專利名稱：一種雙電荷層電容器及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電容器，特別是應(yīng)用于要求儲能容量較大領(lǐng)域內(nèi)的一種雙電荷層 電容器。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的發(fā)展，石油、天然氣等化石能源只能再維持四十年的開采，人類必須盡 快找到可再生的替代能源，如太陽能、風(fēng)能等綠色新能源，才能得以持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)在很多城 市已開始采用電力機車、輕軌機車、電瓶車作為公共交通公具，這類交通工具不燒汽油、沒 有污染，但其采用的蓄電池由于是化學(xué)電池，放電效率和循環(huán)壽命都較低，且廢電池處置不 妥會帶來鉛污染?！皟δ茈娙荨笔潜臼兰o使用的一種新型綠色能源，具有充放電速度快、對環(huán) 境無污染、循環(huán)壽命長等特點，蓄電池是通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，充電速度慢需數(shù)個 小時，而儲能電容可以在數(shù)分鐘之內(nèi)充足電，且功率是蓄電池的10倍以上，儲能電容最終 將取代蓄電池，為新型綠色能源發(fā)展帶來革命性的進步。在近代科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域中，利用電容器進行存儲電能的應(yīng)用也越來越廣 泛，該電容器稱做法拉電容又叫超級電容器，它是一種電化學(xué)元件，通過極化電解質(zhì)來儲存 電能，其在儲能的過程中并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲能過程是可逆的，也正因此超級電容器 可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。雙電荷層電容器是由正負電極和電解液構(gòu)成的電化學(xué)器件，它 利用電極與作為電介質(zhì)的電解液之間的界面處形成的非常薄的介電層或雙電荷層，且能夠 通過吸收或釋放正電極處的負離子和負電極處的正離子來儲存和釋放電能。在這種雙電荷 層的電容器中，通常在正電極與負電極之間提供隔板用于正電極與負電極的介電分隔并容 納電解液。但是現(xiàn)有的電容器多存在儲能容量小，不同充電范圍的儲電能量小，且體積大， 重量重等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種儲能容量大、體積較小，可適用于不同充電范 圍的新型雙電荷層電容器及其制備工藝。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種雙電荷層電容器，包括位于容器內(nèi)的正電極、負電極、隔離膜和電解質(zhì)，所述 電解質(zhì)位于正電極和負電極之間，電極與電解質(zhì)之間設(shè)置有隔離膜，所述電容器還包括位 于容器內(nèi)的極化電極，極化電極位于正電極和負電極的外側(cè)，正電極、負電極與極化電極之 間設(shè)置有隔離膜。本發(fā)明所述正負電極的改進在于正電極和負電極為包括石墨和含有釷、鉭、鎳、 銅成分的金屬纖維的混合物。本發(fā)明所述電解質(zhì)的改進在于電解質(zhì)為聚苯胺型鋁固體。本發(fā)明所述隔離膜的改進在于隔離膜為高分子電解隔離膜。本發(fā)明所述極化電極的改進在于極化電極采用改性碳素結(jié)構(gòu)材料，含活性碳素
3材料重量比為40 90%，含導(dǎo)電石墨重量比為2 50%，含粘合劑重量比為2 25%。本發(fā)明的進一步改進在于所述極化電極、隔離膜、電極、電解質(zhì)之間的間距為 5-15 μ m0一種雙電荷層電容器的制備工藝為電容器在無氧無菌真空條件下裝配，其中正 電極和負電極的制作采用干法熱壓制備A.正電極為A膜，將制備好的正電極導(dǎo)電涂料用涂布機涂布在經(jīng)過表面處理的集 流體上；B.負電極為B膜；將制備好的負電極導(dǎo)電涂料用涂布機涂布在經(jīng)過表面處理的集 流體上；C.在正電極A膜和負電極B膜之間壓入隔離膜。本工藝的改進在于所述步驟C中壓入隔離膜的工藝為將A、B步驟中形成的混合 物用膠帶分切機分別制成正負條電極膜；在卷繞機上將兩條相同尺寸的分條電極膜夾上隔 離膜制備而成電極；再經(jīng)過激光焊接引導(dǎo)出電極的正負極。本發(fā)明的工作原理如下所述本發(fā)明包括位于容器內(nèi)的多個電解單元，每個電解單元包括一對極化電極、一對 正負電極、多個隔離膜和大量電解質(zhì)，每個電解單元的具體結(jié)構(gòu)為正極化電極、隔離膜、正 電極、隔離膜、電解質(zhì)、隔離膜、負電極、隔離膜、負極化電極。