CN102013336A - 非对称超级电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非对称超级电容器，属于“双电层型”超级电容器范畴。主要改进在于：正极片活性物质的量多于负极片，正极片活性物质中导电剂多于负极片，负极片比正极片多一片，负极片中位于最外侧的两片边负极片单面涂活性物质，边负极片活性物质的量少于中间负极片。本发明的非对称超级电容器能提高正极活性物质利用率和电容器容量，减少负极材料的过剩，进而提高超级电容器的倍率性能和循环性能，降低制造成本，更能满足实际使用要求，比传统的对称型超级电容器有显著进步。

Description

非对称超级电容器
技术领域
本发明涉及一种非对称超级电容器，属于“双电层型”超级电容器技术领域。
背景技术
能源枯竭，油价飞涨，全球气候异常，各国对能源安全和环境保护在战略上更加重视。超级电容器是一种新型绿色储能装置，具有功率密度大，能量密度大，充放电速度快、使用寿命长、工作温度范围宽、免维护、经济环保等优点，符合时下低炭经济的要求，是一种兼备电容和电池特性的新型电子元件。根据储能机理的不同其主要分为建立在界面双电导基础上的“双电层型”超级电容器以及建立在法拉第准电容基础上的“准电容型”超级电容器。“双电层型”超级电容器性能是由碳材料的性质决定的，其中包括碳材料的比表面积、孔径分布、电化学稳定性和电导率等，满足要求的有活性炭、纳米碳纤维、纳米碳管等：“准电容型”超级电容器的原理是电极材料利用锂离子或质子在材料的三维或二维晶格立体结构中的储留来达到储存能量的目的，该类电极材料包括金属氧化物、氮化物、高分子聚合物等。
常规“双电层型”超级电容器一般是以活性炭作为活性材料，超级电容器正、负极相同，为对称型超级电容器。在实际使用中，超级电容器正、负极活性物质的使用电压条件不同，活性物质的利用率不同，常规对称型超级电容器中活性物质必然有一极活性物质的量过剩，另一极活性物质相对来说不够用，这使得一方面造成材料的浪费，另一方面超级电容器的初期容量相对较低。因此，如何从设计及工艺角度进行优化，降低超级电容器制造成本的同时，提高超级电容器的初期容量及循环寿命，成为超级电容器一个研究的热题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有“双电层型”超级电容器中对称型超电容的不足之处，提供一种提高使用性能、降低制造成本的非对称超级电容器。
本发明的技术方案是：非对称超级电容器，包括相间排列的正极片和负极片，正、负极片的活性物质由活性炭、导电剂和粘结剂组成，其改进之处是正极片比负极片少一片，正极片活性物质的量多于负极片，正极片活性物质中的导电剂多于负极片。
进一步的技术方案是：所述正极片活性物质中各组分质量配比是：活性炭100，导电剂2～20，粘结剂1～20；负极片活性物质中各组分质量配比是：活性炭100，导电剂1～10，粘结剂1～20；负极片分为位于最外侧的两片边负极片和其余的中间负极片，边负极片单面涂活性物质，边负极片活性物质的量少于中间负极片；正极片厚度为100～350μm，中间负极片厚度为100～250μm，边负极片厚度为50～200μm。
本发明中适当增加正极活性物质中的导电剂，可提高正极活性物质的利用率，正极片活性物质的涂覆量多于负极片，并对边负极片进一步改进，可提高超级电容器的容量，减少负极材料的过刺，降低电容器制造成本。
通过检测对比，本发明非对称超级电容器的倍率性能和循环性能明显优于对称型超级电容器，更能满足实际使用要求，使用性能好，制造成本低，具有显著的实用价值和经济效益。
附图说明
附图为本发明中正、负极片排列示意图。
具体实施方式
以下结合附图和比较例，对本发明实施例作进一步说明。
一、实施例
以活性炭作为活性材料，纳米碳管、乙炔黑、石墨、导电碳纤维为导电剂，水系粘结剂LA135和LA133为粘结剂，按87∶2∶3∶3∶2∶2∶1质量比将上述组分混合均匀并加入200份去离子水中调均成糊状，均匀涂在30μm厚的铝箔两面并烘干，活性层厚度为0.180mm，经辊压后，裁剪成177×99mm的长方形，得到正极片2。
