[发明专利]一种采用网状隔膜的胶体电解质超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用网状隔膜的胶体电解质超级电容器，属于超级电容器技术领域。

背景技术

超级电容器是一种性能介于传统电容器和二次电池之间的新型储能器件，具有比传统电容器能量密度高，比二次电池功率密度大的优点。此外，超级电容器还具有充放电速度快、效率高、循环寿命长、工作温度范围宽、安全性高等特点。近年来，超级电容器已经成为化学电源领域研究与开发的新热点。

目前市售超级电容器大多采用铝塑膜封装或金属外壳封装，使用水系或有机系电解液。在运输和使用过程中，这种超级电容器容易出现外壳破损；此外，电解液的腐蚀作用也有可能造成超级电容器外壳的破损。超级电容器的外壳破损会造成电解液的外泄，不仅会对环境造成污染，而且有可能引发火灾。为此，胶体电解质超级电容器的研发逐渐引起人们的关注。胶体电解质能够克服液体电解质（如强酸、强碱等）腐蚀性强、环境污染重等不足，以及有机电解液（尤其是锂离子电池电解液）易燃等缺陷，从而避免发生电解液泄漏及火灾等安全事故。中国专利CN101901690A报道了一种微型超级电容器及制备方法。这种微型超级电容器以聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和氢氧化钾的水凝胶为电解质，不使用隔膜。采用无隔膜结构设计，能有效降低电解液中电解质离子的迁移阻力，从而提高微型超级电容器的倍率性能。但是在无隔膜超级电容器的封装过程中，容易造成正负极间的短路。因此这种无隔膜结构的超级电容器不能采用传统的卷绕（圆柱形、方形软包）和叠片（软包）方式进行封装，必须采用特殊的封装方式。中国专利CN101527204A报道了一种凝胶电解质超级电容器及制备方法。该超级电容器采用聚丙烯酰胺凝胶做电解质，采用有隔膜结构进行封装。该超级电容器的比电容较低，其原因可能与隔膜孔隙率过低有关。在通用隔膜（如聚丙烯隔膜）中由胶体构成的电解质离子迁移通道较少，使电解液离子的迁移受到限制，造成超级电容器的内阻增大，从而降低超级电容器在高倍率下的充放电能力。

在胶体电解质超级电容器中，采用一种新型的大孔隙率的柔性丝网代替传统的隔膜，有望使上述问题得到解决。使用丝网分隔正负极片，既能避免在封装和使用过程中超级电容器内部发生短路，又能保证在充放电过程中电解液离子能够在正负极间快速迁移。因此，采用丝网做隔膜的胶体电解质超级电容器具有更高的安全性和较低的内阻，适合于高倍率充放电的应用场合。此外，采用柔性网状隔膜的胶体电解质超级电容器可以采用卷绕式或叠片结构，用金属外壳或铝塑膜进行封装。即采用柔性网状隔膜的胶体电解质超级电容器可以采用和液体电解质超级电容器相同的结构和封装方式。所以超级电容器企业可以采用现有的液体电解质超级电容器生产线生产本发明所公开的采用柔性网状隔膜的胶体电解质超级电容器，使产品得到更新换代，而又不增加额外的设备投入。

发明内容

本发明针对现有液体电解液超级电容器容易发生电解液泄露，无隔膜胶体电解质超级电容器易发生内短路，采用普通隔膜的胶体电解质超级电容器内阻过大的问题，提出一种采用网状隔膜的胶体电解质超级电容器。

本发明提供的采用网状隔膜的胶体电解质超级电容器，其特征在于：采用网状隔膜代替传统的隔膜，该网状隔膜位于正电极和负电极之间，将正、负电极隔开；胶体电解质充满正、负电极活性物质的孔道，并通过网状隔膜的网孔相互连通，构成电解质离子迁移通道；正、负电极采用碳基材料、金属氧化物、导电聚合物及其复合材料做活性物质，正、负电极可采用同种或不同种活性物质构成对称型和不对称型超级电容器。

其中，所述网状隔膜优选为玻璃纤维网、尼龙丝网、聚酯丝网、蚕丝网、棉丝网中的一种；网孔目数为5～1500目。

本发明所述采用网状隔膜的胶体电解质超级电容器，其特征在于：所述胶体电解质为由聚乙烯醇-酸构成的水系凝胶、由聚乙烯醇-碱构成的水系凝胶、聚乙烯醇-盐的水凝胶、由聚乙烯醇-离子液体构成的水系凝胶、由聚乙烯醇/羧甲基纤维素钠-碱构成的水系凝胶、由聚丙烯酰胺-酸构成的水系凝胶、由聚丙烯腈-离子液体构成的水系凝胶中的一种或多种。其中凝胶电解质中聚乙烯醇、聚乙烯醇/羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺和聚丙烯腈的质量百分含量为1%～50%；其中构成凝胶电解质的酸为硫酸、盐酸、硝酸和磷酸中的一种或多种，其浓度为0.1～5mol/L，碱为氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或两种，其浓度为0.1～10mol/L，盐为可溶性锂盐、钠盐和钾盐中的一种或多种，其浓度为0.1～5mol/L。