[發(fā)明專利]一種具有提高儲能容量的電容器制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610147726.3
• 申請日: 2006-12-21
• 公開（公告）號: CN101206954A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張晟;李春林;陳勇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海云霆電子科技有限公司
• 主分類號: H01G9/00
• 分類號: H01G9/00;H01G9/155;H01G13/00;H01M10/04;H01M10/00;H01M14/00
• 代理公司: 上海東方易知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所
• 代理人: 沈原

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種電容器制作方法，尤其是對于雙極性構(gòu)造的超高容量電容器具有提高其儲能容量的制作方法。

【背景技術(shù)】

在儲能裝置中，電池(如二次電池的鋰電池、鎳氫電池或一次電池中的干電池)與電容器(鋁電解電容、陶瓷電容或鉭質(zhì)電容)被視為兩大代表組件。電池是一種電能的能量儲存器，具有高的儲存能量特性，但只有低輸出功率。而電容剛好相反，是一種功率儲存器，具高的輸出功率，但能量儲存特性較差。

超高容量電容器(Ultracapacitor)是介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的電子組件，同時具備電池和電容的優(yōu)點，并能彌補其不足，具有體積小、質(zhì)量輕、高功率、高電容和生命周期長等特色，是一種兼具高功率與高能量密度的新能量儲存工具。

超高容量電容器基本上包含兩種儲電形式：一種是以電雙層(double?layer)機制儲存靜電能；另一種是除電雙層外，尚牽涉到氧化還原機制來儲存電能，稱為擬電容(或偽電容，pseudocapacitance)，其能量密度約為電雙層機制的5至10倍。

用于超電容的電極材料大致上可分成三種：碳材、金屬氧化物及導(dǎo)電高分子。碳超電容是電雙層機制儲能的代表，一般是以活性碳(active?carbon)、玻璃碳(glass?cabon)或活性碳纖維布為主要的電極材料，其儲能機構(gòu)是由于電極及電解液界面的電荷分離的電雙層生成。而擬電容常用的電極材料有兩種：(1)金屬氧化物，如RuO₂、IrO₂、Co₃O₄、MoO₃、WO₃和molybdenum?nitride等；(2)導(dǎo)電性高分子薄膜，如polyaniline，polypyrrole，和polythiophene等。

超高容量電容器組裝的方法有三種，第一種是卷繞型，許多的碳超電容都采取卷繞構(gòu)造。最大優(yōu)點是可提供大面積卷繞，但對于超電容單元間的串聯(lián)、積密度及電極的聯(lián)接等特性較差。而第二種是堆積型，其優(yōu)點是單元間的串聯(lián)容易，堆積密度高。第三種是雙極性堆積，以電極兩面分別擔(dān)任正負(fù)極，易獲得高工作電壓組件，單元組裝較有效率，易縮小組件的體積，可降低制造成本。此構(gòu)造需單元的電解液獨立封裝，技術(shù)難度較高。其中漏液與單元均勻分壓是封裝最困難關(guān)鍵，量產(chǎn)技術(shù)門坎遠(yuǎn)比卷繞、堆積型組裝高。詳見美國專利US06005764、US05867363、US05384685、US05464453、US05980977、US06174337、US05800857、US05821033、US05711988及中國臺灣專利第283273號、第284921號。

如圖1所示，超電容的基本單元10，是經(jīng)涂布電極12的基材11的兩電極板，以絕緣物體粘，其間以隔離膜14浸漬電解液再封膠13構(gòu)成。依電解液的不同，單元的工作電壓由1V(水是電解質(zhì))～3V(有機溶液電解質(zhì))不等。基本單元可由串并聯(lián)提高工作電壓及電容量，例如工作電壓為1V，電容量為1F的基本單元可經(jīng)100個串聯(lián)，提高工作電壓至100V，但電容量只有1/100F。而并聯(lián)100個，電容量可達(dá)100F，但工作電壓仍只有1V。

超電容單元可經(jīng)電路、粘貼及雙極性構(gòu)造得到高工作電壓。電路串聯(lián)是最簡單的方法，經(jīng)由電路可串聯(lián)無數(shù)個超電容。但對于高工作電壓的超電容而言，電路電路串聯(lián)需龐大電路。加上個別電容單元的差異，必須加上平衡電路，確保整體超電容的可靠性。使得高工作電壓的超電容不僅在體積、重量、價格及制造上都相當(dāng)不利。

超電容單元粘貼是較有效率的方法，透過銀膠或?qū)щ娔z的粘著，串聯(lián)超電容單元。詳見中國臺灣專利第472271號，該技術(shù)將電解液填注并密封于兩個電極片之間一適當(dāng)間隙而形成單一的蓄電單元。然后將復(fù)數(shù)個以同樣方式形成的蓄電單元互相粘貼堆積。圖2為蓄電單元，圖3為堆積的蓄電單元。蓄電單元間以銀膠或?qū)щ娔z粘結(jié)，如同蓄電單元的串聯(lián)。最后提供容器將堆積的蓄電單元上下以導(dǎo)電彈性體頂住頂板與底板，形成高工作電壓超電容裝置。此法雖優(yōu)于電路串聯(lián)，但銀膠或?qū)щ娔z在充放電的衰退現(xiàn)象，使超電容在可靠度受到挑戰(zhàn)。此外，電極片的使用效率遠(yuǎn)亦不如雙極性構(gòu)造。

雙極性構(gòu)造是最有效率的串聯(lián)構(gòu)造，每一個電極片的兩面同時扮演正極與負(fù)極角色。每一個單元可緊密串聯(lián)。電極片使用量約占粘貼串聯(lián)的一半，例如100V工作電壓超電容需1V基本單元電極片200片，而雙極性構(gòu)造只需101片。此構(gòu)造方法特色是各蓄電單元電性與物性均一，各單元電解質(zhì)獨立隔絕。