專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氫氧化亞鎳混合式超級(jí)電容器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電化學(xué)電容器的制造技術(shù)范圍，特別涉及應(yīng)用于高儲(chǔ)能密度的一 種氫氧化亞鎳混和式超級(jí)電容器及其制造方法。
背景技術(shù)：
電化學(xué)超級(jí)電容器是一種新型儲(chǔ)能裝置，集高能量密度、高功率密度、長(zhǎng)壽 命等特性于一身，此外它還具有免維護(hù)、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，是一種兼?zhèn)潆娙莺碗?池特性的新型電子元件。根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理的不同其主要分為建立在界面雙電層基礎(chǔ) 上的雙層電容器以及建立在法拉第準(zhǔn)電容基礎(chǔ)上的超級(jí)電容器。碳材料的性質(zhì)是 決定雙層電容器性能的決定因素。其中包括碳材料的比表面積、孔徑分布、電化 學(xué)穩(wěn)定性和電導(dǎo)率等。經(jīng)過(guò)研究滿(mǎn)足要求的碳材料有活性炭，納米碳纖維，納米
碳管等等，這方面比較典型的專(zhuān)利如美國(guó)MAXWELL公司的專(zhuān)利《具有密封電解封 口的多電極雙層電容器》(CA1408121A)。"準(zhǔn)電容"的原理是電極材料利用鋰離 子或質(zhì)子在材料的三維或準(zhǔn)二維晶格立體結(jié)構(gòu)中的儲(chǔ)留達(dá)到儲(chǔ)存能量的目的，雖 然其充放電特性與雙電層電容極其相似，但其儲(chǔ)能機(jī)理與碳材料表面的二維吸附 有較大的差別，該類(lèi)電極材料包括金屬氧化物、氮化物、高分子聚合物等等。雙 電層電容與法拉第準(zhǔn)電容相比，后者的比電容是前者的10—100倍，但前者瞬間 大電流放電的功率特性(功率密度)好于后者。目前該領(lǐng)域的專(zhuān)利主要集中在混合 型超級(jí)電容器領(lǐng)域，如上海奧威科技開(kāi)發(fā)有限公司的《一種車(chē)用動(dòng)力電源超級(jí)電 容器》(CN1431669)。氫氧化亞鎳金屬氧化物因其極高的電容量以及相對(duì)較低的 電阻而具有良好的電化學(xué)特性。因此基于該電極材料組裝的超級(jí)電容器在航天和 軍用領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種氫氧化亞鎳混和式超級(jí)電容器及其制造方法，所述 混合式電容器的結(jié)構(gòu)為氫氧化亞鎳陽(yáng)極，堿金屬氫氧化物水性電解液和活性碳纖 維陰極密封在不銹鋼外殼或工程塑料外殼內(nèi)構(gòu)成圓柱型或方型結(jié)構(gòu)；具有蓄電池和雙電層型電容器特點(diǎn)的氫氧化亞鎳與活性碳纖維混和式超級(jí)電容器。所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)為將氫氧化亞鎳活性物質(zhì)粘附在多孔發(fā)泡鎳基體上形成，并在鎳箔基體或發(fā)泡鎳基體上連接帶狀鎳集流體。 所述陽(yáng)極裁切成為長(zhǎng)方形。所述陰極結(jié)構(gòu)為將活性碳纖維表面電鍍鎳導(dǎo)電層并在其上覆蓋鎳箔制成，在 鎳箔基體上連接帶狀或針狀鎳集流體。 所述陰極裁切成為長(zhǎng)方形。所述電解液由溶質(zhì)和溶劑組成，溶質(zhì)為氫氧化鉀、氫氧化鈉或氫氧化鋰，或上述鹽的混合物；溶劑為水溶液；電解液濃度為6mol/L lmol/L，濃度越大，電解液導(dǎo)電率越高。