[發(fā)明專利]一種混合型聚合物超級電容器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710094672.3
• 申請日: 2007-12-28
• 公開（公告）號: CN101217073A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許檢紅;王然;鞠群;苗小麗
• 申請（專利權(quán)）人: 上海奧威科技開發(fā)有限公司
• 主分類號: H01G9/00
• 分類號: H01G9/00;H01G9/155;H01G9/042;H01G9/058;H01G9/022;H01G9/028;H01M10/00;H01M14/00
• 代理公司: 上海浦東良風專利代理有限責任公司
• 代理人: 陳志良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電容器，特別是公開一種混合型聚合物超級電容器，屬于電容器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

超級電容器是介于傳統(tǒng)電容器與電池之間的一種新型電化學儲能器件，它相比傳統(tǒng)電容器有著更高的靜電容量，能達千法拉至萬法拉級；相比電池有著更高的功率密度和超長的循環(huán)壽命，因此它結(jié)合了傳統(tǒng)電容器與電池的優(yōu)點，是一種應(yīng)用前景廣闊的化學電源。它具有比容量高、功率大、壽命長、工作溫限寬、免維護等特點。超級電容器主要是利用電極/電解質(zhì)界面電荷分離所形成的雙電層，或借助電極表面快速的氧化還原反應(yīng)所產(chǎn)生的法拉第“準電容”來實現(xiàn)電荷和能量的儲存的。目前，為了提高超級電容器的能量密度，一般采用混合型的結(jié)構(gòu)設(shè)計，即超級電容器的一極采用電池的非極化電極(如氫氧化鎳)，另一極采用雙電層電容器的極化電極(如活性炭)，這種混合型超級電容器能量密度能達到12～15Wh/Kg。

超級電容器按電解質(zhì)分可分為水系電解質(zhì)、有機電解質(zhì)、聚合物電解質(zhì)三種超級電容器。水系電解質(zhì)超級電容器由于受水的分解電壓的限制，其工作電壓在1V左右，使得其能量密度較低；而有機電解質(zhì)超級電容器雖然工作電壓可以達到4V以上，但存在電解液泄漏的問題；聚合物電解質(zhì)超級電容器不僅工作電壓較高，而且安全、無泄漏，便于超級電容器朝微型、超薄型、異型方向發(fā)展。使用在超級電容器上的聚合物電解質(zhì)有固體聚合物電解質(zhì)和凝膠聚合物電解質(zhì)兩種，而固體聚合物電解質(zhì)室溫電導率低，實用性差，所以，一般應(yīng)用在超級電容器的為凝膠型聚合物電解質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是超級電容器極片材料結(jié)構(gòu)：正極片與負極片材料不一樣，公開一種混合型聚合物超級電容器，使本發(fā)明產(chǎn)品具有高功率、高能量、循環(huán)壽命長、無環(huán)境污染、高安全性等優(yōu)點。

本發(fā)明綜合了混合型超級電容器和聚合物超級電容器的各自優(yōu)勢，一方面提高了超級電容器的能量密度，另一方面解決了超級電容器電解液泄漏、氣脹等安全問題，使其能更好地應(yīng)用在車輛制造業(yè)、電力行業(yè)、電源行業(yè)、通訊行業(yè)、軍事航天工業(yè)等行業(yè)。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種混合型聚合物超級電容器，包括正極片、負極片及介于正、負極片之間的聚合物電解質(zhì)膜，所述正極片的材料組份包括石墨、導電炭黑和聚偏氟乙烯，所述負極片的材料組份包括活性炭或介孔炭或納米炭管或炭氣凝膠、導電炭黑和聚偏氟乙烯，其特征在于：正極片組份還包括鋰離子嵌入化合物，所述的鋰離子嵌入化合物在LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiFePO₄、LiNi_0.8Co_0.2O₂或LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂中選取一種或幾種，也可以采用對上述嵌入化合物進行金屬元素的摻雜所得到的材料中的一種或幾種，摻雜的元素為：Li、Co、Ni、Mn、Fe、Cu、Al、Mg和Zn中的一種或幾種；所述的聚合物電解質(zhì)膜采用含有鋰鹽的凝膠型聚合物的電解質(zhì)膜，該聚合物電解質(zhì)膜制作所用的漿料組份為聚丙烯腈或聚氧乙烯或聚偏氟乙烯、鋰鹽和增塑劑。

本發(fā)明中，正極片的制作步驟為：按照一定的質(zhì)量比稱取LiMn₂O₄或其它鋰離子嵌入化合物、石墨粉、導電炭黑、PVDF(聚偏氟乙烯)、NMP(1-甲基-2-吡咯烷酮)混合后，攪拌至膏狀，然后涂布在鋁箔上，經(jīng)真空烘干(120～130℃)、碾壓后，裁成一定的尺寸。負極片的制作步驟為：按照一定的質(zhì)量比稱取活性炭或其它炭材料、導電炭黑、PVDF(聚偏氟乙烯)、NMP(1-甲基-2-吡咯烷酮)混合后，攪拌至膏狀，然后涂布在銅箔上，經(jīng)真空烘干(120～130℃)、碾壓后，裁成一定的尺寸。

本發(fā)明中，聚合物電解質(zhì)膜的制作步驟為(以聚氧乙烯膜為例)：首先將聚合物(PEO)和鋰鹽(LiClO₄)分別溶解在40～50℃的質(zhì)量比為1∶1的EC-PC的混合溶液中，待溶解完全后將兩種溶液混合，在70～80℃攪拌成均勻的膠體，然后倒在兩塊玻璃板之間形成薄層，再在減壓下情況下于120℃加熱除去有機溶劑，便可得到柔韌的固體薄膜，然后裁成規(guī)定的尺寸。

本發(fā)明中，超級電容器的組裝是采用層疊方式，即按照正極片/聚合物電解質(zhì)膜/負極片這樣的方式進行疊片，然后將疊好的電芯的正極極群焊在鋁制極耳上、負極極群焊在鎳制極耳上，將焊好后的電芯放入成型好的鋁塑膜中進行封口。