本發(fā)明在電解質(zhì)中的兩個無反 應(yīng)活性的極化電極上施加電壓，正極化電極吸引電解質(zhì)中的負離子，負極化電極吸引正離 子，在極化電極處形成兩個容性存儲層，被分離開的正離子聚集在負極化電極附近，負離子 則聚集在正極化電極附近。在電解質(zhì)中兩個正負電極上施加一個小于電解質(zhì)分解電壓的電 壓，這時電解質(zhì)中的正離子、負離子在電場的作用下會迅速向負電極和負電極運動，并分別 在兩電極的表面形成緊密的電荷層即雙電荷層，它所形成的雙電荷層和傳統(tǒng)電容器中的電 介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生的極化電荷相似，從而產(chǎn)生雙電荷層的電容效應(yīng)，緊密的雙電荷層 近似于平板電容器。因此在整個電解單元中便形成了層疊式結(jié)構(gòu)的雙電荷層電容器。由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明所取得技術(shù)進步在于本發(fā)明所述的雙電荷層電容器，在普通儲能電容器的基礎(chǔ)上從結(jié)構(gòu)的改進到材料 的選擇，再到產(chǎn)品的生產(chǎn)都有一個新的突破，其采用在正負電極的外側(cè)增加極化電極，使得 在電容器內(nèi)部形成了層疊式雙電荷層結(jié)構(gòu)，使其儲能容量大幅度提升，能夠更好地應(yīng)用在 額定充電電壓、電流、波型等不同充電質(zhì)量和范圍變化較大的環(huán)境中。 本發(fā)明中的各部件均采用新型材料，其所形成緊密的電荷層間距比普通電容器電 荷層間距小得多，并且其特殊材料的使用提高了電容器的壽命；另外，由于極化電極、電極、 電解質(zhì)及隔離膜之間的間距很小，因此在保持傳統(tǒng)儲能電容器的基礎(chǔ)上降低了體積，加大 了容量，可以獲得相同體積下比普通電容器更大的容量，還簡化了安裝使用。本發(fā)明的裝配 環(huán)境采用無氧無菌真空條件，可以大大降低空氣中的各種細菌體和有機物、無機物等對于 電容器內(nèi)部緊密間隙之間各極化電極、隔離膜、電極、電解質(zhì)之間增加的電導(dǎo)率，使所制備 的產(chǎn)品為無氧型高密度體，具有更高的介電常數(shù)，可適合于不同充電質(zhì)量和范圍變化較大 條件下的電力儲能，因此，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于光伏產(chǎn)品儲能及其它需大容量儲能的領(lǐng)域， 具有廣闊的發(fā)展前景。
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圖1為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2為本發(fā)明外部結(jié)構(gòu)俯視圖。其中1.正極化電極，2.隔離膜，3正電極，4.負電極，5.電解質(zhì)，6.負極化電極， 7.容器。
具體實施例方式下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行進一步詳細的說明。圖1是一種雙電荷層電容器，包括容器7和兩組電解單元，每組電解單元包括依次 設(shè)置的正極化電極1、隔離膜2、正電極3、隔離膜2、電解質(zhì)5、隔離膜2、負電極4、隔離膜2、 負極化電極6 ；極化電極、隔離膜、電極、電解質(zhì)之間的間距均為6微米。容器的外部焊接有 電源接線柱，與內(nèi)部的各個電極相應(yīng)焊接而成，其俯視圖如圖2所示。本實施例中的正負電極為由石墨和含有釷、鉭、鎳、銅成分的金屬纖維組成的混合 物；電解質(zhì)為聚苯胺型鋁固體；隔離膜為高分子電解隔離膜；極化電極采用改性碳素結(jié)構(gòu) 材料，含活性碳素材料重量比為80%，含導(dǎo)電石墨重量比為15%，含粘合劑重量比為5%。 本實施例是在無氧無菌真空條件下裝配而成，其中正負電極的制作采用干法熱壓制備A.正電極為A膜，將制備好的正電極導(dǎo)電涂料用涂布機涂布在經(jīng)過表面處理的集 流體上；B.負電極為B膜；將制備好的負電極導(dǎo)電涂料用涂布機涂布在經(jīng)過表面處理的集 流體上；C.在正電極A膜和負電極B膜之間壓入隔離膜，即將步驟A、B中形成的混合物用 膠帶分切機分別制成正負條電極膜，在卷繞機上將兩條相同尺寸的分條電極膜夾上隔離膜 制備而成正負電極，再經(jīng)過激光焊接將電極的正負極引出到容器的接線柱。