混合超級電容器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種混合超級電容器（1）。所述混合超級電容器包含電解質(zhì)（6），所述電解質(zhì)包含離子液體作為溶劑。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種混合超級電容器。此外，本專利技術(shù)涉及離子液體作為溶劑在混合超級電容器的電解質(zhì)中的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
混合超級電容器（HybridSuperCapacitors-HSC）、例如鋰離子電容器是超級電容器的新一代，所述混合超級電容器與鋰離子電池相比能夠提供更多功率。鋰離子電池雖然具有大于100Wh/kg的大的能量密度，然而所述能量僅能夠緩慢地輸出。混合超級電容器與超級電容器（EDLC/SC）相比具有更高的能量密度，所述超級電容器雖然能夠提供大于100kW/kg的功率輸出，然而僅具有小的能量密度。混合超級電容器例如能夠借助于短的高能脈沖充電，如所述高能脈沖在機(jī)動車輛的制動能-余熱利用中出現(xiàn)。以所述方式獲得的電能隨后能夠用于加速機(jī)動車輛。這能夠?qū)崿F(xiàn)燃料的節(jié)約和二氧化碳排放的減少。對于作為電動工具中的能量源的應(yīng)用，也考慮混合超級電容器。因為與傳統(tǒng)的超級電容器和鋰離子電池相比，混合超級電容器為新的技術(shù)，所以目前僅少量產(chǎn)品市售。通常，在適合于混合超級電容器的應(yīng)用領(lǐng)域中，使用過尺寸的鋰離子電池，所述鋰離子電池由于其尺寸能夠分別提供針對相關(guān)應(yīng)用所要求的功率。混合超級電容器能夠根據(jù)電池單元構(gòu)造分成兩個不同的類型：對稱的和不對稱的混合超級電容器。不對稱的混合超級電容器具有電極，所述電極的材料通過可逆的法拉第反應(yīng)儲存能量。所述電極能夠是混合電極。第二電極是純電容性的，即其通過構(gòu)造亥姆霍茨雙層來儲存能量。所述構(gòu)造尤其對于第一代的超級混合電容器是常用的，因為其具有以下電極構(gòu)型，所述電極構(gòu)型對應(yīng)于鋰離子電池電極的或超級電容器電極的構(gòu)造，使得能夠使用已知的電極制造方法。鋰離子電容器是不對稱的混合超級電容器的示例。其中，鋰化的石墨或可鋰化的碳的其他形式用作為陽極。這能夠?qū)崿F(xiàn)直至4.3V的最大電壓窗口。然而，在使用具有與Li/Li+相比幾乎0V的插入電勢的陽極材料、例如石墨的情況下，不可避免陽極上的SEI形成（SolidelectrolyteInterface，固體電解質(zhì)界面膜）。這通常通過有針對性的電池單元改進(jìn)、例如通過添加電解質(zhì)、如碳酸亞乙烯酯來應(yīng)對，以便穩(wěn)定SEI層并且防止進(jìn)一步的電解質(zhì)分解。第二類型是對稱的混合超級電容器，所述對稱的混合超級電容器由兩個內(nèi)部混合電極構(gòu)成，所述電極具有法拉第材料和電容活性的材料。通過所述組合，混合超級電容器的功率密度與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比或者功率密度與傳統(tǒng)的超級電容器相比能夠明顯提高。此外，兩個活性的電極材料之間的協(xié)作效應(yīng)能夠在兩個電極中使用。作為電極組成部分的碳此外能夠?qū)崿F(xiàn)兩個電極的更快速的能量提供，因為所述碳改進(jìn)電極的導(dǎo)電性。多孔的碳此外能夠用作為高電流的沖擊吸收劑。對稱的混合超級電容器在脈沖運行中勝過不對稱的混合超級電容器。在D.Cericola,P.Novák,A.Wokaun,R.K?tz，2011年的JournalofPowerSources，196（23）10305-10313中描述，在對稱的混合超級電容器中，通常將鋰鹽在乙腈中的溶液用作為電解質(zhì)。然而，乙腈僅能夠在3.5V的電壓窗口中使用。尤其借助包含活性炭的電極，如在對稱的混合超級電容器中的情況，將電壓窗口限制到2.7V。這限制了作為電極材料的活性炭和氧化鋰的可實現(xiàn)的能量密度。這尤其基于，可在活性炭中儲存的電能隨電壓線性增大。此外，受限的電壓窗口限制可應(yīng)用的陰極材料的選擇。乙腈具有其他的缺點，所述乙腈是易燃的并且具有高的蒸汽壓力。這能夠在形成有毒的氫氰酸的情況下導(dǎo)致蒸發(fā)。此外，乙腈具有82℃的沸點，這妨礙其在高溫應(yīng)用中的應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
根據(jù)本專利技術(shù)的混合超級電容器尤其被實施為對稱的混合超級電容器。所述混合超級電容器具有電解質(zhì)，所述電解質(zhì)包含離子液體作為溶劑。所述溶劑與乙腈相比具有較高的電壓窗口，這引起混合超級電容器的電極上的提高的能量密度。此外，離子液體幾乎不具有蒸汽壓力并且因此是不可燃的。常規(guī)的混合超級電容器的高的使用壽命通過在其電解質(zhì)中使用離子液體不被降低。此外，所述常規(guī)的混合超級電容器通過使用離子液體尤其能夠在直至120℃的高的溫度下運行。離子液體優(yōu)選地選自由以下構(gòu)成的組：1-丁基-3-甲基吡咯烷鎓六氟磷酸鹽（BMIMPF6），1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓雙（三氟甲磺酰）酰亞胺，1-乙基-1-甲基吡咯烷鎓硫氰酸鹽（EMIMSCN）和其混合物。