CN101763949A - 一种提高电化学电容器比容量的制造方法 - Google Patents

一种提高电化学电容器比容量的制造方法 Download PDF

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CN101763949A CN 200910212481 CN200910212481A CN101763949A CN 101763949 A CN101763949 A CN 101763949A CN 200910212481 CN200910212481 CN 200910212481 CN 200910212481 A CN200910212481 A CN 200910212481A CN 101763949 A CN101763949 A CN 101763949A
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陈冰花
佘沛亮
丁同臣
段和勋
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Abstract

本发明公开了一种提高电化学电容器比容量的制造方法，涉及电化学电容器技术领域。该方法在电极制作过程中，正极采用氢氧化镍正极极片，裁切成A尺寸，负极采用活性炭负极极片，裁切成B尺寸，A、B尺寸面积比为：SA∶SB＝1∶(1～2)，在组装过程中，A尺寸正极片与B尺寸负极片的数量比为1∶(4～8)。本发明对氢氧化镍正极和活性炭负极的尺寸和数量进行了合理匹配，使正负极反应能力尽可能一致，两极活性物质得到充分利用，从而有效提高电化学电容器的比容量。

Description

一种提高电化学电容器比容量的制造方法
技术领域
本发明属于电化学电容器技术领域，具体涉及一种提高电化学电容器比容量的制造方法。
背景技术
超级电容器又名电化学电容器，是一种新型的储能元件。因其比功率高、循环寿命长、充电时间短、安装便捷且使用温度范围宽，加之绿色环保等，使得超级电容器日益在各个领域得到应用。
超级电容器弥补了铝电解电容和可充电电池之间的技术缺口，同时又克服了两者的缺陷，既具有电池的能量贮存特性，又具有电容器的功率特性。它比传统电解电容器的能量密度高上千倍，而漏电流却要小数千倍，具有法拉级的超大电容量，储电能量大、时间长；其放电比功率较蓄电池高近十倍，能够瞬间释放数百数千安培电流，大电流放电甚至短路也不会对其产生明显影响，充放电10万次以上都不需要维护和保养，可用于以极大电流瞬间放电的工作状态而不易发热或是着火等；且充电时间短，一般可在几秒之内完成，是一种理想的二次电源。
中国专利CN200410093962.2公布了一种高电压非对称超级电容器及其负极的制备方法，包括正极、负极和电解液，所述负极含有银的氧化物，制备出的高达4V工作电压的超电容器，可应用于混合动力车，电动工具以及各种助推器等的电源；专利CN03115105.1公布了一种混合型超级电容器的制造方法，包括超级电容器正极和负极的制造方法并将多个单体超级电容器进行串并联组合得到混合型超级电容器成品。但二者均未进行合理的正负电极尺寸匹配、单电极及单体电容器的有效容量匹配，导致正负电极表面积不相适应、容量亦存在过剩和不足的情况，最终使得超电容优越的性能得不到最大程度的发挥，影响其使用效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有超级电容器制造方法的不足之处，提供一种使电容器正负极合理匹配、活性物质得到充分利用的提高电化学电容器比容量的制造方法。
本发明的技术方案是：提高电化学电容器比容量的制造方法，包括电极制作、组装、化成主要工序，其改进之处是在电极制作过程中，正极采用氢氧化镍正极极片，裁切成A尺寸，负极采用活性炭负极极片裁切成B尺寸，以上A、B尺寸的面积比为：SA∶SB＝1∶(1～2)；在组装过程中，A尺寸的氢氧化镍正极极片与B尺寸的活性炭负极极片的数量比为1∶(4～8)。
进一步的方案是：所述正极极片和负极极片分别由正极浆料、负极浆料双面均匀涂覆在泡沫镍集流体上，再经50～100℃烘干和5～25MPa压力压制成型。
电容器正负电极性能配比即反应能力的匹配，是提高电极容量性质特别是大电流性质的关键。
