CN201838460U

CN201838460U - 混合超级电容器

Info

Publication number: CN201838460U
Application number: CN2010201355520U
Authority: CN
Inventors: 高立军; 杨陆香; 丁帮助
Original assignee: GUANGZHOU KANGWEI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Nernst New Energy (Suzhou) Co., Ltd.
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2020-03-19

Abstract

本实用新型涉及一种混合超级电容器，包括正极铝箔片、负极铝箔片、电解液和隔膜，所述的正极铝箔片正反面均匀涂布有较大表面积的多孔结构的活性碳、导电剂和粘结剂组成的涂覆料，所述的负极铝箔片正反面均匀涂布有钛酸锂、导电剂和粘结剂组成的涂覆料，所述的正极铝箔片与负极铝箔片悬浮在电解液中，所述的隔膜置于电解液中用以分隔正极铝箔片与负极铝箔片。本实用新型的优点在该混合超级电容器在大电流充放电下能够保持更高的容量，更好的循环稳定性和更长的使用寿命。

Description

混合超级电容器

技术领域

本实用新型涉及电化学能源技术领域，尤其是一种可快速充放电的高比能量的超级电容，具体涉及负极采用钛酸锂，正极采用活性碳组成的混合超级电容。

背景技术

随人口的急剧增长和社会经济的迅速发展，资源和能源日渐短缺，环境保护日益受到重视，能源的开发和节省成为当今世界的一个重要课题。能源是人类社会存在和发展的基础，以矿物能源为基础的当今社会愈来愈频繁地遭遇能源匾乏以及环境污染危机。同时，伴随着信息化高科技时代的来临，能源应用形态正在发生变化，可再生、无污染、小型分立的可移动高性能电源需求快速增长。目前市场上常见电池体系如：碱锰、银锌等一次电池，铅酸、镍鎘、镍氢、锂离子电池等其共同特点是具有较高的能量密度相对较大，但它们的功率密度很低，充电时间长。因而在许多对功率密度要求较高的储能装置应用领域(如航天领域和现代化武器装备等)，这些传统的蓄电池根本不能满足需求。因此人们期待着具有高能量、高功率、长寿命的新型绿色储能器件的出现。

电化学混合电容器(EHSC)是一种介于超级电容器和电池之间的新型贮能元件，它具有比超级电容器更高的比容量或比能量及比电池更高的功率密度，是混合动力车、动力电源的最佳选择之一。其材料和体系的构筑是研究的重点。近年来，尖晶石型钛酸锂作为新型储能电池的电极材料日益受到重视，这是因为尖晶石型钛酸锂在锂离子嵌入和脱出前后的晶格常数变化很小，被称为锂离子嵌入的“零应变材料”，因而具有优异的循环稳定性。同时，钛酸锂还具有抗过充性能和热稳定性能好、安全性高和比容量大、不与电解液发生反应、资源丰富、清洁环保、容易制备、成本低等特点，是一种优异的新型电池电容材料，在储能电池和电容领域有广泛的应用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种快速充放电的高比能量的钛酸锂/活性碳混合超级电容器，该混合超级电容在大电流充放电下能够保持更好的容量，更好的循环稳定性和更长的使用寿命。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种混合超级电容器，包括正极铝箔片、负极铝箔片、电解液和隔膜，所述的正极铝箔片正反面均匀涂布有较大表面积的多孔结构的活性碳、导电剂和粘结剂组成的涂覆料层，所述的负极铝箔片正反面均匀涂布有钛酸锂、导电剂和粘结剂组成的涂覆料层，所述的正极铝箔片与负极铝箔片悬浮在电解液中，所述的隔膜置于电解液中用以分隔正极铝箔片与负极铝箔片。

进一步具体的说，本实用新型所述的隔膜为具有微孔的聚丙烯、聚乙烯或聚丙烯与聚乙烯的混合物所构成的单层或多层的复合薄膜或具有纤维的纸质薄膜。

本实用新型所述的电解液的溶质为磷氟酸锂、高氯酸锂和硼氟酸锂三种锂盐中的至少一种锂盐，电解液的溶剂为乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯或乙基甲基碳酸酯溶剂中的一种或多种混合物。

本实用新型制备时包括以下步骤：

(1)将质量比为80％～90％的活性碳、5％～15％的导电剂和5％～10％的粘接剂溶解在水溶液或N-甲基吡咯烷酮中，球磨搅拌形成正极浆料，将浆料均匀涂布在正极铝箔片的正反面上，经干燥、滚压剪切制成正电极片；

(2)将质量比为75％～90％的钛酸锂、5％～20％的导电剂和5％～10％的粘接剂溶解在水溶液或N-甲基吡咯烷酮中，球磨搅拌形成负极浆料，将浆料均匀涂布在负极铝箔片的正反面上，经干燥、滚压剪切制成负电极片。