一種氫氧化亞鎳混和式超級(jí)電容器制造方法，其特征在于，包括圓柱型電容 器和方型混合式電容器制作所述圓柱型電容器的制作方法為將連接好集流體的陽(yáng)極、隔膜、陰極依次疊 加，巻繞成為柱狀電極芯，將該電極芯陽(yáng)極、陰極集流體分別與頂蓋正極、負(fù)極 連接后放置在不銹鋼外殼內(nèi)，或陽(yáng)極與頂蓋正極相連而圓柱狀外殼作為負(fù)極，灌 注水性電解液，通過(guò)焊接或壓封方式完成電容器密封；所述方型混合式電容器的結(jié)構(gòu)與圓柱型混合式電容器的結(jié)構(gòu)類(lèi)同，不同的是 外殼結(jié)構(gòu)為方型，制作方法是將陽(yáng)極、陰極上分別焊接帶狀鎳質(zhì)集流體，連接好 集流體的陽(yáng)極、隔膜、陰極依次疊加成為方型狀電極芯，將該電極芯陽(yáng)極、陰極 集流體分別連接好頂蓋正極、負(fù)極后放置在不銹鋼或工程塑料外殼內(nèi)，灌注水性電解液；再通過(guò)焊接、壓封或粘結(jié)完成電容器密封。所述陽(yáng)極的制造工藝采用化學(xué)法或電化學(xué)法制備，以納米氫氧化亞鎳作為原 料，發(fā)泡多孔鎳作為基體，并將納米氫氧化亞鎳溶解在水性溶劑中制成電極漿料， 或在氫氧化亞鎳活性原料中加入碳納米管及羰基鎳導(dǎo)電劑，然后與聚四氟乙烯粘 合劑充分混合，充分剪切攪拌成為電極漿料；再將電極漿料均勻的刮涂在多孔發(fā) 泡鎳集流體中，烘干后連續(xù)輥壓，裁切并焊接或刺鉚上集流體，得到具有比表面 積大、內(nèi)阻低和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的氫氧化亞鎳陽(yáng)極；具體包括如下四種工藝所述氫氧化亞鎳的具體制造為稱(chēng)取0.5mo1 Ni(N03)2， 0. 075mol NaN03，溶 于500mL去離子水中，得到翠綠色的Ni (NO丄和NaN(V混合溶液，在其中加入20g 聚乙烯醇造孔劑并攪拌均勻，稱(chēng)取0.5molK0H，將其溶解于500mL去離子水中攪 拌均勻，緩慢的滴加到翠綠色的Ni(N0:,)2和NaN(V混合溶液中并不斷攪拌，靜置 幾分鐘，生成的淺綠色顆粒并沉積在反應(yīng)器底部，將上述溶液進(jìn)行真空抽濾，并 用去離子水清洗以徹底去除NaN03及聚乙烯醇?xì)埩?，最后將得到的綠色粉末在 8(TC下烘干得到納米粒徑的Ni (0H)2粉狀活性物質(zhì)。所述氫氧化亞鎳制備過(guò)程中還可以加入由碳納米管和羰基鎳混合成的導(dǎo)電 物質(zhì)制備復(fù)合電極材料，以提高電極材料的電化學(xué)容量，降低電極內(nèi)阻；其碳納 米管含量為10 25wt%，羰基鎳含量為5 15wt^;導(dǎo)電物質(zhì)可以在反應(yīng)前加入硝酸鎳前驅(qū)體中，然后進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制備復(fù)合電極材料；也可以在氫氧化亞鎳制 備完成后摻加到納米Ni (0H)2粉狀活性物質(zhì)中并充分混合，在上述復(fù)合材料中加 入5X 20wtX聚四伏乙烯粘合劑配制成為流動(dòng)性和粘合性良好的電極漿料。所述氫氧化亞鎳的制備方法也可以是電化學(xué)法。具體制造過(guò)程如電解液為 0. 9molNi (NO:丄以及0. 075molNaN03溶于500ml乙醇和水的混合液中配制而成，其 中無(wú)水乙醇和去離子水的體積比為1:1。采用雙電極恒流陰極還原法制備氫氧化 亞鎳，電解池的陽(yáng)極為純鎳，陰極為多孔發(fā)泡鎳，控制恒定電解電流強(qiáng)度為1A/dm2， 電解沉積時(shí)間為4小時(shí)，在發(fā)泡鎳結(jié)構(gòu)中電化學(xué)生產(chǎn)氫氧化亞鎳。電解反應(yīng)完成 后取出電極，用去離子水反復(fù)洗滌后于空氣氣氛8(TC條件下干燥1小時(shí)。