專利名稱：一種混合型聚合物超級電容器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電容器，特別是公開一種混合型聚合物超級電容器，屬于電容器技術 領域。
背景技術：
超級電容器是介于傳統(tǒng)電容器與電池之間的一種新型電化學儲能器件，它相比傳統(tǒng)電 容器有著更高的靜電容量，能達千法拉至萬法拉級；相比電池有著更高的功率密度和超長 的循環(huán)壽命，因此它結合了傳統(tǒng)電容器與電池的優(yōu)點，是一種應用前景廣闊的化學電源。 它具有比容量高、功率大、壽命長、工作溫限寬、免維護等特點。超級電容器主要是利用 電極/電解質界面電荷分離所形成的雙電層，或借助電極表面快速的氧化還原反應所產生的 法拉第"準電容"來實現(xiàn)電荷和能量的儲存的。目前，為了提高超級電容器的能量密度，一 般采用混合型的結構設計，即超級電容器的一極采用電池的非極化電極(如氫氧化鎳)，另 一極采用雙電層電容器的極化電極(如活性炭)，這種混合型超級電容器能量密度能達到 12 15Wh/Kg。超級電容器按電解質分可分為水系電解質、有機電解質、聚合物電解質三種超級電容 器。水系電解質超級電容器由于受水的分解電壓的限制，其工作電壓在1V左右，使得其能 量密度較低；而有機電解質超級電容器雖然工作電壓可以達到4V以上，但存在電解液泄漏 的問題；聚合物電解質超級電容器不僅工作電壓較高，而且安全、無泄漏，便于超級電容 器朝微型、超薄型、異型方向發(fā)展。使用在超級電容器上的聚合物電解質有固體聚合物電 解質和凝膠聚合物電解質兩種，而固體聚合物電解質室溫電導率低，實用性差，所以，一 般應用在超級電容器的為凝膠型聚合物電解質。發(fā)明內容本發(fā)明的目的是超級電容器極片材料結構正極片與負極片材料不一樣，公開一種混 合型聚合物超級電容器，使本發(fā)明產品具有高功率、高能量、循環(huán)壽命長、無環(huán)境污染、 高安全性等優(yōu)點。本發(fā)明綜合了混合型超級電容器和聚合物超級電容器的各自優(yōu)勢， 一方面提高了超級 電容器的能量密度，另一方面解決了超級電容器電解液泄漏、氣脹等安全問題，使其能更 好地應用在車輛制造業(yè)、電力行業(yè)、電源行業(yè)、通訊行業(yè)、軍事航天工業(yè)等行業(yè)。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的 一種混合型聚合物超級電容器，包括正極片、負極片及介于正、 負極片之間的聚合物電解質膜，所述正極片的材料組份包括石墨、導電炭黑和聚偏氟乙烯， 所述負極片的材料組份包括活性炭或介孔炭或納米炭管或炭氣凝膠、導電炭黑和聚偏氟乙 烯，其特征在于正極片組份還包括鋰離子嵌入化合物，所述的鋰離子嵌入化合物在LiCo02、 LiMn204、 LiNi02、 LiFeP04、 LiNi0.8Co02O2或LiNi1/3 Co1/3 Mn1/302中選取一種 或幾種，也可以采用對上述嵌入化合物進行金屬元素的摻雜所得到的材料中的一種或幾種， 摻雜的元素為Li、 Co、 Ni、 Mn、 Fe、 Cu、 Al、 Mg禾n Zn中的一種或幾種；所鴻的聚合 物電解質膜采用含有鋰鹽的凝膠型聚合物的電解質膜，該聚合物電解質膜制作所用的漿料組份為聚丙烯腈或聚氧乙烯或聚偏氟乙烯、鋰鹽和增塑劑。本發(fā)明中，正極片的制作步驟為按照一定的質量比稱取LiMn204或其它鋰離子嵌入 化合物、石墨粉、導電炭黑、PVDF (聚偏氟乙烯)、NMP (l-甲基-2-吡咯烷酮)混合后， 攪拌至膏狀，然后涂布在鋁箔上，經真空烘干(120 130°C)、碾壓后，裁成一定的尺寸。 負極片的制作步驟為按照一定的質量比稱取活性炭或其它炭材料、導電炭黑、PVDF (聚 偏氟乙烯)、NMP (l-甲基-2-吡咯烷酮)混合后，攪拌至膏狀，然后涂布在銅箔上，經真空 烘干(120 130°C)、碾壓后，裁成一定的尺寸。