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯按质量份数比为1∶1∶1的比例制成。

有益效果：

本发明电化学电容器，在充电时锂离子从锂化负极脱出进入电解液，同时溶液中的锂离子在电场作用下迁移到活性炭正极表面形成电双层，放电时发生充电过程的逆过程，从而能保持电容器在工作过程中电解质溶液浓度始终恒定不变。

附图说明

图1为本发明高能电化学电容器的结构及工作原理示意图；

图2为活性炭电极在0.4mA/cm²恒流条件下的充放电曲线；

图3为锂化电极在80μA/cm²恒流条件下的充放电曲线；

图4为高能电化学电容器在80μA/cm²恒流条件下的充放电曲线；

图5为高能电化学电容器在80μA/cm²恒流条件下的充放电循环效率和能量

密度随充放电次数的变化图。

具体实施方式

实施例：

一种高能电化学电容器，由正极、负极和有机电解液组成：

所述负极为锂化的锂离子嵌入型/脱出型电极，其制备方法为：按质量份数先将80份的硬碳和15份的稳定锂粉充分混合，进行球磨粉碎4h，再加入5份的聚偏二氟乙烯粘结剂制成浆料，然后将混合物浆料涂覆在预先清洗干燥过的铜箔上，涂覆厚度为20～30μm，放入真空干燥箱在温度为140℃的条件下烘干24h得到电极。