[發明專利]超級電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 200710124246.X
• 申請日: 2007-11-02
• 公開（公告）號: CN101425380A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 劉長洪;范守善
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業(深圳)有限公司
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/058;H01G9/04;H01G9/155;H01G9/00;H01M10/00;H01M14/00
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技術領域

本發明涉及一種超級電容器及其制備方法，尤其涉及一種基于碳納米管 的超級電容器及其制備方法。

背景技術

超級電容器(supercapacitor)，又叫電化學電容器、電雙層電容器。超級 電容器具有高的比功率和長的循環壽命，工作溫度范圍寬。在移動通訊、信 息技術、電動汽車、航空航天和國防科技等方面都有著極其重要和廣闊的應 用前景。

超級電容器包括電極、隔膜和電解液溶液，該電極和隔膜都設置在該電 解液溶液中。該電極包括一集電體以及設置在該集電體上的電極材料。現有 超級電容器的制備方法通常是將電極材料充分研磨后，在其中加入一定量的 粘結劑攪拌均勻，再通過模壓法、冷等靜壓法、熱等靜壓法等壓制方法壓制 在泡沫鎳、石墨片、鎳片、鋁片或銅片等集電體上，即可制成一定形狀的電 極；然后將電極設置在含隔膜的電解液溶液中即可制成超級電容器。該制備 方法較復雜。

超級電容器中影響其容量的決定因素是電極材料。理想的電極材料要求 結晶度高、導電性好、比表面積大、微孔集中在一定的范圍內(要求微孔大 于2nm)?，F有的超級電容器材料主要有：活性碳系列和過渡金屬氧化物系 列?；钚蕴枷盗械牟牧蠈щ娦暂^差，所得電容器等效串聯電阻大。而且該活 性碳系列的比表面積實際利用率不超過30％，電解質離子難以進入，因此不 適于用作超級電容器的電極材料。過渡金屬氧化物用作電極材料在提高超級 電容器的容量方面具有良好的效果。但其成本太高，無法推廣使用。

碳納米管(Carbon?Nanotube，CNT)的出現為超級電容器的開發提供了 新的機遇。碳納米管是一種納米級無縫管狀石墨結構碳材料，管徑為幾納米 到幾十納米，管長為幾微米到幾十微米。碳納米管比表面積大，結晶度高， 導電性好，管內外徑可通過合成工藝加以控制，可使比表面利用率達到 100％。因而可以成為一種理想的超級電容器材料。

碳納米管用作超級電容器材料的研究最早見諸于Chunming?Niu等的報 道(請參見High?power?electrochemical?capacitors?based?on?carbon?nanotube electrodes，Apply?Physics?Letter，Chunming?Niu?et?al.，vol?70， p1480-1482(1997))。他們購買了純的多壁碳納米管粉末，將其用硝酸進行化 學改性后，放入水中進行反復的過濾和洗滌，經過干燥后即可制成薄膜電極。 將所述的兩個薄膜電極設置在質量分數為38％的H₂SO₄電解液溶液中，封裝 制得一超級電容器。在該薄膜電極的制備方法中，由于所用的碳納米管原料 為粉末狀，極易發生團聚，制成的薄膜電極中碳納米管分布不均勻，故需要 對碳納米管進行化學改性。然而，即使經過化學改性后的碳納米管仍然會出 現團聚現象，造成所制得的薄膜電極韌性差，容易斷裂，影響了超級電容器 的性能。

因此，確有必要提供一種超級電容器及其制備方法，所制得的超級電容 器具有電容量高和功率密度大的特點，且該制備方法簡單、易于實現，可以 降低生產成本。

發明內容

一種超級電容器，其包括：一第一電極，該第一電極包括一第一碳納米 管薄膜；一第一集電體，該第一碳納米管薄膜設置在該第一集電體之上；一 第二電極，該第二電極包括一第二碳納米管薄膜；一第二集電體，該第二碳 納米管薄膜設置在該第二集電體之上；一隔膜，該隔膜設置在所述第一電極 和第二電極之間，并分別與所述第一電極和第二電極間隔設置；一電解液溶 液，所述的第一電極、第二電極、第一集電體、第二集電體和隔膜均設置在 該電解液溶液中；一外殼，所述第一電極、第二電極、第一集電體、第二集 電體、隔膜和電解液溶液均設置在該外殼內。該第一碳納米管薄膜和第二碳 納米管薄膜中碳納米管均勻分布，且平行于該碳納米管薄膜的表面。

一種超級電容器的制備方法，其包括以下步驟：提供一碳納米管陣列形 成于一基底；提供一施壓裝置，擠壓上述碳納米管陣列獲得一碳納米管薄膜； 提供一隔膜，將上述兩個相同的碳納米管薄膜用該隔膜分隔后，并裝入一外 殼中；提供一電解液溶液，將該電解液溶液注入進上述外殼中，封裝制得一 超級電容器。

所述的碳納米管薄膜的制備方法，進一步包括，將該碳納米管薄膜切割 成預定的尺寸和形狀。