一种宽温度区间可滥用电容器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可滥用超级电容器及其制造方法，属于电化学领域。
【背景技术】
[0002]超级电容器是近些年来发展迅速的新型绿色储能器件，它具有快速充放电特性，功率密度是普通电池的几十倍甚至几百倍。另外，其循环寿命长，充放电循环次数可达100000次，是普通电池的几百倍甚至几千倍。基于超级电容器的这种独特性能，包括我国在内的一些国家启动了使用超级电容器作为电动车辆的电源以及对风能、太阳能等间歇可再生能源调谐储能的研发项目。但是，超级电容器也存在工作电压低(能量密度较低)，高温下安全性差和容量衰减大的弱点。商用有机系电容器的电解液沸点低、分解电压低、有毒性，存在较大的安全和环保隐患，无法在大于55摄氏度下稳定运行，造成使用不便。例如，夏天时，在上海运行的超容大巴车会经常出现“高温出错报警”，增加了运营成本。如何进一步升级材料体系，提高超级电容器的工作电压(比能量)和安全环保性能，是超级电容器研发与产业发展中亟待解决的关键问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种安全、环保、高能量密度、可滥用的宽温度区间可滥用电容器及其制造方法。
[0004]本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种宽温度区间可滥用电容器，该可滥用超级电容器的极片由含碳或含高导电高分子集流体和富介孔碳材料组成；该可滥用超级电容器的隔膜为亲水性隔膜；该可滥用超级电容器的电解液为离子液体电解液或离子液体和有机溶剂的混合电解液；该可滥用超级电容器的稳定工作电压范围在ο-1ov，其稳定工作的温度区间为-90— 300 °C。
[0005]本发明的进一步改进在于:含碳或含高导电高分子集流体中，含碳集流体为内部或表面有高导电碳的集流体，含高导电高分子集流体为表面有高导电高分子的集流体。
[0006]本发明的进一步改进在于:富介孔碳材料是一种分级多孔三维结构的碳材料，其中含有微孔、介孔及大微孔组成，其大微孔和介孔的孔径为1 -50 nm。
[0007]本发明的进一步改进在于:介孔结构是由极薄的类石墨烯碳层堆积而成的三维结构。
[0008]本发明的进一步改进在于:富介孔碳材料BET比表面积在3000-4000 m2/g，其大微孔和介孔的孔容占总孔容的80%以上，且孔径分布窄，集中在l_5nm，其平均孔径在2_4 nm。
[0009]本发明的进一步改进在于:富介孔碳材料通过自组装或粘接剂固定在含碳或含高导电高分子集流体上，该粘接剂为乳液型大胶粒水性粘接剂。
[0010]本发明的进一步改进在于:亲水性隔膜为尾矿渣和粉煤灰基多孔膜、多孔氧化铝、多孔氧化硅、或经表面亲水改性的聚合物隔膜，聚合物为聚丙烯、聚乙烯。
[0011]本发明的进一步改进在于:离子液体电解液为咪唑类、吡啶类、吡咯烷类、季铵类、吗啉类、哌啶类的一种或多种的混合离子液体电解液。
[0012]本发明的进一步改进在于:离子液体电解液和有机溶剂的混合电解液中，所述离子液体电解液为咪唑类、吡啶类、吡咯烷类、季铵类、吗啉类、哌啶类的一种或多种的混合离子液体电解液，所述有机溶剂为聚碳酸酯或丁内酯。
[0013]本发明的进一步改进在于:将富介孔碳材料、水性粘接剂和导电剂按照75-90%:3-15%:3-15%的质量比混合加水制备浆料；将该浆料涂覆在含碳或含高导电高分子集流体上，干燥并压实制成极片；采用离子液体电解液、亲水性隔膜做成软包电容器。
[0014]本发明的进一步改进在于:水性粘接剂为丁苯橡胶、PTFE、CMC或聚丙烯酸。
[0015]本发明的进一步改进在于:导电剂为导电炭黑、Super-P、纳米碳纤维、纳米碳管、石墨烯或导电高分子。
[0016]本发明与现有技术相比具有以下优点:本发明提出了一种可滥用超级电容器及其制造方法，该超级电容器的稳定工作电压范围在0-10V，其稳定工作的温度区间为-90—300°C，且离子液体电解液无毒、无污染、不燃烧，可用隔膜的种类来源广泛，是真正意义上的安全、环保、高能量密度、可滥用的超级电容器。
[0017]【附图说明】:
图1实例1中的电容器在25°c下的充放电曲线。
[0018]图2实例1中的电容器在25°C下循环10000圈的性能。
[0019]图3实例2中的电容器在150°C下的充放电曲线。
[0020]图4实例2中的电容器在150°C下循环10000圈的性能。
图5实例3中的电容器在_40°C下的充放电曲线。
[0021]图6实例4中的电容器在-40°C下循环10000圈的性能。
[0022]【具体实施方式】:
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]该电容器可以在0-10V下稳定工作，而且，该电容器的稳定工作温度区间为-90—30(TC，再次，该电容器在针刺、挤压、高温、坠落等一系列极端条件下不会燃烧爆炸，且电解液无毒、无污染，是真正意义上的安全、环保、高能量密度、可滥用的超级电容器。
[0024]该可滥用超级电容器的极片由含碳或含高导电高分子集流体和富介孔碳材料组成。该可滥用超级电容器的隔膜为亲水性隔膜。该可滥用超级电容器的电解液为离子液体电解液或离子液体和有机溶剂的混合电解液。该可滥用超级电容器的稳定工作电压范围在0-10V，其稳定工作的温度区间为-90— 300°C。
[0025]该含碳集流体为内部或表面有高导电碳的集流体。高导电碳经过高温渗碳或低温覆碳的方法将集流体保护住，防止在充放电的过程中，离子液体电解液在电化学条件下对集流体的表面产生腐蚀。含高导电高分子集流体为表面有高导电高分子的集流体，将集流体保护住，防止在充放电的过程中，离子液体电解液在电化学条件下对集流体的表面产生腐蚀。含碳或含高导电高分子均起到降低电容器内阻的作用。
[0026]该碳材料是一种分级多孔三维结构的碳材料，其中含有少量微孔、大量介孔及少量大孔组成。其中的介孔结构是由极薄的类石墨烯碳层堆积而成的三维结构。该碳材料BET比表面积在3000-4000 m2/g，其大微孔和介孔(孔径在1 _50 nm)的孔容占总孔容的80%以上，且孔径分布窄，集中在l_5nm，其平均孔径在2-4 nm。较大