所述電化學(xué)方法的制備氫氧化亞鎳中也可以摻加適量碳納米管及羰基鎳導(dǎo) 電物質(zhì)。具體方法是先將碳納米管及羰基鎳材料加入10機(jī)％聚四氟乙烯粘合劑制 備成為衆(zhòng)料，其中碳納米管含量為60wt%，羰基鎳含量為30wt%。首先將上述 漿料刮涂到多孔泡沫鎳基體中，將該基體作為雙電極恒流陰極電解還原裝置的陰 極，陽(yáng)極仍然為純鎳，電解液為同樣由Ni(N03)2以及Na腦3組成的電解液?？刂?恒定電解電流強(qiáng)度為1A/dm2，電解沉積時(shí)間為4小時(shí)，在碳納米管、羰基鎳基體 結(jié)構(gòu)中電化學(xué)生產(chǎn)氫氧化亞鎳一碳納米管一羰基鎳復(fù)合電極。電解反應(yīng)完成后取 出電極，用去離子水反復(fù)洗滌后于空氣氣氛8(TC條件下干燥1小時(shí)。所述活性碳纖維陰極制造工藝包括采用采用活性碳纖維作為電極材料，先行 在表面采用電鍍方法電沉積一層鎳導(dǎo)電層，電鍍鎳具體工藝為采用雙電極陰極還 原電鍍方法，陽(yáng)極為純鎳，陰極基體為活性碳纖維布，電鍍液成分包括硫酸鎳為100 g/L -170 g/L， 硫酸鎂為21 g/L—30 g/L，硼酸為14 g/L—30 g/L， 氯 化鈉文4 g/L_12 g/L;電鍍液酸堿度PH值為5 —6，電鍍電流密度為0. 5A/dm2， 電鍍環(huán)境為室溫，電鍍時(shí)間為10 30分鐘，電鍍層厚度為60^iTl00jam;采用鎳箔 作為集流體附著在活性碳纖維布的一側(cè)，裁切成長(zhǎng)方形電極，采用焊接或刺鉚制 造出具有比表面積大、內(nèi)阻低和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的活性碳纖維陰極。所述活性碳纖維陰極材料采用巿售的比表面積大，容量高，內(nèi)阻低，強(qiáng)度好， 雜質(zhì)含量少的材料，如北京華昌新材料公司生產(chǎn)的活性碳纖維布。本發(fā)明的有益效果是陽(yáng)極和陰極分別由具有法拉第準(zhǔn)電容特性的納米氫氧 化亞鎳電極以及具有雙電層電容特性的活性碳纖維電極所組成的混合型超級(jí)電 容器，既發(fā)揮了法拉第準(zhǔn)電容能量密度高的固有特點(diǎn)，又保持了雙電層電容儲(chǔ)能 機(jī)理放電功率大的優(yōu)點(diǎn)。本混合型超級(jí)電容器工作電壓范圍為0.3V 1.6V，儲(chǔ)能 密度可以達(dá)到20Wh/kg，峰值放電功率可以達(dá)到8kW/kg?；旌闲统?jí)電容器發(fā)揮 了超級(jí)電容器電極能量密度高的固有特點(diǎn)，其能量密度比鋁電解電容器高三到四 個(gè)數(shù)量級(jí)。另夕卜，混合型超級(jí)電容器保持了電解電容器單元電壓高、比功率高、 響應(yīng)時(shí)間短、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。上述優(yōu)異的性能使混合超級(jí)電容器在工業(yè)不間斷 電源、電動(dòng)車(chē)輛、軍用大功率電源、無(wú)線(xiàn)電通訊等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用。


