CN102290252B - 一种利用超导电炭黑制造超级电容器及耦合器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用超导电炭黑制造超级电容器及耦合器的方法，目的是工艺简单、质量稳定、成本低；本发明超级电容器制法是将超导电炭黑、超级活性炭与粘接剂按比例混合成混合物，加入无水乙醇，在球磨机上充分混匀，烘干后用压片机压制成超导电炭黑复合型电极；将该电极用作电容器电极，在两个电极之间按等中心间距的位置安装上隔膜，成小电容器；由多个小电容器串联组合成超级电容器；超级耦合器的制法是先配制电解液：将锰酸锂LiMn2O4加入清水中配置成含有0.1～0.5mol/L的LiMn2O4水溶液；制作锂蓄电池：采用尖晶石氧化锰锂(LiMn2O4)为正极材料，采用超导电炭黑为负极材料，加入电解液和添加剂；制作超级耦合器。

Description

一种利用超导电炭黑制造超级电容器及耦合器的方法
技术领域
本发明涉及一种利用超导电炭黑制造超级电容器及耦合器的方法。
背景技术
超级电容器是介于传统电容器和电池之间，利用电极/溶液界面双电层储存电荷的原理制备的一种新型储能元件，广泛用做各种小型电器的电源，具有放电快、无污染、寿命长等优点。锂离子电池是一种性能优良的新型蓄电池，负极是炭材料，正极是含锂的过渡金属氧化物。充电时，锂离子从正极脱嵌，经电解质嵌入到炭负极中；放电时，过程相反、应用灵活。随着低碳经济的兴起，全社会对节能环保型电动车以及对超级电容器材料的需求迅速增加。超导电炭黑由于具有超高的比表面积、丰富的纳米级孔径、极低的电阻值和超导电性能，正在成为世界上最活跃的电容器储能开发材料之一。美国、日本、比利时等国家已经相继开发出添加超导电炭黑的电容器储能材料。中国专利CN101153358A采用高分子聚合物将硅-石墨材料包裹、重新碳化后形成带导电膜的负极材料，但不足之处是工艺较复杂，成本较高。我国目前对添加超导电炭黑电容器材料的开发尚处在试验阶段，所用材料基本上依赖进口。因此造成了生产成本高、供货不及时、产品质量难以保证等问题。
发明内容
本发明目的是为了克服上述已有技术的不足，提供一种工艺简单、质量稳定、成本低的利用超导电炭黑制造超级电容器及耦合器的方法。
本发明利用超导电炭黑制造超级电容器的方法是：
(1)将超导电炭黑、超级活性炭与粘接剂分别按照下列的质量百分比混合在一起成混合物：超导电炭黑5～12％，超级活性炭80～90％，粘结剂2～10％；三种物质合在一起的质量为100％；
所述的超导电炭黑的技术参数为：BET 300～400m2/g，比电阻：0.01-0.15k Ωcm，pH6.5～7.5。
所述的超级活性炭的技术参数为：比表面积BET：2500～4000m2/g，平均孔径1-5nm；浸渍剂沥青的喹啉不溶物含量≤0.05％；
粘结剂采用浸渍剂沥青，该沥青的喹啉不溶物≤0.05％。
(2)按照上述三种物质混合物总质量百分比0.05～1.5％加入无水乙醇，在转速为1000～3000rin的球磨机上充分混匀，通过原料组分中羧基、羟基等官能团间的界面反应，形成均匀的半固态材料；
(3)烘干后，用压片机压制成超导电炭黑复合型电极；
(4)将超导电炭黑复合型电极用作电容器电极，在两个电极之间，按等中心间距的位置安装上隔膜，成小电容器；由多个小电容器串联组合成超级电容器。
所用隔膜是适合锂电池用的复合隔膜，由浙江长兴竹圆锂电池材料有限公司生产销售的Celgard型的PP膜材料，型号为Celgard CP 2100。
本发明利用超导电炭黑制造超级耦合器的方法是：
(1)配制电解液：将锰酸锂(LiMn2O4)或偏钒酸锂(LiV3O8)加入清水中配置成含有0.1～0.5mol/L的LiMn2O4水溶液，或含有0.05～0.5mol/L的LiV3O8水溶液作为电解液。
(2)制作锂蓄电池：采用尖晶石氧化锰锂(LiMn2O4)为正极材料，采用导电炭黑为负极材料，并通过Celgard CP 2100隔膜，加入电解液和添加剂；
添加剂采用灰分≤0.1％的黄腐酸钾，添加量按照前述超导电炭黑、超级活性炭、粘结剂三种物质混合物总质量的百分比0.01-0.05％计算；
(3)制作超级耦合器：超级耦合器包括前述的超级电容器和锂蓄电池、以及GPS智能芯片、2B CAN模块、PWM变频器和MEMS传感器。GPS智能芯片的型号为R2S25402FT、2B CAN模块型号为QFS-2B、PWM变频器型号为ADS7524、MEMS传感器型号为MXA2050。GPS智能芯片安装在CAN模块中，锂蓄电池、超级电容器以并联形式连接。PWM变频器通过CAN模块与锂蓄电池、超级电容器串连。MEMS传感器通过CAN模块分别与锂蓄电池与和超级电容器连接。
按照上述方法制成的超级耦合器，充电速度为3～55sec，稳定放电效率达91～98％，充电容量为800～2500mAh/g。触点功率损耗接近零，不受容量制约。可用于新能源车的动力系统。
本发明方法工艺简单、质量稳定、成本低；采用纯锂蓄电池模式，具有限制充电电流，制动能量回馈，行驶里程长的特点，将超级电容器与锂蓄电池组成耦合器的形式，用于新型电动车能源，性能更好。且在航空航天、国防军工、无线通讯、消费电子等领域都具有广阔的应用前景。
具体实施方式
按照质量百分比取超导电炭黑10％(技术参数：BET 350m2/g，比电阻0.15k Ωcm，pH6.5)，超级活性炭87％(技术参数：比表面积，BET-2500m2/g)，3％浸渍剂沥青，按照三种物质混合物总质量的0.05％加入无水乙醇，在1000rin的球磨机上快速混合，通过原料组分中羧基、羟基等官能团间的界面反应，形成均匀的材料，烘干后用压片机压制成电极，并在两电极间加上购置的隔膜，装成小电容器，再由多个小电容器组合成超级电容器。
将锰酸锂(LiMn2O4)或偏钒酸锂(LiV3O8)，采用X-射线粉末衍射仪(XRD)对样品组分测定后，配置含0.1～0.5mol LiMn2O4或0.05～0.5mol LiV3O8，添加黄腐酸钾(FA-k)分散剂后，制为电解液；采用尖晶石氧化锰锂(LiMn2O4)为正极材料，采用导电炭黑为负极材料，并通过Celgard CP 2100隔膜，加入电解液和添加剂；制成锂蓄电池。然后，组合成超级电容器及锂-蓄电池的耦合器。其充电速度为32sec，稳定放电效率达93％，充电容量为1500mAh/g。正常情况下，超级耦合器控制的电动车动力源由锂蓄电池直接提供；当锂蓄电池电量严重不足时，由反馈得到的信号，CAN将锂蓄电池与超级电容器接通，让电能储存在电感中的超级电容器对锂蓄电池充电；当超级电容器电量严重不足时，锂蓄电池给超级电容器充电；当电动车低速起动或加速时，CAN控制模块给超级耦合器控制信号，让超级电容器提供电动汽车驱动电机运转所需的瞬时大功率。对锂蓄电池起到保护延长寿命；当电动车锂蓄电池、超级电容器电量都不足时，由外部电源分别给锂蓄电池、超级电容器充电.提高充电效率。