本實施例在兩個無反應(yīng)活性的極化電極上施加電壓，正極化電極吸引電解質(zhì)中的 負離子，負極化電極吸引正離子，在極化電極處形成兩個容性存儲層，被分離開的正離子聚 集在負極化電極附近，負離子聚集在正極化電極附近。在正負電極上施加一個小于電解質(zhì) 分解電壓的電壓，這時電解質(zhì)中的正離子、負離子在電場的作用下會迅速向負電極和正電 極運動，并分別在兩電極的表面形成緊密的電荷層即雙電荷層，它所形成的雙電荷層和傳 統(tǒng)電容器中的電介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生的極化電荷相似，從而產(chǎn)生雙電荷層的電容效應(yīng)， 緊密的雙電荷層近似于平板電容器。從而在整個電解單元中形成層疊式結(jié)構(gòu)的雙電荷層電 容器。本實施例所可以在一至兩分鐘內(nèi)迅速完成充電，且功率較大，為普通蓄電池的數(shù)十 倍，其反復(fù)充放電次數(shù)能夠達到數(shù)百萬次，可廣泛應(yīng)用于光伏領(lǐng)域內(nèi)。
權(quán)利要求
一種雙電荷層電容器，包括位于容器內(nèi)的正電極(3)、負電極(4)、隔離膜(2)和電解質(zhì)(5)，所述電解質(zhì)位于正電極和負電極之間，電極與電解質(zhì)之間設(shè)置有隔離膜，其特征在于所述電容器還包括位于容器內(nèi)的極化電極，極化電極位于正電極和負電極的外側(cè)，正電極、負電極與極化電極之間設(shè)置有隔離膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙電荷層電容器，其特征在于所述正電極(3)、負電極 (4)為包括石墨和含有釷、鉭、鎳、銅成分的金屬纖維的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙電荷層電容器，其特征在于所述電解質(zhì)(5)為聚苯 胺型鋁固體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙電荷層電容器，其特征在于所述隔離膜(2)為高分 子電解隔離膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙電荷層電容器，其特征在于所述極化電極(1、6) 采用改性碳素結(jié)構(gòu)材料，含活性碳素材料重量比為40 90%，含導(dǎo)電石墨重量比為2 50%，含粘合劑重量比為2 25%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙電荷層電容器，其特征在于所述極化電極、隔離膜、 電極、電解質(zhì)之間的間距為5-15 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的一種雙電荷層電容器的制備工藝，其特征在于 所述電容器在無氧無菌真空條件下裝配，其中正電極和負電極的制作采用干法熱壓制備A.正電極為A膜，將制備好的正電極導(dǎo)電涂料用涂布機涂布在經(jīng)過表面處理的集流體上；B.負電極為B膜；將制備好的負電極導(dǎo)電涂料用涂布機涂布在經(jīng)過表面處理的集流體上；C.在正電極A膜和負電極B膜之間壓入隔離膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種雙電荷層電容器的制備工藝，其特征在于所述步驟C 中壓入隔離膜的工藝為將A、B步驟中形成的混合物用膠帶分切機分別制成正負條電極膜； 在卷繞機上將兩條相同尺寸的分條電極膜夾上隔離膜制備而成電極；再經(jīng)過激光焊接引導(dǎo) 出電極的正負極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙電荷層電容器及其制備工藝，其中雙電荷層電容器包括位于容器內(nèi)的極化電極、正負電極、隔離膜和電解質(zhì)，所述電解質(zhì)位于正負電極之間，極化電極位于正負電極的外側(cè)，極化電極、正負電極以及電解質(zhì)之間均設(shè)置有隔離膜；采用高密度的層疊工藝，使之形成的電容器以雙電荷層的電容器結(jié)構(gòu)存在，從而達到相同體積下較大容量的效果。本發(fā)明相對于普通儲能電容體積小，儲能容量大，可廣泛應(yīng)用于光伏產(chǎn)品儲能及其它需大容量儲能的領(lǐng)域。
文檔編號H01G9/02GK101908417SQ20101018149
公開日2010年12月8日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者王士元, 王川 申請人:保定維特瑞交通設(shè)施工程有限責(zé)任公司