[发明专利]一种非对称的高电压超级电容器

说明书

本发明公开了一种非对称的高电压超级电容器，包括正极、负极，以及置于正负极之间的隔膜和电解液，其特征在于，正极包括正极集流体和涂覆在集流体上的正极材料，负极包括负极集流体和涂覆在集流体上的负极材料，正极材料和负极材料按照质量百分比由以下原料组分构成：活性碳物质83‑87％，导电剂7‑11％，粘结剂4‑8％，以上各原料含量的总和应为100％，其中正极材料中的活性碳物质质量大于负极材料中的活性碳物质质量，电解液为耐高压电解液，耐高压电解液包括溶质、溶剂和高压稳定剂。

技术领域

本发明属于超级电容器领域，涉及一种非对称的高电压超级电容器。

背景技术

超级电容器具有功率密度高，充放电速度快，充放电效率高，工作温度范围宽，循环寿命长，环境友好等优点，在电动汽车、智能电网等领域都有广泛的应用前景。但是其面临的最大挑战就是能量密度偏低，由于超级电容器的能量密度与电压成平方关系，为此，超级电容厂商均在提高超级电容单体电压方面做了很多研究。

提高超级电容器工作电压的途径为：(1)开发新的电解液及电极材料；(2)改进超级电容器的结构。在对称超容中，即正负极活性物质质量相同，基于电量平衡原理：Q₊＝Q_-即m₊C₊V₊＝m_-C_-V_-(m为活性物质质量，C为比电容，V为电极材料可稳定工作的最大电压)。如果正负极比电容不一致，势必正负极电位分布不均衡，更高电位会落到低比电容一极，此时可能超出理论限制，引起电解液分解。而高比电容一极可能还未到达理论限制。这使得电解液的宽电位窗口并未得到充分利用，超容的工作电压也就没有提升上去。因此，可通过调整正负极质量比m₊/m_-(改变正负极面密度/涂覆厚度)，使得V₊和V_-都能刚好落到理论限制范围内，从而提高超级电容器的工作电压。

同时，离子液体具有高的电化学和化学稳定性、较宽的使用温度范围等优点，将其作为超级电容器电解液，电位窗口往往可达到3.5V以上，但是单独使用离子液体存在黏度高、电导率低、价格昂贵等缺点，这限制了其在商品化超级电容器中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种非对称的高电压超级电容器，具有工作电压高、能量密度大、功率密度大、温度适应性宽和安全性良好的特点。

本发明所采用的技术方案是，一种非对称的高电压超级电容器，包括正极、负极，以及置于正负极之间的隔膜和电解液，正极包括正极集流体和涂覆在集流体上的正极材料，负极包括负极集流体和涂覆在集流体上的负极材料，正极材料和负极材料按照质量百分比由以下原料组分构成：活性碳物质83-87％，导电剂7-11％，粘结剂4-8％，以上各原料含量的总和应为100％，其中正极材料中的活性碳物质质量大于负极材料中的活性碳物质质量，电解液为耐高压电解液，耐高压电解液包括溶质、溶剂和高压稳定剂。

本发明的特点还在于：

活性碳物质为焦炭、硬炭、椰壳炭中的一种或两种以上，导电剂为超级导电炭黑SUP-P、导电石墨、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或两种以上，粘结剂为羧甲基纤维素钠CMC、丁苯橡胶SBR，聚四氟乙烯PTFE，聚乙烯醇PVA，聚偏氟乙烯PVDF，水性胶，聚丙烯酸中的一种或两种以上。

正极材料中的活性碳物质质量与负极材料中的活性碳物质质量比为1.0～3.0。

耐高压电解液中的溶质为季铵盐、季磷盐、离子液体中的一种或两种以上，季铵盐和季磷盐的阴离子为四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子、高氯酸根离子或三氟甲基磺酸根离子中的一种或两种以上，离子液体阳离子为咪唑、吡咯、哌啶、吡啶、吡唑中的一种或两种以上，阴离子为四氟硼酸或双三氟甲磺酰亚胺根阴离子中的一种或两种以上。