[發(fā)明專利]一種超級電容器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210187734.6
• 申請日: 2012-06-08
• 公開（公告）號: CN103474250A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周明杰;鐘玲瓏;王要兵
• 申請（專利權(quán)）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/32;H01G11/84
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種超級電容器及其制備方法。

背景技術(shù)

20世紀(jì)90年代，隨著人類社會對電動汽車的開發(fā)以及對功率脈沖電源的需求，刺激了人們對電化學(xué)電容器的研究，但目前電化學(xué)電容器的比能量仍然比較低。為了解決電池的比功率較低的問題，人們試圖將電池和超級電容器聯(lián)合使用，當(dāng)正常工作時，由電池提供所需的動力；當(dāng)啟動或需要大電流放電時，則由電容器來提供所需動力，這樣可以解決一些實(shí)際問題，但同時增加了電池的附件，與目前能源設(shè)備的短小輕薄等發(fā)展方向相違背；另外，人們正試圖利用電化學(xué)電容器和電池的原理，開發(fā)混合電容器作為新的貯能元件。

1990年Giner公司推出了貴金屬氧化物為電極材料的所謂贗電容器或稱準(zhǔn)電容器（Pseudo-capacitor）。為進(jìn)一步提高電化學(xué)電容器的比能量，1995年，D.A.Evans等提出了把理想極化電極和法拉第反應(yīng)電極結(jié)合起來構(gòu)成混合電容器的概念（Electrochemical?Hybrid?Capacitor，EHC或稱為Hybrid?capacitor）。1997年，ESMA公司公開了NiOOH/AC混合電容器的概念，揭示了蓄電池材料和電化學(xué)電容器材料組合的新技術(shù)。2001年，G.G.Amatucci報告了有機(jī)體系鋰離子電池材料和活性炭組合的Li₄Ti₅O₁₂/AC電化學(xué)混合電容器，是電化學(xué)混合電容器發(fā)展的又一個里程碑。

目前研究的混合型超級電容器主要采用高比表面積的活性碳作為正極材料，石墨或者Li₄Ti₅O₁₂作為負(fù)極，在正極與電解液的表面形成雙電層，正極材料的容量決定了整個體系的容量，由于正極雙電層的容量較小，限制了超級電容器整個體系的容量提高。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明旨在提供一種超級電容器及其制備方法。本發(fā)明提供的超級電容器，正極活性材料為比表面積為1~20m²/g的石墨，其儲能機(jī)理為陰離子嵌入嵌出的機(jī)理，提高了電極儲存電荷的能力，從而提高了整個體系的容量。本發(fā)明提供的制備方法操作簡單。

第一方面，本發(fā)明提供了一種超級電容器，包括正極、負(fù)極、介于正極與負(fù)極之間的隔膜以及電解液，正極包括鋁箔和涂覆在鋁箔上的正極材料，負(fù)極包括鋁箔和涂覆在鋁箔上的負(fù)極材料，正極材料包括質(zhì)量比為85~90:5~10:5~10的正極活性材料、粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，正極活性材料為比表面積為1~20m²/g的石墨，負(fù)極材料包括質(zhì)量比為85~90:5~10:5~10的負(fù)極活性材料、粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，負(fù)極活性材料為比表面積為200~3000m²/g的碳材料，負(fù)極活性材料與正極活性材料的質(zhì)量比為10~20。

常規(guī)超級電容器正極活性材料主要采用活性炭、碳納米管、石墨烯等高比表面積（200~3000m²/g）的碳材料，其儲能機(jī)理為雙電層機(jī)理，本發(fā)明中的正極活性材料采用低比表面積（1~20m²/g）的石墨，其儲能機(jī)理是利用電解液中的陰離子在石墨片層中的嵌入與嵌出來儲能，可有效提高電極儲存電荷的能力，最終提高超級電容器的容量。本發(fā)明負(fù)極活性材料與與常規(guī)超級電容器負(fù)極活性材料一樣，主要采用高比表面積（200~3000m²/g）的碳材料作為負(fù)極活性材料，其儲能機(jī)理為雙電層機(jī)理，利用電解液中的陽離子在負(fù)極活性材料表面形成的雙電層來儲能。

優(yōu)選地，碳材料為活性炭、碳納米管、石墨烯或石墨烯的衍生物。

更優(yōu)選地，碳材料為比表面積為200～1500m²/g的石墨烯或石墨烯的衍生物。

優(yōu)選地，石墨烯的衍生物為氮摻雜石墨烯或硼摻雜石墨烯。

優(yōu)選地，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚乙烯醇。

優(yōu)選地，導(dǎo)電劑為乙炔黑、科琴黑、碳納米管或?qū)щ娞祭w維。

優(yōu)選地，隔膜為聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜或無紡布隔膜。

優(yōu)選地，電解液的溶質(zhì)為通式為M⁺Y^-的鹽，其中Y^-為PF₆^-或BF₄^-，M⁺為分別如結(jié)構(gòu)式A、B、C所示的季銨鹽正離子、吡啶鹽正離子或吡咯鹽正離子：

式中，R為碳原子數(shù)為1~6的烷基。