[發明專利]混合超級電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 201010127608.2
• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號: CN101789315A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 高立軍;楊陸香;丁幫助
• 申請（專利權）人: 常州康維電子科技有限公司
• 主分類號: H01G9/145
• 分類號: H01G9/145;H01G9/045
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 王凌霄

技術領域

本發明涉及電化學能源技術領域，特別涉及一種可快速充放電的高比能量 的超級電容，具體涉及負極采用鈦酸鋰，正極采用活性碳組成的混合超級電容 及其制備方法。

背景技術

隨人口的急劇增長和社會經濟的迅速發展，資源和能源日漸短缺，環境保 護日益受到重視，能源的開發和節省成為當今世界的一個重要課題。能源是人 類社會存在和發展的基礎，以礦物能源為基礎的當今社會愈來愈頻繁地遭遇能 源匾乏以及環境污染危機。同時，伴隨著信息化高科技時代的來臨，能源應用 形態正在發生變化，可再生、無污染、小型分立的可移動高性能電源需求快速 增長。目前市場上常見電池體系如：堿錳、銀鋅等一次電池，鉛酸、鎳鎘、鎳 氫、鋰離子電池等其共同特點是具有較高的能量密度相對較大，但它們的功率 密度很低，充電時間長。因而在許多對功率密度要求較高的儲能裝置應用領域 (如航天領域和現代化武器裝備等)，這些傳統的蓄電池根本不能滿足需求。因 此人們期待著具有高能量、高功率、長壽命的新型綠色儲能器件的出現。

電化學混合電容器(EHSC)是一種介于超級電容器和電池之間的新型貯 能元件，它具有比超級電容器更高的比容量或比能量及比電池更高的功率密度， 是混合動力車、動力電源的最佳選擇之一。其材料和體系的構筑是研究的重點。 近年來，尖晶石型鈦酸鋰作為新型儲能電池的電極材料日益受到重視，這是因 為尖晶石型鈦酸鋰在鋰離子嵌入和脫出前后的晶格常數變化很小，被稱為鋰離 子嵌入的“零應變材料”，因而具有優異的循環穩定性。同時，鈦酸鋰還具有抗 過充性能和熱穩定性能好、安全性高和比容量大、不與電解液發生反應、資源 豐富、清潔環保、容易制備、成本低等特點，是一種優異的新型電池電容材料， 在儲能電池和電容領域有廣泛的應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提出一種快速充放電的高比能量的鈦酸鋰/活 性碳混合超級電容器，該混合超級電容在大電流充放電下能夠保持更好的容量， 更好的循環穩定性和更長的使用壽命；并且同時提出一種該混合超級電容器正 極與負極的制備方法。

本發明所采用的技術方案為：一種混合超級電容器，包括正極、負極、電 解液、隔膜和外殼，所述的正極為由較大表面積的多孔結構的活性碳、導電劑 和粘結劑組成、正反面涂覆在鋁箔上制成的正電極片，所述的負極為由鈦酸鋰、 導電劑和粘結劑組成、正反面涂覆在鋁箔上制成的負電極片，所述的正電極片 與負電極片懸浮在電解液中，所述的電解液的溶質為磷氟酸鋰、高氯酸鋰和硼 氟酸鋰三種鋰鹽中的至少一種鋰鹽，電解液的溶劑為乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、 二甲基碳酸酯或乙基甲基碳酸酯溶劑中的一種或多種混合物，所述的隔膜為置 于電解液中用以分隔正極與負極，所述的隔膜為具有微孔的聚丙烯、聚乙烯或 聚丙烯與聚乙烯的混合物所構成的單層或多層的復合薄膜或具有纖維的紙質薄 膜，所述的外殼為鋁塑膜軟包裝或鋼殼或鋁殼。

一種混合超級電容器的制備方法，包括正電極片的制備方法和負電極片的 制備方法，步驟如下：

(1)正電極片的制備方法：將質量比為80％～90％的活性碳、5％～15％的導 電劑和5％～10％的粘接劑溶解在水溶液或N-甲基吡咯烷酮中，球磨攪拌形成正 極漿料，將漿料均勻涂布在鋁箔的正反面上，經干燥、滾壓剪切制成正電極片；

(2)負電極片的制備方法：將質量比為75％～90％的鈦酸鋰、5％～20％的導 電劑和5％～10％的粘接劑溶解在水溶液或N-甲基吡咯烷酮中，球磨攪拌形成負 極漿料，將漿料均勻涂布在鋁箔的正反面上，經干燥、滾壓剪切制成負電極片。

本發明所述的鈦酸鋰為金屬或碳摻雜包覆改性過的鈦酸鋰，優選為鈦酸鋰/ 碳(Li₄Ti₅O₁₂/C)復合物，更優選為用導電碳黑SuperP-Li作為反應前軀體合成 的改性納米鈦酸鋰，該鈦酸鋰具有尖晶石結構且其粒度小于1um。

本發明所述的導電劑為導電碳黑SuperP-Li或導電石墨KS6中的一種或兩 種，所述的粘結劑為聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡膠(SBR) 或羧甲基纖維素(CMC)中的一種或幾種的混合物。