CN106683900A - 一种超级电容器电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超级电容器电池，包括阳极、阴极、多孔隔离层、液体电解质、外壳，电极由复合电极材料制成，所述复合电极材料包括以下组成部分：（1）芯的材料选自石墨，SiC，Sn，Sb，Si和Ge，以及从芯或覆盖芯的导电金刚石膜生长的纳米壁层石墨烯；（2）缓冲层。本发明与现有技术相比，芯的材料选自石墨，SiC，Sn，Sb，Si和Ge，以及从芯或覆盖芯的导电金刚石膜生长的纳米壁层石墨烯，由此制得的超级电容器具有高能量、比容量≥150F/g、大于30000次的长循环寿命的特点。
Description
技术领域
本发明涉及超级电容器电池技术领域，尤其涉及一种超级电容器电池。
背景技术
超级电容器，也称为电化学电容器，是介于传统电容器与电池之间的一种电化学储能装置，与传统电容器相比，拥有更高的静电容量；与电池相比，具有更高的功率密度和超长循环寿命，结合了二者的优点，是一种应用前景广阔的储能器件。按储能机理可将其分为三类：第一类是采用活性炭等高比表面电极材料，其原理是基于电极/电解液界面电荷分离所产生的双电层电容；第二类是采用氧化钌等贵金属氧化物或导电聚合物做电极材料，其原理是基于在氧化物电极表面及体相中发生的氧化还原反应而产生的电容，即法拉第准电容，也叫做赝电容；第三类是采用的电极材料兼有以上两种材料之特点，所制备的电容器同时具有双电层电容和法拉第电容，即混合电容。
作为一种新型储能装置，超级电容器具有高放电性能、循环寿命长、环保的优点，可以用作小型后备电源应用于多种电器设备。同时，它也具有功率密度高的优点，可与电池共同组成混合动力为电动车提供动力，用来满足汽车在加速、启动、爬坡时的高功率要求，保护电池系统，并且在汽车紧急刹车瞬间可以回收能量，减少能源浪费，节省能源。
电极材料是电化学电容器的关键，决定着电容器的主要性能指标。电化学电容器发展的核心就是其电极材料的发展。现有技术的电极材料有多孔炭材料、贵金属氧化物、高分子导电聚合物和新型复合材料。多孔炭材料包括活性炭粉、活性炭纤维、炭气凝胶、碳纳米管。炭材料作为电化学电容器电极材料的储能机理是基于双电层储能。在不能提高电极间电压的情况下，电极材料的表面状况是决定电容器容量的关键因素，不仅要求电极材料的比表面积大，而且要有适当的孔径分布。贵金属氧化物材料一般导电性好，电导高，比容量较大，循环寿命长，充放电性能好，且在硫酸中很稳定。但贵金属氧化物电极的工作电压非常有限，而贵金属资源有限、价格昂贵，这些都是限制其大规模应用的主要原因。现有技术应用于超级电容器电极材料的导电聚合物材料主要有聚吡咯、聚噻吩、聚对苯和聚并苯。用导电聚合物作为电化学电容器电极材料，可以用有机电解质和水电解质作为电解液。聚合物电极材料的优点是能够在较高的电压3.0-3.2V下工作，可弥补其他电极材料作为工作电极时工作电压不高的缺点，但由于其相对较弱的导电性，在作为电极材料时往往出现电阻过大的情况。鉴于以上三种电极材料各自所具有的优缺点，寄希望于通过各种材料的复合进行取长补短的新型复合材料应运而生。如掺杂了碳纳米管的导电聚合物、负载了贵金属氧化物的碳纳米管材料，但也还都存在一定的缺陷待解决，如功率密度较低、寿命较短的问题就比较突出。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种超级电容器电池。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种超级电容器电池，包括阳极、阴极、多孔隔离层、液体电解质、外壳，电极由复合电极材料制成，所述复合电极材料包括以下组成部分：
（1）芯的材料选自石墨，SiC，Sn，Sb，Si和Ge，以及从芯或覆盖芯的导电金刚石膜生长的纳米壁层石墨烯；
（2）缓冲层。
芯的材料优选导电金刚石膜覆盖表面的芯或芯。
超级电容器电池的制备方法为：
（1）将溶剂、活性材料、导电填料、树脂粘合剂混合，形成阳极浆料；
（2）将活性材料、导电填料、树脂粘合剂混合并分散在溶剂中，形成阴极浆料；
（3）将阳极浆料涂覆在铜片的表面上，通过蒸发溶剂形成形成干燥膜，得到阳极；将阴极浆料涂覆在铝箔的表面上，通过蒸发溶剂形成形成干燥膜，得到阴极；