圖1為圓柱型電容器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為方型電容器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為化學(xué)法制備氫氧化亞鎳材料的微觀(guān)形貌4為化學(xué)法制備氫氧化亞鎳—碳納米管一羰基鎳復(fù)合材料的微觀(guān)形貌圖 圖5為電化學(xué)法制備氫氧化亞鎳材料的微觀(guān)形貌6為電化學(xué)法制備氫氧化亞鎳一碳納米管一羰基鎳復(fù)合材料的微觀(guān)形貌圖。圖7為活性碳纖維電極的掃描電子顯微鏡照片。圖8為電鍍法制備的活性碳纖維一鎳電極的掃描電子顯微鏡照片圖9為混合式超級(jí)電容器的充放電曲線(xiàn)。圖10為混合式超級(jí)電容器的能量密度一功率密度圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出一種氫氧化亞鎳混和式超級(jí)電容器及其制造方法。所述混合式超 級(jí)電容器電容器的制造方法分別由氫氧化亞鎳陽(yáng)極的制造、活性碳陰極制造以及 電容器組裝三大步驟組成?；诒景l(fā)明制造的混和式超級(jí)電容器有望在電子、汽 車(chē)、航天、軍事等多種領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。本發(fā)明根據(jù)混合型電容器用途不同， 組裝工藝也彼此有所不同，下面結(jié)合附圖具體說(shuō)明如下?；旌鲜匠?jí)電容器的組裝結(jié)構(gòu)及工藝為圖l所示為圓柱型混合式電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，氧化鎳陽(yáng)極l、隔膜2、活性碳纖維陰極3依次疊加并巻繞成為電極芯，陽(yáng)極、陰極各有集流體4引 出，氧化鎳陽(yáng)極1與頂蓋5上正極6相連，活性碳纖維陰極3與外殼7相連，外 殼本身作為負(fù)極的連接方式。頂蓋上有卸氣閥8以保證電容器內(nèi)部氣壓平衡，頂 蓋5和外殼7之間有絕緣圈9，在干燥空氣氣氛下灌注堿性電解液，通過(guò)滾槽壓 封、焊接等方式完成電容器密封。也可采用陽(yáng)極與頂蓋正極相連，陰極與外殼相 連，外殼本身作為負(fù)極的連接方式。頂蓋采用焊接或壓封方式實(shí)現(xiàn)與外殼之間的 密封。其中隔膜2采用鎳氫電池及鎳鎘電池專(zhuān)用聚丙烯隔膜，該種隔膜具有耐堿 性電解液特性，如浙江凱恩公司生產(chǎn)的50um厚度堿性電池隔膜。圖2所示為方型混合式電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。其結(jié)構(gòu)與圓柱型混合式電容器 的結(jié)構(gòu)類(lèi)同，不同的是氧化鎳陽(yáng)極l、隔膜2、活性碳陰極3依次疊加并折疊為 方型電極芯，陽(yáng)極陰極各有集流體4引出并與頂蓋5的正極6、負(fù)極9連接，頂 蓋5本身保證正負(fù)電極間及電極與外殼7之間的絕緣，電容器內(nèi)阻充滿(mǎn)電解液。 頂蓋采用焊接或粘結(jié)方式實(shí)現(xiàn)與外殼間的密封，頂蓋上有卸氣閥8以保證電容器 內(nèi)部氣壓平衡?；旌鲜匠?jí)電容器的電極制備工藝為1.混和式超級(jí)電容器的氫氧化亞鎳陽(yáng)極物質(zhì)制造，采用化學(xué)法的具體工藝為以硝酸鎳Ni(NO:,)2水溶液作為反應(yīng)前驅(qū)體，硝酸鈉NaN03作為添加劑，與堿 金屬氫氧化物KOH反應(yīng)合成Ni (OH) 2，具體作法稱(chēng)取0, 5mol Ni (N03) 2， 0. 075mol NaN03，溶于500mL去離子水中，得到翠綠色的Ni (N03)Jn NaNCV混合溶液,在其中 加入20g聚乙烯醇造孔劑并攪拌均勻。稱(chēng)取0.5molK0H，將其溶解于500mL去離 子水中攪拌均勻，緩慢的滴加到翠綠色的Ni(N0》2和NaNO:,混合溶液中并不斷攪 拌，靜置幾分鐘，生成的淺綠色顆粒并沉積在反應(yīng)器底部，將上述溶液進(jìn)行真空 抽濾，并用去離子水清洗以徹底去除N03—及聚乙烯醇?xì)埩?。最后將得到的綠色粉 末在8(TC下烘干得到納米粒徑的Ni (0H)2粉狀活性物質(zhì)。