Claims (3)

1.一种利用超导电炭黑制造超级电容器的方法，其特征在于：
(1)将超导电炭黑、超级活性炭与粘接剂分别按照下列的质量百分比混合在一起成混合物：超导电炭黑5～12％，超级活性炭80～90％，粘结剂2～10％；三种物质合在一起的质量为100％；
所述的超导电炭黑的技术参数为：BET 300～400m2/g，比电阻：0.01-0.15kΩcm，pH6.5～7.5；
所述的超级活性炭的技术参数为：比表面积BET：2500～4000m2/g，平均孔径1-5nm；浸渍剂沥青的喹啉不溶物含量≤0.05％；
粘结剂采用浸渍剂沥青，该沥青的喹啉不溶物≤0.05％；
(2)按照上述三种物质混合物总质量百分比0.05～1.5％加入无水乙醇，在转速为1000～3000rin的球磨机上充分混匀，通过原料组分中羧基、羟基官能团间的界面反应，形成均匀的半固态材料；
(3)烘干后，用压片机压制成超导电炭黑复合型电极；
(4)将超导电炭黑复合型电极用作电容器电极，在两个电极之间，按等中心间距的位置安装上隔膜，成小电容器；由多个小电容器串联组合成超级电容器；
2.如权利要求1所述的一种利用超导电炭黑制造超级电容器的方法，其特征是所用隔膜是适合锂电池用的复合隔膜，由浙江长兴竹圆锂电池材料有限公司销售的Celgard型的PP膜材料，型号：Celgard CP 2100。
3.一种利用超导电炭黑制造包括如权利要求1所述的超级电容器的超级耦合器的方法，其特征是：
(1)配制电解液：将锰酸锂LiMn2O4加入清水中配置成含有0.1～0.5mol/l的LiMn2O4水溶液；或将偏钒酸锂LiV3O8加入清水中配置成含有0.05～0.5mol/L的LiV3O8水溶液作为电解液；
(2)制作锂蓄电池：采用尖晶石氧化锰锂LiMn2O4为正极材料，采用所述超导电炭黑为负极材料，并通过Celgard CP 2100隔膜，加入电解液和添加剂；
添加剂采用灰分≤0.1％的黄腐酸钾，添加量按照前述超导电炭黑、超级活性炭、粘结剂三种物质混合物总质量的百分比0.01-0.05％计算；
(3)制作超级耦合器：超级耦合器包括前述的超级电容器和锂蓄电池、以及GPS智能芯片、2B CAN模块、PWM变频器和MEMS传感器；GPS智能芯片安装在CAN模块中，锂蓄电池、超级电容器以并联形式连接；PWM变频器通过CAN模块与锂蓄电池、超级电容器串连，MEMS传感器通过CAN模块分别与锂蓄电池与和超级电容器连接；GPS智能芯片的型号为R2S25402FT，2B CAN模块型号为QFS-2B，PWM变频器型号为ADS7524，MEMS传感器型号为MXA2050。
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