（4）将阳极，多孔隔离层和阴极压在一起以形成多层组件，将其切割成所需尺寸并堆叠形成矩形结构或卷成圆柱形电池结构；
（5）然后将矩形或圆柱形层压结构装入层压的铝塑壳或钢套管中；
（6）然后将液体电解质注入层压外壳结构中，即得超级电容器电池。
所述阳极和阴极浆料所用的溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮。
所述阳极和阴极浆料所用的活性材料为活性炭。
所述阳极浆料所用的导电填料为类石墨薄片。
所述阳极和阴极浆料所用的树脂粘合剂为PVDF。
所述阴极浆料所用的导电填料为石墨烯。
本发明的优点是：本发明与现有技术相比，芯的材料选自石墨，SiC，Sn，Sb，Si和Ge，以及从芯或覆盖芯的导电金刚石膜生长的纳米壁层石墨烯，由此制得的超级电容器具有高能量、比容量≥150F/g、大于30000次的长循环寿命的特点。
具体实施方式
一种超级电容器电池，包括阳极、阴极、多孔隔离层、液体电解质、外壳，电极由复合电极材料制成，所述复合电极材料包括以下组成部分：
（1）芯的材料选自石墨，SiC，Sn，Sb，Si和Ge，以及从芯或覆盖芯的导电金刚石膜生长的纳米壁层石墨烯；
（2）缓冲层。
芯的材料优选导电金刚石膜覆盖表面的芯或芯。
超级电容器电池的制备方法为：
（1）将溶剂、活性材料、导电填料、树脂粘合剂混合，形成阳极浆料；
（2）将活性材料、导电填料、树脂粘合剂混合并分散在溶剂中，形成阴极浆料；
（3）将阳极浆料涂覆在铜片的表面上，通过蒸发溶剂形成形成干燥膜，得到阳极；将阴极浆料涂覆在铝箔的表面上，通过蒸发溶剂形成形成干燥膜，得到阴极；
（4）将阳极，多孔隔离层和阴极压在一起以形成多层组件，将其切割成所需尺寸并堆叠形成矩形结构或卷成圆柱形电池结构；
（5）然后将矩形或圆柱形层压结构装入层压的铝塑壳或钢套管中；
（6）然后将液体电解质注入层压外壳结构中，即得超级电容器电池。
所述阳极和阴极浆料所用的溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮。
所述阳极和阴极浆料所用的活性材料为活性炭。
所述阳极浆料所用的导电填料为类石墨薄片。
所述阳极和阴极浆料所用的树脂粘合剂为PVDF。
所述阴极浆料所用的导电填料为石墨烯。
Claims (8)
1.一种超级电容器电池，包括阳极、阴极、多孔隔离层、液体电解质、外壳，其特征在于：电极由复合电极材料制成，所述复合电极材料包括以下组成部分：
（1）芯的材料选自石墨，SiC，Sn ，Sb，Si和Ge，以及从芯或覆盖芯的导电金刚石膜生长的纳米壁层石墨烯；
（2）缓冲层。
2.根据权利要求1所述的超级电容器电池，其特征在于，芯的材料优选导电金刚石膜覆盖表面的芯或芯。
3.根据权利要求1所述的超级电容器电池，其特征在于，超级电容器电池的制备方法为：
（1）将溶剂、活性材料、导电填料、树脂粘合剂混合，形成阳极浆料；
（2）将活性材料、导电填料、树脂粘合剂混合并分散在溶剂中，形成阴极浆料；
（3） 将阳极浆料涂覆在铜片的表面上，通过蒸发溶剂形成形成干燥膜，得到阳极；将阴极浆料涂覆在铝箔的表面上，通过蒸发溶剂形成形成干燥膜，得到阴极；
（4）将阳极，多孔隔离层和阴极压在一起以形成多层组件，将其切割成所需尺寸并堆叠形成矩形结构或卷成圆柱形电池结构；
（5）然后将矩形或圆柱形层压结构装入层压的铝塑壳或钢套管中；
（6）然后将液体电解质注入层压外壳结构中，即得超级电容器电池。
4.根据权利要求3所述的超级电容器电池，其特征在于：所述阳极和阴极浆料所用的溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮。
5.根据权利要求3所述的超级电容器电池，其特征在于：所述阳极和阴极浆料所用的活性材料为活性炭。
6.根据权利要求3所述的超级电容器电池，其特征在于：所述阳极浆料所用的导电填料为类石墨薄片。
7.根据权利要求3所述的超级电容器电池，其特征在于：所述阳极和阴极浆料所用的树脂粘合剂为PVDF。
8.根据权利要求3所述的超级电容器电池，其特征在于：所述阴极浆料所用的导电填料为石墨烯。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170517 |
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