(如圖3所示)。2. 混和式超級(jí)電容器氫氧化亞鎳/碳納米管羰基鎳陽(yáng)極復(fù)合物質(zhì)的制造，在 所述氫氧化亞鎳制備過(guò)程中可以加入適量的碳納米管一羰基鎳導(dǎo)電物質(zhì)，可不同 程度的提高電極材料的電化學(xué)容量，降低電極內(nèi)阻，延長(zhǎng)電極使用壽命，改善電 極的充放電特性。碳納米管含量為碳納米管20wt%，羰基鎳10wt^。導(dǎo)電物質(zhì) 可以在反應(yīng)前加入硝酸鎳前驅(qū)體中，然后進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制備復(fù)合電極材料(如圖 4所示)。也可以在氫氧化亞鎳制備完成后摻加到納米Ni(0H)2粉狀活性物質(zhì)中并 充分混合。3. 混合式超級(jí)電容器氫氧化亞鎳陽(yáng)極的制造所述混合式電容器氫氧化亞鎳陽(yáng)極制造包括稱(chēng)料-拌料-刮涂-輥壓等工藝。 在上述制得的氫氧化亞鎳或氫氧化亞鎳/碳納米管羰基鎳陽(yáng)極復(fù)合物質(zhì)中加入 5wt%、 10wt%、 20wty。的粘合劑(聚四氟乙烯)，溶解于去離子水，充分?jǐn)嚢柚圃?出均勻的具有一定粘度和流動(dòng)性的氫氧化亞鎳陽(yáng)極槳料，粘合劑最佳含量為10wt %。將上述漿料采用刮涂的方式均勻的涂在鎳箔或多孔發(fā)泡鎳表面并烘干輥壓， 完成氫氧化亞鎳陽(yáng)極的制造。所制造陽(yáng)極的厚度為500 800微米。根據(jù)需要將 電極裁切為不同大小和形狀，在其上采用焊接或刺鉚的方法連接帶狀或針狀鎳集 流體。4. 混合式超級(jí)電容器氫氧化亞鎳陽(yáng)極的電化學(xué)方法制造所述氫氧化亞鎳的制備方法也可以是電化學(xué)法。具體制造過(guò)程如電解液為0. 9molNi (N03)2以及0. 075molNaN(V溶于500ml乙醇和水的混合液中配制而成，其 中無(wú)水乙醇和去離子水的體積比為1:1。采用雙電極恒流陰極還原法制備氫氧化 亞鎳，電解池的陽(yáng)極為純鎳，陰極為多孔發(fā)泡鎳，控制恒定電解電流強(qiáng)度為1A/dm2， 電解沉積時(shí)間為4小時(shí)，在發(fā)泡鎳結(jié)構(gòu)中電化學(xué)生產(chǎn)氫氧化亞鎳(如圖5所示)。 電解反應(yīng)完成后取出電極，用去離子水反復(fù)洗滌后于空氣氣氛80'C條件下干燥1 小時(shí)。5. 混合式超級(jí)電容器氫氧化亞鎳一碳納米管羰基鎳復(fù)合陽(yáng)極制造，在以電化 學(xué)方法的制備氫氧化亞鎳中也可以摻加60wt^的碳納米管，30wt^的羰基鎳為導(dǎo) 電物質(zhì)，先將碳納米管及羰基鎳材料加入10wt^聚四氟乙烯粘合劑制備成為漿 料，將槳料刮涂到多孔泡沬鎳基體中，該基體作為雙電極恒流陰極電解還原裝置 的陰極，陽(yáng)極仍然為純鎳，電解液為上述電解液?？刂坪愣娊怆娏鲝?qiáng)度為1A/dm2， 電解沉積時(shí)間為4小時(shí)，在碳納米管、羰基鎳基體結(jié)構(gòu)中電化學(xué)生產(chǎn)氫氧化亞鎳 一碳納米管一羰基鎳復(fù)合電極(如圖6所示)。更長(zhǎng)的沉積時(shí)間可以提高復(fù)合電 極中氫氧化亞鎳的含量及電極比容量。電解反應(yīng)完成后取出電極，用去離子水反 復(fù)洗滌后于空氣氣氛8CTC條件下干燥1小時(shí)。6. 混合式超級(jí)電容器活性碳纖維陰極的制造，采用活性碳纖維作為電極材料 (市售的比表面積大，容量高，內(nèi)阻低，強(qiáng)度好，雜質(zhì)含量少的材料，如北京華昌新材料科技有限公司生產(chǎn)的活性碳纖維布)，先行在表面采用電鍍方法電沉積 一層鎳導(dǎo)電層(如圖8所示)，所述活性碳陰極電鍍鎳具體工藝為采用雙電極陰 極還原電鍍方法，陽(yáng)極為純鎳，陰極基體為活性碳纖維布，電鍍液成分包括硫酸 鎳(100 g/L -170 g/L)， 硫酸鎂(21 g/L_30 g/L)， 硼酸(i4 g/L—30 g/L)， 氯化鈉(4 g/L_12 g/L)。