以活性炭作为活性材料，纳米碳管、乙炔黑、石墨为导电材料，LA135、LA133为粘结剂，按92∶1∶2∶2∶2∶1质量比将上述组分混合均匀并加入200份去离子水中调均成糊状，均匀涂在30μm厚的铝箔两面并烘干，活性层厚度为0.160mm，经辊压后，裁剪成177×99mm的长方形，得到中间负极片1。
将中间负极片所用活性物质均匀涂在30μm厚的铝箔上面，只涂单面并烘干，活性层厚度为0.080mm，经辊压后，裁剪成177×99mm的长方形，得到边负极片3。
然后采用25μm厚的TF隔离膜(4)，以U型方式包覆极片，按边负极片3、隔膜4、正极片2、隔膜4、中间负极片1的顺序叠成13185128电芯，焊接成电芯，贴上高温胶带。
将上述电芯放入金属壳中、焊盖、注入非水电解液、封口，最终装配成13185128超级电容器。
二、比较例
与实施例制作类似，不同之处在于正、负极活性物质相同，正、负极活性层厚度相同，均为0.170mm。
三、超级电容器倍率性能检测
对实施例和比较例进行化成和后处理，以1C电流放电到1.35V，随后进行容量及倍率充放电检测。
测试方法如下：
以1C电流恒流充电至2.7V，以1C电流恒压2.7V充电，截止电流5mA，休眠10分钟，然后以1C电流放电至1.35V；再以上述相同方法充电，分别以10C，50C，100C、200C放电到1.35V。
测试结果如下表(表中Q1C、Q10C......分别为超级电容器1C、10C电流放电量)：
  放电电流   1C   10C   50C   100C   200C
  项目   Q1C(mAh)   Q10C/Q1C   Q50C/Q1C   Q100C/Q1C   Q200C/Q1C
  实施例   1260   98.5％   98.0％   95.7％   90.4％
  比较例   1146   98.3％   97.2％   94.4％   88.5％
从不同倍率的放电结果来看，实施例的倍率性能优于比较例。
四、超级电容器循环性能检测
对实施例和比较例进行化成和后处理，以1C电流放电到1.35V，随后进行快速循环性能检测。
测试方法如下：
以200C电流充电至2.7V，200C电流恒压充电，截止电流300mA，体眠3秒钟，200C电流放电至1.0V，以此方式进行充放电循环。
在经过15000次循环后实施例容量为初始容量的94％，比较例的容量为初始容量的87％，可见本发明的非对称超级电容器循环性能明显优于传统对称超级电容器。
考虑到正、负极活性物质的利用率不同，可以将不同种类的活性炭材料应用到正、负极上，将不同种类、不同厚度的集流体应用到正、负和边负极片上，可以调整正、负极片大小比例不同，来降低超级电容器的制造成本，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种非对称超级电容器，包括相间排列的正极片和负极片，正、负极片的活性物质由活性炭、导电剂和粘结剂组成，其特征是正极片比负极片少一片，正极片活性物质的量多于负极片，正极片活性物质中的导电剂多于负极片。
2.按权利要求1所述非对称超级电容器，其特征是所述正极片活性物质中各组分质量配比是：活性炭100，导电剂2～20，粘结剂1～20；负极片活性物质中各组分质量配比是：活性炭100，导电剂1～10，粘结剂1～20。
3.按权利要求1所述非对称超级电容器，其特征是负极片分为位于最外侧的两片边负极片和其余的中间负极片，边负极片单面涂活性物质，边负极片活性物质的量少于中间负极片。
4.按权利要求3所述非对称超级电容器，其特征是正极片厚度为100～350μm，中间负极片厚度为100～250μm，边负极片厚度为50～200μm。
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