[发明专利]一种高容量的电容器

说明书

技术领域

本发明涉及材料与能源领域，具体涉及一种高容量的电容器及其 制备方法。

背景技术

由于石油资源日趋短缺，并且燃烧矿物燃料会增加环境的负担， 科研工作者与企业都在致力于研究洁净的新型能源装置。锂离子电 池，燃料电池、镍氢电池和铅酸电池等产品的出现与性能提升，有利 于解决能源与环境问题。这些储能器件的使用寿命、温度特性、化学 电池污染环境、系统复杂、造价高昂等问题一直没有很好的解决办法。 超级电容器在这些以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传 统的化学电池用于高功率的应用场合。但是电容器的容量特性一直是 限制其应用的软肋。

目前常见的超级电容器为双电层电容器，它是一种利用双电层原 理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电 容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电 容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上 形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两 个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位 置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间 电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离 电解液，超级电容器为正常工作状态(通常为3V以下)，如电容器 两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正 常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄 放，电解液的界面上的电荷相应减少。但这类电容器的能量密度仍低 于锂离子电池这类储能器件，为此人们研发了赝电容电容器、锂离子 电容器、电池电容混合电容器等新型储能器件，伴随着能量密度的提 升，其主要的优点功率密度也会发生损失。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种高容量的电容器及其制备方法。

一种高容量的电容器，包括电解液、隔膜、外包装、电极电势优 化过的电极；

所述的电极电势优化过的电极的制备方法，包括以下步骤：提供 一碳基电极材料，利用氧化还原法或者电荷吸附法优化该电极材料的 电极电势。

所述的碳基电极材料的有效成分为活性炭、硬炭、中间相炭微球、 石墨、炭气凝胶、碳纳米管、石墨烯、纳米多孔炭中的一种或两种以 上；或者为上述的碳质材料中的一种或者两种以上与其他常见的电极 材料混合或复合形成的材料；

所述其他常见的电极材料为钛酸锂、氧化钌、氧化锰、氧化镍、 氧化钒、氧化锡、氧化钴、氧化铁、氢氧化镍、氢氧化钴、氢氧化铁、 储氢合金、镉、锌、镁、锡、铅、铝、铜、硅、硫、硒中的一种或两 种以上。

所述的氧化还原法包括以下步骤：在电极制备过程中加入高还原 性的金属单质或中的一种或两种以上；或在制备好的电极表面均匀的 涂撒高还原性的金属单质、稳定化的金属单质中的一种或两种以上； 添加、涂撒的高还原性的金属单质或稳定化的金属单质的摩尔量与活 性物质摩尔量的比为0.01-5。

所述电极电势优化过的电极中金属单质与碳基材料的物质量的 比优选为1.2-3。

所述的高还原性的金属单质或稳定化的金属单质的有效成分为 锂、钠、钾、钙中的一种或两种以上。。

所述的电荷吸附法可以包括以下步骤：将制备好的电极放置于电 解液中作为工作电极，铂、金、银、钛、钌、锂、钠、钾、钙中的一 种或两种以上，或这些金属的合金中的一种或两种以上，或碳基电极 作为对电极构成回路，对其进行充放电操作。

所述的电解液为硫酸水溶液、氢氧化钾水溶液；或者锂盐、钾盐、 钠盐的中性水溶液；或者高氯酸盐、四氟硼酸盐、六氟磷酸盐或三氟 甲磺酸盐在有机溶剂中的溶液，所述有机溶剂为丙烯碳酸脂、碳酸乙 烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二 乙酯、二甲基甲酰胺、环丁砜、乙腈、1,3-二氧环戊烷、1,2-二甲氧基 乙烷和1,4-丁内酯中的一种或几种；或者四氟硼酸四乙基胺、四氟硼 酸甲基三乙基铵的碳酸丙烯酯、乙腈的一种或两种混合溶液。

所述的隔膜为聚丙烯、聚乙烯、纤维素、聚四氟乙烯中的一种或 多种制备成的隔膜材料。

所述的外包装为铝塑膜、钢壳、铝壳电池壳。