電鍍液酸堿度PH值為5 — 6，電鍍電流密度為0. 5A/dm2, 電鍍環(huán)境為室溫，電鍍時(shí)間10 30分鐘，電鍍層厚度60jan 100pm。采用鎳箔作為 集流體附著在活性碳纖維布的一側(cè)，裁切成長(zhǎng)方形電極，采用焊接或刺鉚制造出 具有比表面積大、內(nèi)阻低和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的活性碳纖維陰極(如圖7所示)。上述采用氫氧化亞鎳作為陽(yáng)極，活性碳纖維作為陰極，堿金屬氫氧化物作為 電解液的混合式超級(jí)電容器工作電壓達(dá)到1.6V (如圖9所示)，儲(chǔ)能密度高達(dá)20Wh/kg (如圖10所示)，發(fā)揮了超級(jí)電容器電極能量密度高的固有特點(diǎn)，其能量密度比鋁電解電容器高三 四個(gè)數(shù)量級(jí)。另外，混合型超級(jí)電容器保持了電解 電容器單元電壓高、比功率高、響應(yīng)時(shí)間短、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。上述優(yōu)異的性能 使混合超級(jí)電容器在軍用、無(wú)線(xiàn)電通訊等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1. 一種氫氧化亞鎳混和式超級(jí)電容器，其特征在于，所述混合式電容器的結(jié)構(gòu)為氫氧化亞鎳陽(yáng)極，堿金屬氫氧化物水性電解液和活性碳纖維陰極密封在不銹鋼外殼或工程塑料外殼內(nèi)構(gòu)成圓柱型或方型結(jié)構(gòu)；具有蓄電池和雙電層型電容器特點(diǎn)的氫氧化亞鎳/活性碳混和式超級(jí)電容器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述氫氧化亞鎳混和式超級(jí)電容器，其特征在于，所述陽(yáng) 極結(jié)構(gòu)為將化學(xué)法或電化學(xué)法制備的氫氧化亞鎳活性物質(zhì)粘附在多孔發(fā)泡鎳基 體上形成，并在發(fā)泡鎳基體上連接帶狀鎳或不銹鋼集流體；其陽(yáng)極裁切成為長(zhǎng)方 形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述氫氧化亞鎳混和式超級(jí)電容器，其特征在于，所述陰 極結(jié)構(gòu)為在活性碳纖維表面電鍍沉積鎳導(dǎo)電層并在纖維布一側(cè)覆蓋鎳箔制成，在 鎳箔基體上連接帶狀或針狀鎳集流體；其陰極裁切成為長(zhǎng)方形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述氫氧化亞鎳混和式超級(jí)電容器，其特征在于，所述電 解液由溶質(zhì)和溶劑組成，溶質(zhì)為氫氧化鉀、氫氧化鈉或氫氧化鋰，或上述鹽的混 合物；溶劑為水溶液；電解液濃度為6mol/L lmol/L，濃度越大，電解液導(dǎo)電率 越高。
