[發明專利]一種高能比超級電容電極材料的制造方法

有效

• 申請號: 200810228111.2
• 申請日: 2008-10-16
• 公開（公告）號: CN101369492A
• 公開（公告）日: 2009-02-18
• 發明（設計）人: 米國民
• 申請（專利權）人: 丹東思誠科技有限公司
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/048;H01G9/058
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司
• 代理人: 孫國瑞

技術領域

本發明涉及一種超級電容電極材料的制造方法。具體地說涉及一種使用干式機械力物理化學處理多孔炭/導電劑/聚四氟乙烯復合電極材料的制備方法。?

背景技術

超級電容器(supercapacitors)，也稱電化學電容器(electrochemical?capacitors)，雙電層電容器、(黃)金電容器、儲能電容或法拉電容，是近年來隨著材料科學的突破而出現的新型功率型電子元器件。具有高的比功率和長的循環壽命，能瞬間大電流充放電，同時還具有安全可靠、適用范圍寬的特點，因而在許多場合具有獨特的應用優勢。超級電容器可用作電腦、錄相機、計時器等的備用電源，也可用于需用連發、強流脈沖電能的尖端航天領域及軍事領域和高新技術武器，如激光武器、電炮等。然而，超級電容器最令人矚目的應用還屬正在蓬勃發展的電動汽車上(特別是電動汽車、混合燃料汽車和特殊載重車輛)、鐵路、通訊、消費性電子產品、電力等方面。將超級電容器與二次電池或燃料電池并聯組成復式電源可滿足電動汽車啟動、爬坡時的峰功率需求，車輛下坡、剎車時又可作為回收能量的蓄能器，因此近年來引起了廣泛的關注。?

超級電容真正的發展是從八十年代開始的，最早出現的是小容量低功率備份電源雙電層超級電容器。隨著材料與工藝關鍵技術的不斷突破，產品質量和性能不斷得到了穩定和提高，到了九十年代末開始進入大容量高功率型超級電容的全面產業化發展時期。這一產品不斷得到市場的認知，市場的拓展也在成幾何倍數增長。因為它具有多種優良的性能而得到廣泛的應用，尤其是在一些工業國家，如美國、日本、俄羅斯等。俄羅斯擁有水性高功率型雙電層超級電容器制作的最高技術，ECOND公司的串聯高壓型雙電層超級電容是典型代表，目前還有ELIT、ESMA等公司生產水性體系雙電層超級電容器。日本一直在大力研究雙電層超級電容器，最早的小容量雙電層超級電容器的典型代表是日本的松下公司，應用重點在儲備電源等民用領域，主要廠商有Panasonic，ELNA，NEC-Tokin等。在技術上日本的小容量儲備型電容器產品最為成熟，目前已經得到了廣泛的應用。韓國自1998年起進行大容量高功率型雙電層超級電容器產業化工作，2001年已經進入了生產應用階段，其發展以NESS公司為典型代表。目前，制約超級電容應用的瓶頸主要是超級電容的能量密度(即單位重量所存儲的電能wh/kg)偏低。國際上主要的二次電池的能量密度和超級電容的能量密度對比如下：

鉛電池：20wh/kg?

鎘鎳，鎳氫電池：20-60wh/kg?

鋰電池：120-140wh/kg?

超級電容：1-5wh/kg?

以上可以看出：超級電容能量密度和二次電池相比很低。如何提高能量密度以滿足超級電容作為儲能器件的需要是超級電容發展的重要課題。?

一般而言，超級電容器的原理非常復雜，但類似傳統物理電容，儲存的電能來源于電荷在兩塊極板上的分離，兩塊極板之間為真空(相對介電常數為1)或一層介電物質(相對介電常數為ε)所隔離，電容值為：?

C＝ε·A/3.6πd·10^-6(μF)?

其中A為極板面積，d為介質厚度?

所儲存的能量為：?

E＝1/2CV²

其中C為電容值，ΔV為極板間的電壓降。可見，若想獲得較大的電容量、儲存更多的能量，必須增大面積A或減少介質厚度d。?

超級電容器中，采用多孔炭材料制作成電極，同時在相對的多孔炭電極之間充填電解質溶液，當在兩端施加電壓時，相對的多孔電極上分別聚集正負電子，而電解質溶液中的正負離子將由于電場作用分別聚集到與正負極板相對的界面上，從而形成兩個集電層，相當于兩個電容器串聯。由于活性炭材料具有較大BET比表面積(即獲得了極大的電極面積A)，而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm(即獲得了極小的介質厚度d)，根據前面的計算公式可以看出，這種雙電層電容器比傳統的物理電容或電解電容的容量要大很多，比容量可以提高1000倍以上，從而使利用電容器進行大電量的儲能成為可能。原則上，多孔炭的比表面積越大，超級電容器的電容量就越大。但是，研究表明，超級電容器的電容量和多孔炭的比表面積并不是簡單的比例關系，這可能和多孔炭的孔結構(孔形狀、孔徑及分布)和表面官能團以及吸附特性有關。日本特開平11-317333號報道了用比表面積較小，但X射線衍射層間距d002范圍為0.365～0.385nm的微結晶多孔炭，做為超級電容器的電極材料，可以使超級電容的電容量提高40％以上。?