本發(fā)明中，聚合物電解質膜的制作步驟為(以聚氧乙烯膜為例)首先將聚合物(PEO) 和鋰鹽(LiC104)分別溶解在40 50。C的質量比為1:1的EC-PC的混合溶液中，待溶解完 全后將兩種溶液混合，在70 8(TC攪拌成均勻的膠體，然后倒在兩塊玻璃板之間形成薄層， 再在減壓下情況下于12(TC加熱除去有機溶劑，便可得到柔韌的固體薄膜，然后裁成規(guī)定的 尺寸。本發(fā)明中，超級電容器的組裝是采用層疊方式，即按照正極片/聚合物電解質膜/負極片 這樣的方式進行疊片，然后將疊好的電芯的正極極群焊在鋁制極耳上、負極極群焊在鎳制 極耳上，將焊好后的電芯放入成型好的鋁塑膜中進行封口。本發(fā)明所述凝膠聚合物電解質使用的鋰鹽在LiC104、 LiBF4、 LiPF6、 LiCF3S03或 LiN(CF3S02)2中選取一種，鋰鹽的濃度為0.5 2.0mol/L。本發(fā)明中，聚合物電解質使用的增塑劑為EC (碳酸乙烯酯)、PC (碳酸丙烯酯)、EMC (乙基甲基碳酸酯)、DMC (二甲基碳酸酯)和GBL (Y-丁內酯)中的一種或兩種的組合， 其組合形式在質量比在PC : EC=1:1 2、 EMC : E01:1 2或DMC: EC=1:1 2中選取一種。本發(fā)明的有益效果是 一方面由于使用混合型的超級電容器結構，將電池的非極化電極鋰離子嵌入化合物與能形成雙電層的極化電極活性炭等炭結構材料結合起來，大幅提高 了超級電容器的能量密度，另一方面使用凝膠型聚合電解質膜，可以制成任意形狀和尺寸， 消除了超級電容器漏液、氣脹等問題，使得超級電容器更加安全。因此，這種高能量、高 功率、高安全的超級電容器將能滿足更多的應用場合，具有更強的市場競爭力。
具體實施方式
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明混合型聚合物超級電容器，包括正極片、負極片及介于正、負極片之間的電解 質膜。實施例1:聚合物電解質膜的制備(以聚氧乙烯膜為例)按照質量比PEO : (EC+PC) =1 : 9.6 (注EC+PC混合液質量比l : 1)稱取好所需的用量，接著將所稱取PEO溶解在40 5(TC 的EC-PC的混合溶液中；然后按質量比LiC104 : (EC+PC) =1 : 9.6 (注EC+PC混合 液質量比1 : 1)稱取好所需的用量，接著將所稱取LiC104溶解在40 5(TC的EC-PC的 混合溶液中；待兩種混合液完全溶解后將其混合，在70 8(TC攪拌成均勻的膠體，然后倒 在兩塊玻璃板之間形成薄層，再在減壓下情況下于12(TC加熱除去有機溶劑，便可得到柔 韌的固體薄膜，然后裁成規(guī)定的尺寸。 實施例2:正極片制作將LiMn204、石墨粉、導電炭黑、PVDF按質量比為80 : 10 : 5 : 5混合， 用NMP調成漿料，然后涂布在16p的鋁箔上，經干燥、碾壓、裁片制作成正極片。負極 片制作將活性炭、導電炭黑、PVDF按質量比為80 : 15 : 5混合，用NMP調成漿料， 然后涂布在10p的銅箔上，經干燥、碾壓、裁片制作成負極片。采用實施例1所制得的聚 合物電解質膜，按照正極片/聚合物電解質膜/負極片這樣的方式進行疊片，然后將疊好的電 芯的正極極群焊在鋁制極耳上、負極極群焊在鎳制極耳上，將焊好后的電芯放入成型好的 鋁塑膜中進行封口，組裝成聚合超級電容器。電容器經化成后，進行性能測試，比能量達 到40Wh/Kg(基于正負極活性材料總量計算的)，經過2000次循環(huán)后，容量保持率在97% 以上，表現(xiàn)出優(yōu)越的循環(huán)性能。實施例3:正極片制作將LiCo02、石墨粉、導電炭黑、PVDF按質量比為75 : 15 : 7 : 3混合，用NMP調成漿料，然后涂布在16p的鋁箔上，經干燥、碾壓、裁片制作成 正極片。負極片制作將活性炭、導電炭黑、PVDF按質量比為75 : 20 : 5混合，用NMP調成漿料，然后涂布在10n的銅箔上，經干燥、碾壓、裁片制作成負極片。