5. —種氫氧化亞鎳混和式超級(jí)電容器制造方法，包括混和式超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)組裝以及混和式超級(jí)電容器電極的制作其特征在于，所述混和式超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)組裝工藝包括圓柱型電容器結(jié)構(gòu)組裝工藝為將連接好集流體的陽(yáng)極、隔膜、陰極依次疊加， 巻繞成為柱狀電極芯，將該電極芯陽(yáng)極、陰極集流體分別與頂蓋正極、負(fù)極連接 后放置在不銹鋼外殼內(nèi)，或陽(yáng)極與頂蓋正極相連而圓柱狀外殼作為負(fù)極，灌注水 性電解液，通過(guò)焊接或壓封方式完成電容器密封；方型混合式電容器結(jié)構(gòu)組裝工藝，方型混合式電容器的結(jié)構(gòu)與圓柱型混合式 電容器的結(jié)構(gòu)類(lèi)同，不同的是外殼結(jié)構(gòu)為方型，制作方法是將陽(yáng)極、陰極上分別 焊接帶狀鎳質(zhì)集流體，連接好集流體的陽(yáng)極、隔膜、陰極依次疊加成為方型狀電 極芯，將該電極芯陽(yáng)極、陰極集流體分別連接好頂蓋正極、負(fù)極后放置在不銹鋼或工程塑料外殼內(nèi)，灌注水性電解液；再通過(guò)焊接、壓封或粘結(jié)完成電容器密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述氫氧化亞鎳混和式超級(jí)電容器制造方法，其特征在于， 所述混和式超級(jí)電容器電極的制作包括陽(yáng)極和陰極的制備，所述陽(yáng)極的制造工藝采用化學(xué)法或電化學(xué)法制備，以納米氫氧化亞鎳作為原 料，發(fā)泡多孔鎳作為基體，并將納米氫氧化亞鎳溶解在水性溶劑中制成電極漿料， 或在氫氧化亞鎳活性原料中加入碳納米管及羰基鎳導(dǎo)電劑，然后與聚四氟乙烯粘 合劑充分混合，充分剪切攪拌成為電極漿料；再將電極漿料均勻的刮涂在多孔發(fā) 泡鎳集流體中，烘干后連續(xù)輥壓，裁切并焊接或刺鉚上集流體，得到具有比表面 積大、內(nèi)阻低和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的氫氧化亞鎳陽(yáng)極；具體包括如下四種工藝所述氫氧化亞鎳的具體制造為稱(chēng)取O. 5mol Ni(N03)2， 0. 075mol NaN03，溶 于500mL去離子水中，得到翠綠色的Ni (N0丄和NaN(V混合溶液,在其中加入20g 聚乙烯醇造孔劑并攪拌均勻，稱(chēng)取0.5molK0H，將其溶解于500mL去離子水中攪 拌均勻，緩慢的滴加到翠綠色的Ni(N0丄和NaN(V混合溶液中并不斷攪拌，靜置 幾分鐘，生成的淺綠色顆粒并沉積在反應(yīng)器底部，將上述溶液進(jìn)行真空抽濾，并 用去離子水清洗以徹底去除NaN03及聚乙烯醇?xì)埩?，最后將得到的綠色粉末在 8CTC下烘干得到納米粒徑的Ni (0H)2粉狀活性物質(zhì)。所述氫氧化亞鎳制備過(guò)程中還可以加入由碳納米管和羰基鎳混合而成的導(dǎo) 電物質(zhì)制備復(fù)合電極材料，以提高電極材料的電化學(xué)容量，降低電極內(nèi)阻；其碳 納米管含量為10 25wt%，羰基鎳含量為5 15wt^;導(dǎo)電物質(zhì)可以在反應(yīng)前加 入硝酸鎳前驅(qū)體中，然后進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制備復(fù)合電極材料；也可以在氫氧化亞鎳 制備完成后摻加到納米Ni (0H)2粉狀活性物質(zhì)中并充分混合，在上述復(fù)合材料中 加入5X 20wtX聚四伏乙烯粘合劑配制成為流動(dòng)性和粘合性良好的電極漿料。所述氫氧化亞鎳的制備方法也可以是電化學(xué)法。具體制造過(guò)程如電解液為 0. 9molNi (N03)2以及0. 075molNaN03溶于500ml乙醇和水的混合液中配制而成，其 中無(wú)水乙醇和去離子水的體積比為1:1。采用雙電極恒流陰極還原法制備氫氧化 亞鎳，電解池的陽(yáng)極為純鎳，陰極為多孔發(fā)泡鎳，控制恒定電解電流強(qiáng)度為1A/dm2， 電解沉積時(shí)間為4小時(shí)，在發(fā)泡鎳結(jié)構(gòu)中電化學(xué)生產(chǎn)氫氧化亞鎳。