本实用新型所述的钛酸锂为金属或碳掺杂包覆改性过的钛酸锂，优选为钛酸锂/碳(Li4Ti5O12/C)复合物，更优选为用导电碳黑SuperP-Li作为反应前躯体合成的改性纳米钛酸锂，该钛酸锂具有尖晶石结构且其粒度小于1um。

本实用新型所述的导电剂为导电碳黑SuperP-Li或导电石墨KS6中的一种或两种，所述的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡胶(SBR)或羧甲基纤维素(CMC)中的一种或几种的混合物。

本实用新型所述的正极铝箔片上的涂覆料由80％-90％的活性碳，5％-15％的导电剂和5％-10％的粘接剂组成，且正极铝箔片上的涂覆料各组分的质量百分比之和为100％；所述的负极铝箔片上的涂覆料由75％～90％的钛酸锂、5％～20％的导电剂和5％～10％的粘接剂组成，且负极铝箔片上的涂覆料各组分的质量百分比之和为100％。所述的组成正电极片材料质量与组成负电极片的材料质量之比为2～5∶1，优选为3～4∶1。

本实用新型的有益效果是，解决了背景技术中存在的缺陷，采用金属或者碳掺杂改性钛酸锂为负极材料，以活性碳为正极材料，使得制备的混合超级电容在大电流充放电下能够保持更好的容量，更好的循环稳定性和更长的使用寿命；特别是采用导电碳黑SuperP-Li作为反应前躯体改性合成的纳米钛酸锂/碳复合材料明显大大提高了该材料的导电率，使得该混合超级电容的大电流充放电性能得到大大地改善。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的优选实施例的结构示意图；

图中：1、正极铝箔片；2、负极铝箔片；3、电解液；4、隔膜。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示的一种混合超级电容器，包括正极铝箔片1、负极铝箔片2、电解液3和隔膜4，所述的正极铝箔片1正反面均匀涂布有较大表面积的多孔结构的活性碳、导电剂和粘结剂组成的涂覆料层，所述的负极铝箔片2正反面均匀涂布有钛酸锂、导电剂和粘结剂组成的涂覆料层，所述的正极铝箔片1与负极铝箔片2悬浮在电解液3中，所述的隔膜4置于电解液3中用以分隔正极铝箔片1与负极铝箔片2。

本实用新型的制备过程如下：将活性碳、导电剂(SuperP-Li+KS6)和粘结剂(SBR+CMC)按质量比85∶10∶5的比例称取，以水溶液为溶剂，将此混合物以3000rpm的速度在真空中高速搅拌3～5小时形成均匀的浆料物后，均匀的正反面的涂布在正极铝箔片上，在100℃的环境温度下干燥后在滚压机上压平，剪切制成正电极片。

按质量比将85％的通过溶胶-凝胶法用导电碳黑SuperP-Li作为反应前躯体碳源合成的钛酸锂/碳复合物，10％的导电剂(SuperP-Li+KS6)、5％的粘结剂(SBR+CMC)溶解在水溶液中，用搅拌机以3000rpm的速度在真空中高速搅拌4～8小时，得到负极浆料。将浆料涂布在负极铝箔片上经干燥、滚压、剪切制成负电极片。

采用NKK公司研发的、型号为TF4035的隔膜为混合超级电容的隔膜4。电解液3采用以1M LiClO4为溶质，以丙烯碳酸酯(PC)为溶剂。控制正、负电极片厚度，将正、负极活性材料质量比为3∶1的正、负极极片焊接极耳、贴胶，然后将正、负极片用隔膜隔开以叠片方式组合成电芯；电芯经过热冷压整形；再装入铝塑膜外壳中，顶封、侧封口；然后在手套箱中注电解液并封口；化成后再二次封口；裁边整形，得到成品超级电容器。在60mAg-1的测试电流下，电容器的比容量为83.1Fg-1，经过500次循环后，容量保持在98.7％。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种混合超级电容器，包括正极铝箔片(1)、负极铝箔片(2)、电解液(3)和隔膜(4)，其特征在于：所述的正极铝箔片(1)正反面均匀涂布有涂覆料层，所述的负极铝箔片(2)正反面均匀涂布有涂覆料层，所述的正极铝箔片(1)与负极铝箔片(2)悬浮在电解液(3)中，所述的隔膜(4)置于电解液(3)中用以分隔正极铝箔片与负极铝箔片。

2.如权利要求1所述的混合超级电容器，其特征在于：所述的隔膜(4)为具有微孔的、单层或多层的复合薄膜或隔膜(4)为纸质薄膜。