一种用于全固态电储能器件的电子储存材料.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102915835 A (43)申请公布日 2013.02.06 C N 1 0 2 9 1 5 8 3 5 A *CN102915835A* (21)申请号 201210395558.5 (22)申请日 2012.10.18 H01G 4/00(2006.01) H01G 4/002(2006.01) (71)申请人中国科学院化学研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村北一街2 号 申请人刘必前 (72)发明人叶钢 何敏 汪前东 李兰 刘必前 (54) 发明名称 一种用于全固态电储能器件的电子储存材料 (57) 摘要 本发明提供一种用于全固态电储能器件的具 有

2、高的电子传输速率，电子迁移率对电场依赖度 小，电子易于注入等特点，同时具有较高的玻璃化 温度和熔点的电子储存材料。本发明的电子储存 材料还原电势低，有利于电子注入，降低充电电 压；电子迁移速率高，有助于快速充电与稳定放 电；材料玻璃化温度高，使用温度高，避免了因放 电过程中发热引起的材料破坏。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 1/1页 2 1.一种用于全固态电储能器件的电子储存材料，其特征在于主要是由稠环芳烃衍生物 中的一种或多种组合而成的。 2.根据权利要求1所述的一种用于全固

3、态电储能器件的电子储存材料，其特征在于所 述的稠环芳烃为含两个或两个以上苯环的碳氢化合物，优选25个苯环，具有对称结构的 大共轭稠环芳烃，如萘 蒽芘苝 等。 3.根据权利要求2所述的一种用于全固态电储能器件的电子储存材料，其特征在于所 述的稠环芳烃上的取代基R n (n112)是氢原子及各种取代基，优选具有吸电子能力的 基团，如氧原子、硫原子、氟原子、氯原子、溴原子、硝基、亚硝基、羧基、酰胺基、酰亚胺基、氰 基、卤代烃基、噻基等。 权 利 要 求 书CN 102915835 A 1/3页 3 一种用于全固态电储能器件的电子储存材料 发明领域 0001 本发明涉及一种电子储存材料，特别是公开一种

4、用于全固态电储能器件的电子储 存材料。 背景技术 0002 能源问题是世界各国在发展过程中无法回避的问题。为了解决能源瓶颈，各国都 制定了能源科技发展战略，大力开发新型储能设备，充分利用现有能源。传统的储能材料如 电池和电容器在储能领域发挥了重要的作用。但是电池的能量密度高而其功率密度较低， 这主要是由于电池要通过电化学反应才能产生电荷并进行电能的存储，因此，电池的充电 或放电需要一定的时间，导致其功率密度较低。近年来，锂离子电池的研究十分广泛并已经 进入商业化阶段。然而，锂离子电池在充电过程中容易发生短路、过充等现象，从而导致爆 炸，并且容量会缓慢衰退，使其性能下降。另一方面，电容器具有较高

5、的输出功率密度，即放 电过程能在很短的时间内完成；但是其能量密度较低，导致放电持续时间短。超级电容器是 近年来发展起来的一种介于传统电容器和二次电池之间的新型储能器件。它保留了传统电 容器功率密度大，充放电速度快，放电效率高，寿命长的特点，同时其能量密度也大幅提高， 是一种新型、实用、高效的储能器件。但是，超级电容的能量密度仍远小于锂电池，这限制了 超级电容器在储能领域的应用。同时，由于仍然使用液态电解质，这种电容器同样存在电解 质渗漏等安全隐患。因此，开发一种既有较高的能量密度，又具有大的功率密度的储能器件 对于储能具有重要的意义，有助于提高能源的利用效率。 0003 专利201210276