就尺寸匹配方面来说，因活性炭负极是以双电层形式储存和释放电荷的，而双电层静电容量与电极面积成正比，因此电极尺寸设计的不合理会使得正负电极性能不相适应，容量性质得不到发挥，最终使得电容器整体容量偏低，同时电极尺寸设计不合理又会导致物料损耗增多使电容器的比容量随之下降。
就容量匹配方面来说，若正极活性物质容量偏低，则：当充电电位高于一定值时，负极活性物质(活性炭)容量还未得到充分利用，正极就已先出现析氧现象，表现在充放电曲线上，即充电曲线变弯。由此，电极工作电位窗口变小，总容量也随即受到正极容量的限制；若正极过剩，则：因活性炭负极是以双电层形式储存和释放电荷的，反应迅速，也就使得负极容量性质成为制约电容器整体容量的因素。与此同时，又因过剩而带来成本增加等问题。由上可从理论上设想：按照正负极活性物质各自理论容量及其在相应体系下的利用率值进行配比，并结合体系在电化学反应过程中电量守恒原理，使二者反应能力尽可能相一致，让正负两极活性物质得到充分利用，从而达到让电容器获得最佳容量性质的目的。
与现有方法相比，本发明对氢氧化镍正极和活性炭负极的尺寸和容量(正负极片数量)进行了合理匹配，使得正负极有效对应面积增加，提高了活性物质利用率，减少了不可利用活性物质的量，从整体上提高了电容器的比容量。
具体实施方式
实施例一：
1、和浆：将Ni(OH)2、石墨、PTFE和CMC依工艺质量比混合，按照固液比1.5∶1加入去离子水调制成正极浆料；再按常规工艺制成含活性炭的负极浆料待用。
2、制片：将正极浆料均匀涂覆(双面)在70mm×70mm×1.5mm的泡沫镍集流体上，制成A尺寸的正极极片，将负极浆料均匀涂覆(双面)在70mm×70mm×1.5mm的泡沫镍集流体上，制成B尺寸的负极极片。
3、干燥：采用真空干燥技术，将正负极极片干燥温度分别控制在85℃和80℃。
4、压片：将上述极片放在千斤顶下压制成型，压力值为15MPa。
5、焊极耳包隔膜：将上述正负极片焊上极耳，包隔膜并予以封边。
6、组装：将上述A尺寸正极极片和B尺寸负极极片依数量比为1∶7装入准备好的壳体中，注入7mol/LKOH溶液中浸泡24h.
7、化成：
①恒流充电    i＝3mA/cm2
If E≥1.5v，  next step；
②恒压充电    E≡1.5v
If I≤1/2I0， next step；
③静    置    If t≥10min，next step；
④恒流放电    i＝3mA/cm2
              If E≤0.5v，next step；
⑤静    置    If t≥10min，next step；
⑥循    环    If 5≤n＜6，stop and idle。
经以上步骤，制成单体电容器，采用Arbin测试仪或其它充放电设备作为电流源对电容器进行恒电流充放电测试，记录超电容电位曲线并计算比容量，该电容器比容量比现有同类产品提高15％。
例二、例三制作方法同例一，其中正、负极片的A、B尺寸及数量比变动如下：
  正极极片A尺寸   负极极片B尺寸   正负极片数量比
  例二   50mm×50mm×1.5mm   70mm×70mm×1.5mm   1∶4
  例三   60mm×60mm×1.5mm   70mm×70mm×1.5mm   1∶5

Claims (2)

1.一种提高电化学电容器比容量的制造方法，包括电极制作、组装、化成主要工序，其特征是在电极制作过程中，正极采用氢氧化镍正极极片，裁切成A尺寸，负极采用活性炭负极极片，裁切成B尺寸，以上A、B尺寸的面积比为：SA∶SB＝1(1～2)；在组装过程中，A尺寸的氢氧化镍正极极片与B尺寸的活性炭负极极片的数量比为1∶(4～8)。
2.按权利要求1所述提高电化学电容器比容量的制造方法，其特征是：所述正极极片和负极极片分别由正极浆料、负极浆料双面均匀涂覆在泡沫镍集流体上，再经50～100℃烘干和5～25MPa压力压制成型。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105575676A (zh) * 2016-01-19 2016-05-11 合肥工业大学 一种基于pbi-koh阴离子导电聚合物电解质的全固态超级电容器及其制备方法
CN106298263A (zh) * 2016-10-31 2017-01-04 湘潭大学 一种铋/炭超级电容电池及其制备方法

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