離子液體此外優(yōu)選從由PhysicalPropertiesofIonicLiquids：DatabaseandEvaluation，Zhang等，J.Phys.Chem.Ref.Data，第35卷，No.4，2006的表格1“CationsandAnions”的離子和其混合物構(gòu)成的組中選擇。已經(jīng)確定的是，所述離子液體分別具有至少5V的電壓窗口。電解質(zhì)除了離子液體之外優(yōu)選還具有至少一種其他的溶劑，該溶劑不是離子液體。所述溶劑尤其優(yōu)選選自由以下構(gòu)成的組：乙腈、碳酸丙烯酯、γ-丁內(nèi)酯和其混合物。添加另一種溶劑能夠?qū)崿F(xiàn)溶劑混合物的粘度的降低，這引起電解質(zhì)的更高的離子導(dǎo)電性。電解質(zhì)除了溶劑之外包含導(dǎo)電鹽。優(yōu)選的是，導(dǎo)電鹽的陰離子對應(yīng)于離子液體的陰離子。這能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)電鹽在離子液體中的尤其好的溶解性。導(dǎo)電鹽在電解質(zhì)中的適當(dāng)?shù)臐舛扔绕湮挥?.8mol/l至1.0mol/l的范圍中。為了提高電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性，所述電解質(zhì)除了所述導(dǎo)電鹽之外還能夠包含至少一種其他的導(dǎo)電鹽，所述導(dǎo)電鹽的陰離子對應(yīng)于離子液體的陰離子，所述其他的導(dǎo)電鹽的陰離子不對應(yīng)于離子液體的陰離子。所述其他的導(dǎo)電鹽尤其選自由以下構(gòu)成的組：四甲基氟硼酸銨（N(CH4)4BF4），高氯酸鋰（LiClO4），六氟磷酸鋰（LiPF6），四氟硼酸鋰（LiBF4），鋰雙三氟甲磺酰胺（(LiN(SO2CF3)2,LiTFSi)，鋰雙氟代磺酰亞胺（LiN(SO2F)2,LIFSi），雙草酸硼酸鋰（LiB(C2O4)2,LiBOB），草酸二氯硼酸鋰（LiBF2(C2O4),LiODFB），氟烷基磷酸鋰（LiPF3(CF3CF2)3,LiFAP），三氟甲磺酸鋰（LiCF3SO3）和鋰雙五氟磺酸亞胺(LiN(SO2C2F5)2)。混合超級電容器的陰極優(yōu)選包含LiMn1.5Ni0.5O4和/或LiCoPO4。所述鋰化合物能夠?qū)崿F(xiàn)混合超級電容器在高壓下的尤其適宜的運行。然而在與作為電解質(zhì)溶劑的離子液體組合時，才能夠使用所述特性。相反地，在包含乙腈作為電解質(zhì)的溶劑的混合超級電容器中，所述陰極材料的使用不引起優(yōu)點。但是，原則上，其他的氧化還原材料也能夠用作為混合超級電容器的電極的組成部分。LiMn1.5Ni0.5O4和/或LiCoPO4尤其以對于混合超級電容器對于其他陰極材料已知的方式形成具有EDLC（ElectricDoubleLayerCharging，電雙層充電）材料的化合物材料。混合超級電容器除了其陰極之外具有陽極。優(yōu)選的是，陽極包含Li4Ti5O12，Li4Ti5O12在對于混合超級電容器的電極在現(xiàn)有技術(shù)中已知的方式與EDLC材料形成化合物材料。所述鋰鈦氧化物已經(jīng)作為混合超級電容器的陽極材料證明是可靠的并且現(xiàn)在已經(jīng)證實的是，所述鋰鈦氧化物也能夠有利地與電解質(zhì)組合使用，所述電解質(zhì)包含離子液體。陰極的化合物材料的EDLC材料和/或陽極本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種混合超級電容器（1），其特征在于，所述混合超級電容器具有電解質(zhì)（6），所述電解質(zhì)包含離子液體作為溶劑。

【技術(shù)特征摘要】
2015.09.04 DE 102015216955.3;2015.12.02 DE 10201521.一種混合超級電容器（1），其特征在于，所述混合超級電容器具有電解質(zhì)（6），所述電解質(zhì)包含離子液體作為溶劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合超級電容器（1），其特征在于，離子液體選自由以下構(gòu)成的組：1-丁基-3-甲基吡咯烷鎓六氟磷酸鹽，1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓雙（三氟甲磺酰）酰亞胺，1-乙基-1-甲基吡咯烷鎓硫氰酸鹽和其混合物。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超級混合電容器（1），其特征在于，所述電解質(zhì)（6）包含至少一種其他的溶劑，所述其他的溶劑不是離子液體。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合超級電容器（1），其特征在于，所述其他的溶劑選自：乙腈、碳酸丙烯酯、γ-丁內(nèi)酯和其混合物。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的混合超級電容器（1），其特征在于，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：P弗馬，M多諾特克，S哈恩，T順哈特，E比勒，
申請(專利權(quán))人：羅伯特·博世有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：德國;DE