[发明专利]一种用于全固态电储能器件的电子存储材料

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于全固态电储能器件的电子存储材料。

背景技术

20世纪90年代以来，清洁能源利用的呼声日渐高涨，以保证人类能源的可持续供应，然而我国储能仍处于初级发展阶段，无法大规模的投入应用。目前能源市场迫切需要储能技术，但市场上储能技术种类繁多，每种储能技术或多或少都存在问题。如锂离子电池虽然其能量密度高、循环寿命长、自放电功率小、无记忆效应和绿色环保等，但其安全性、成本、容量等问题仍未得到解决，尤其是其功率密度较低(这主要是由于电池要通过电化学反应才能产生电荷并进行电能的存储，因此，电池的充电或放电需要一定的时间，导致其功率密度较低)。

超级电容器是近年来发展起来的一种介于传统电容器和二次电池之间的新型储能器件，它具有比能量高，功率密度大，清洁无污染、充放电速度快、寿命长达百万次，是一种新型、实用、高效的储能器件。但是，超级电容的能量密度仍远小于锂电池，这限制了超级电容器在储能领域的应用。同时，由于仍然使用液态电解质，这种电容器同样存在电解质渗漏等安全隐患。

因此，开发一种既有较高的能量密度，又具有大的功率密度的全固态电储能器件对于储能具有重要的意义，有助于提高能源的利用效率，其储能器件的电子存储材料对于全固态电储能器件的功率密度、能量密度、充放电电压等有着重要的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高的电子迁移率、高的电子亲和势、稳定性好的用于全固态电储能器件的电子存储材料。

本发明的电子存储材料为具有大共轭结构的有机金属配合物。

所述的有机金属配合物是铝、锌、镓、铟的配合物；

优选的有机金属配合物为

中的一种；

其中，所述的R1为铝、镓、铟中的一种；

所述的R2为铝、镓、铟中的一种；

所述的R3为铝、镓、铟中的一种；

所述的R4为CH₃OH、Cl中的一种；

所述的金属配合物纯度≥96％；

所述的电子存储材料制备全固态电储能器件时，正电荷存储材料可以为有机硅化合物、聚对苯撑乙烯、聚乙烯咔唑、聚酚噻嗪中的一种或几种的混合物；

所述的电子存储材料制备全固态电储能器件时，可以用真空蒸镀、湿法、蒸气喷印、气相沉积、丝网印刷、喷墨打印的方法制备成电子存储材料薄膜，薄膜的厚度为100nm～10μm；

所述的电子存储材料制备全固态电储能器件时，电极为金属银或其合金、金属铝或其合金、金属铝包覆氧化铝薄膜中一种；

所述的电子存储材料制备全固态电储能器件时，绝缘材料为有机聚合物/高介电常数物质的混合物；

其中，所述的有机聚合物为聚酰亚胺、聚酯、聚四氟乙烯中的一种；

所述的高介电常数物质为钨酸铅、钛酸钡中的一种。

本发明的用于全固态电储能器件的电子存储材料具有如下优点：

(1)本发明的电子存储材料具有较高的电子亲和势，有利于电子的注入与存储，提高器件的储能效率；

(2)本发明的电子存储材料具有高的电子迁移率，有利于电子的迁移，提高储能器件的充放电效率；

(3)用本发明的电子存储材料制备全固态电储能器件时，可选择的正电荷存储材料种类多且全固态电储能器件的能量密度大，功率密度高。

具体实施方式

实施例1

选择纯度为96％的三(8-羟基喹啉)铝为电子存储材料，聚乙烯咔唑聚合物(平均分子量为1930)为正电荷存储材料，聚酰亚胺/钨酸铅混合物(质量比4∶1)为复合绝缘材料，金属银为电极材料，采用真空蒸镀的方法制备有机薄膜。采用真空蒸镀技术在金属银表面制备一层面积为10×10cm²，厚度为10μm的三(8-羟基喹啉)铝，然后在三(8-羟基喹啉)铝表面旋涂一层厚度为5μm的聚酰亚胺/钨酸铅复合绝缘材料。最后在绝缘材料表面旋涂一层厚度为6μm的聚乙烯咔唑聚合物(平均分子量为1930)。干燥固化后，在聚合物表面真空蒸镀一层100nm厚的金属银，即得到全固态电储能器件。测试表明，该全固态电储能器件在2min内完成充电，能量密度为514Wh/kg，功率密度为8.2kW/kg。

实施例2