電解反應(yīng)完成后取出電極，用去離子水反復(fù)洗滌后于空氣氣氛8crc條件下干燥i小時(shí)。 所述電化學(xué)方法的制備氫氧化亞鎳中也可以摻加適量碳納米管及羰基鎳導(dǎo)電物質(zhì)。具體方法是先將碳納米管及羰基鎳材料加入10wt^聚四氟乙烯粘合劑制 備成為漿料，其中碳納米管含量為60wt%，羰基鎳含量為30wt%。首先將上述 漿料刮涂到多孔泡沬鎳基體中，將該基體作為雙電極恒流陰極電解還原裝置的陰 極，陽(yáng)極仍然為純鎳，電解液為同樣由Ni(NO丄以及NaN03組成的電解液?？刂?恒定電解電流強(qiáng)度為1A/dm2，電解沉積時(shí)間為4小時(shí)，在碳納米管、羰基鎳基體 結(jié)構(gòu)中電化學(xué)生產(chǎn)氫氧化亞鎳一碳納米管一羰基鎳復(fù)合電極。電解反應(yīng)完成后取 出電極，用去離子水反復(fù)洗滌后于空氣氣氛8(TC條件下干燥1小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述氫氧化亞鎳混和式超級(jí)電容器制造方法，其特征在于， 所述陰極制造工藝為采用活性碳纖維作為電極材料，先行在表面采用電鍍方法電 沉積一層鎳導(dǎo)電層，電鍍鎳具體工藝為采用雙電極陰極還原電鍍方法，陽(yáng)極為純 鎳，陰極基體為活性碳纖維布，電鍍液成分包括硫酸鎳為100g/L-170g/L，硫 酸鎂為21 g/L — 30 g/L， 硼酸為14 g/L —30 g/L， 氯化鈉文4 g/L—12 g/L; 電鍍液酸堿度PH值為5—6，電鍍電流密度為0.5A/dm2,電鍍環(huán)境為室溫，電鍍時(shí) 間10 30分鐘，電鍍層厚度60jim 100^im;采用鎳箔作為集流體附著在活性碳纖 維布的一側(cè)，裁切成長(zhǎng)方形電極，采用焊接或剌鉚制造出具有比表面積大、內(nèi)阻 低和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的活性碳纖維陰極，其中活性碳纖維陰極材料采用市售的比表面 積大，容量高，內(nèi)阻低，強(qiáng)度好，雜質(zhì)含量少的材料，如北京華昌新材料公司生 產(chǎn)的活性碳纖維布。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于電容器的制造技術(shù)范圍的一種氫氧化亞鎳混和式超級(jí)電容器及其制造方法。該電容器包括圓柱型和方型結(jié)構(gòu)，由氫氧化亞鎳陽(yáng)極，堿金屬氫氧化物水性電解液和活性碳纖維陰極密封在不銹鋼或工程塑料外殼內(nèi)構(gòu)成具有儲(chǔ)能密度大、放電功率高等特點(diǎn)的混和式超級(jí)電容器。氫氧化亞鎳陽(yáng)極采用化學(xué)反應(yīng)法和電化學(xué)反應(yīng)方法制備，在其中摻加適量碳納米管及羰基鎳作為添加劑，發(fā)泡鎳為基體制造出陽(yáng)極。活性碳陰極采用電鍍鎳處理過(guò)的活性碳纖維作為原材料，采用鎳箔作為集流體。所組裝電容器工作電壓達(dá)到1.6V，最大儲(chǔ)能密度達(dá)到20Wh/kg，峰值放電功率達(dá)到8KW/kg。在工業(yè)、交通、電子、軍事等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01G9/08GK101276692SQ20081011189
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2008年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月19日
發(fā)明者政 尤, 王曉峰 申請(qǐng)人:清華大學(xué)