6、840.9一种新型全固态电储能器件，该器件是由电极、正电荷存储 材料、绝缘材料、电子存储材料、电极五层呈三明治夹心结构组成。具有充电时间短、功率密 度高、充电循环寿命长、能量密度大、安全性能好等优点。 0004 在全固态电储能器件中，电子储存材料用于储存电子。所以应具有电子传输速率 快；与电极材料匹配度好，易于电子注入；电场迁移率对电场依赖度小等特点。同时由于电 子储存材料在应用中不可避免的会产生热效应，所以其必须有较高的玻璃化温度(T g )和熔 点(T m )。 发明内容 0005 本发明针对全固态电储能器件在电子储存材料方面的要求，提供一种具有高电子 传输速率，电子迁移率对电场依赖度小，

7、电子易于注入等特点，同时具有较高的玻璃化温度 和熔点的电子储存材料。 0006 本发明的一种用于全固态电储能器件的电子储存材料主要是由稠环芳烃衍生物 中的一种或几种组合而成。 0007 所述的稠环芳烃，为含两个或两个以上苯环的碳氢化合物，优选25个苯环，具 有对称结构的大共轭稠环芳烃，如萘 说 明 书CN 102915835 A 2/3页 4 0008 蒽芘苝 等。 0009 所述的稠环芳烃上的取代基R n (n112)是氢原子及各种取代基，优选具有吸 电子能力的基团，如氧原子、硫原子、氟原子、氯原子、溴原子、硝基、亚硝基、羧基、酰胺基、 酰亚胺基、氰基、卤代烃基、噻基等。 0010 本发明的

8、一种用于全固态电储能器件的电子储存材料优点是： 0011 (1)材料的还原电势低，有利于电子注入，降低充电电压； 0012 (2)电子迁移速率高，有助于快速充电与稳定放电； 0013 (3)材料玻璃化温度高，避免了因放电过程中发热引起的材料破坏。 具体实施方式 0014 实施例1 0015 采用真空蒸镀技术在金属铝表面制备一层面积为1010cm 2 ，厚度为1m的N， N-二(十五氟代辛烷基)1，2，5，6萘四羧基二酰亚胺，然后在N，N-二(十五氟代辛烷 基)1，2，5，6萘四羧基二酰亚胺层表面旋涂一层厚度为5m的聚酰亚胺。最后在聚酰亚胺 表面旋涂一层厚度为400nm的聚乙烯咔唑聚合物。干燥固

9、化后，在聚合物表面真空蒸镀一 层100nm后的金属铝，在抽真空条件下完成封装，得到全固态电储能器件。测试表明，该全 固态电储能器件在120s内完成充电，能量密度为440Wh/kg，功率密度为8.5kW/kg。 0016 实施例2 0017 采用气相沉积技术在金属铝表面依次蒸镀面积为1010cm 2 ，厚度为500nm的2， 6-二噻蒽，厚度为5m的聚酰亚胺。然后在表面旋涂一层厚度为400nm的聚乙烯咔唑聚合 物。干燥固化后，在聚合物表面真空蒸镀一层厚度为100nm的金属铝，在抽真空条件下完成 封装，得到全固态电储能器件。测试表明，该全固态电储能器件在80s内完成充电，能量密 度为512Wh/k

10、g，功率密度为9.3kW/kg。 说 明 书CN 102915835 A 3/3页 5 0018 实施例3 0019 配置11的苝四羧酸丁基酯和苝四羧酸己基酯的氯仿溶液，浓度为0.001mol/ l，将其以300转的转速旋涂在金属铝表面，待溶剂挥发后得到一层面积为1010cm 2 ，厚度 为300nm的苝四羧酸丁基酯和苝四羧酸己基酯混合层，然后在苝四羧酸酯层表面旋涂一层 厚度为5m的聚酰亚胺。最后在聚二甲基硅氧烷层表面旋涂一层厚度为150nm的聚乙烯 咔唑聚合物。干燥固化后，在聚合物表面真空蒸镀一层100nm厚的金属铝，在抽真空条件下 完成封装，得到全固态电储能器件。测试表明，该全固态电储能器件在100s内完成充电，能 量密度为462Wh/kg，功率密度为8.7kW/kg。 说 明 书CN 102915835 A