采用實施例1 所制作的聚合物電解質膜，按照正極片/聚合物電解質膜/負極片這樣的方式進行疊片，然后 將疊好的電芯的正極極群焊在鋁制極耳上、負極極群焊在鎳制極耳上，將焊好后的電芯放 入成型好的鋁塑膜中進行封口，組裝成聚合超級電容器。電容器經化成后，進行性能測試， 比能量達到43Wh/Kg (基于正負極活性材料總量計算的)，經過2000次循環(huán)后，容量保 持率在95%以上，表現(xiàn)出較好的循環(huán)性能。實施例4:正極片制作將LiNi02、石墨粉、導電炭黑、PVDF按質量比為85 : 7 : 4 :4 混合，用NMP調成漿料，然后涂布在16n的鋁箔上，經干燥、碾壓、裁片制作成正極片。 負極片制作將活性炭、導電炭黑、PVDF按質量比為85 :10 : 5混合，用NMP調成 漿料，然后涂布在10p的銅箔上，經干燥、碾壓、裁片制作成負極片。采用實施例1所 制作的聚合物電解質膜，按照正極片/聚合物電解質膜/負極片這樣的方式進行疊片，然后將 疊好的電芯的正極極群焊在鋁制極耳上、負極極群焊在鎳制極耳上，將焊好后的電芯放入 成型好的鋁塑膜中進行封口，組裝成聚合超級電容器。電容器經化成后，進行性能測試， 比能量達到47Wh/Kg (基于正負極活性材料總量計算的)，經過2000次循環(huán)后，容量保 持率在92%以上。
權利要求
1.一種混合型聚合物超級電容器，包括正極片、負極片及介于正、負極片之間的聚合物電解質膜，所述正極片的材料組份包括石墨、導電炭黑和聚偏氟乙烯，所述負極片的材料組份包括活性炭或介孔炭或納米炭管或炭氣凝膠、導電炭黑和聚偏氟乙烯，其特征在于正極片組份還包括鋰離子嵌入化合物，所述的鋰離子嵌入化合物在LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiFePO4、LiNi0.8Co0.2O2或LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2中選取一種或幾種，或對上述嵌入化合物進行金屬元素的摻雜所得到的材料中的一種或幾種，摻雜的元素為Li、Co、Ni、Mn、Fe、Cu、Al、Mg和Zn中的一種或幾種；所述的聚合物電解質膜采用含有鋰鹽的凝膠型聚合物的電解質膜，該聚合物電解質膜制作所用的漿料組份為聚丙烯腈或聚氧乙烯或聚偏氟乙烯、鋰鹽和增塑劑。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種混合型聚合物超級電容器，其特征在于所述凝膠聚合物電 解質使用的鋰鹽在LiC104、 LiBF4、 LiPF6、 LiCF3S03或LiN(CF3S02)2中選取一種，鋰 鹽的濃度為0.5 2.0mol/L。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種混合型聚合物超級電容器，其特征在于所述凝膠聚合物電 解質使用的增塑劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙基甲基碳酸酯、二甲基碳酸酯和Y-丁 內酯中的一種或兩種的組合，其組合形式質量比在碳酸丙烯酯碳酸乙烯酯=1:1 2、 乙基甲基碳酸酯碳酸乙烯酯=1:1 2或二甲基碳酸酯碳酸乙烯酯=1:1 2中選取一 種。
全文摘要
本發(fā)明為一種混合型聚合物超級電容器，包括正極片、負極片及介于正、負極片之間的聚合物電解質膜，所述正極片的材料組份包括石墨、導電炭黑和聚偏氟乙烯，所述負極片的材料組份包括活性炭或介孔炭或納米炭管或炭氣凝膠、導電炭黑和聚偏氟乙烯，其特征在于正極片組份還包括鋰離子嵌入化合物。本發(fā)明使用了聚合物電解質膜，解決了漏液問題，并使用混合型結構，大幅度提高超級電容器的容量，將能很好地應用在要求高功率和高能量的場合上。
文檔編號H01G9/00GK101217073SQ20071009467
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權日2007年12月28日
發(fā)明者然 王, 苗小麗, 許檢紅, 群 鞠 申請人:上海奧威科技開發(fā)有限公司