[發明專利]一種高比容量超級電容器的制造方法

有效

• 申請號: 201410399692.1
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104157469B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 蔣虎南;漆長席;吳孟強;林彬
• 申請（專利權）人: 四川能寶電源制造有限公司
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G11/86
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 裴娜

技術領域

本發明涉及電容器制造技術領域，尤其涉及一種高比容量超級電容器的制造方法。

背景技術

目前超級電容器的研究主要集中在對高性能電極材料的制備上。因為影響化學電池性能的所有因素中，電極材料的性能起著最重要的作用。在超級電容器電極材料中，應用最為廣泛的是各種碳材料。根據雙電層原理，電極表面的雙電層電容約為20μF/cm²。理論上，若采用比表面積為2500m²/g的活性炭做電極材料，可獲得的比容量高達500F/g。這種較高的理論值使得人們對高比表面積的碳材料產生了極大的興趣。因此，目前碳電極材料的研究核心是通過提高碳材料的比表面積以及優化孔結構來提高比容量和能量密度。但經研究發現，實際上大多數碳材料的比電容并不總是隨其比表面積的增大而線性增大。這是由于碳材料的雙電層電容與碳材料的比表面積、孔徑分布、孔結構、碳表面官能團等因素都有關。Shi等研究了比表面積、孔容、平均孔徑和孔結構與比容量的關系，認為微孔和中孔對雙電層電容都有貢獻，但微孔和中孔單位面積上的雙電層電容存在差別。離子在狹窄的微孔中移動慢，因而雙電層容量小。孔徑越大，電化學吸附速度越快，能夠滿足快速充放電的要求。對于特定的活性炭纖維，在有機電解液中，當大于2nm的孔所占體積比在50％以上時，質量比容量才隨著比表面積的增大而線性增加。但最近，Gogotsi等人在研究發現，當孔結構小于1nm(約0.6nm)時，其電荷儲存容量較之標準粉末超級電容器超過50％，表明微孔也是可以用來產生雙電層電容的，這一研究成果為進一步增加碳材料能量密度開辟了新的路徑。

此外，由于炭材料表面很容易因吸附或物理化學處理等形成包括醌、氫醌、酚、羧基、羰基、內酯、氫鍵、游離基等有機官能團。這些官能團一方面可以改善炭材料表面對電解液的浸潤性，另一方面在一定的電位下也發生氧化還原反應而產生贗電容。例如Lipka用比表面積僅為2m²/g的碳纖維作電極材料，通過活化使表面生成活性基團后其單電極比容量為300F/g。另外，功能化的碳納米管作為超級電容器也被廣泛報道。RuO₂電極活性材料以其不同尋常的比容量而成為研究的熱點，研究工作主要集中在運用不同的方法制備活性極高的電極材料。Jang等通過電泳沉積獲得RuO₂·xH₂O，比容量最大可達734F/g，最大能量密度為25Wh/kg；Liang報道了通過固相法合成RuO₂·xH₂O，其顆粒大小約為30-40nm，單電極比容量達到655F/g，且方法十分簡單；Zheng、Jow等用溶膠凝膠法在150℃低溫合成了一種無定形水合的RuO₂·xH₂O，單電極比容量高達768F/g，能量密度高達94kJ/kg，循環壽命、充放電性能也相當好。分析認為RuO₂·xH₂O的無定型特點使得H⁺很容易在體相中傳輸，使RuO₂·xH₂O的全部體積均能用于電荷存儲，大大提高了電極的比容量；此外在貴金屬氧化物中，IrO₂有著與RuO₂相類似的法拉第準電容特性，它們都具有較高的比容量和良好的電導率。由于Ru作為一種貴金屬價格十分昂貴，因此，人們在尋找各種方法減少貴金屬的用量。目前的工作主要圍繞以下幾個方面：