專利名稱：超級電容電池及其制備方法
超級電容電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電容器領(lǐng)域，特別涉及一種超級電容電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)90年代，對電動汽車的開發(fā)以及對功率脈沖電源的需求，更刺激了人們對電化學(xué)電容器的研究。目前電化學(xué)電容器的比能量仍舊比較低，而電池的比功率較低，人們正試圖從兩個(gè)方面解決這個(gè)問題(I)將電池和超級電容器聯(lián)合使用，正常工作時(shí)，由電池提供所需的動力；啟動或者需要大電流放電時(shí)，則由電容器來提供，一方面可以改善電池的低溫性能不好的缺點(diǎn)；可以解決用于功率要求較高的脈沖電流的應(yīng)用場合，如GSM、GPRS等。電容器和電池聯(lián)合使用可以延長電池的壽命，但這將增加電池的附件，與目前能源設(shè)備的短小輕薄等發(fā)展方向相違背。(2)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(ElectrochemicalHybrid 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(bào)告了有機(jī)體系鋰離子電池材料和活性炭組合的Li4Ti5012/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(gè)里程碑。然而，此電化學(xué)混合電容器存在功率密度低且能量密度低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種兼具高比功率特性及高比能量特性的超級電容電池。一種超級電容電池，包括正極、負(fù)極、介于所述正極和負(fù)極之間的隔膜及電解液，所述正極、負(fù)極和隔膜浸泡于所述電解液中，所述正極包括正極集流體以及涂布在所述正極集流體上的正極材料，所述正極材料包括正極活性材料、第一粘結(jié)劑及第一導(dǎo)電劑，所述正極活性材料由碳素材料或由碳素材料與鋰離子材料的混合物組成，所述混合物中所述碳素材料的含量大于等于70%且小于100% ;所述負(fù)極包括負(fù)極集流體以及涂布在所述負(fù)極集流體上的負(fù)極材料，所述負(fù)極材料包括負(fù)極活性材料、第二粘結(jié)劑及第二導(dǎo)電劑，所述負(fù)極活性材料由硅納米線、碳納米管和石墨烯組成，所述硅納米線、碳納米管與石墨烯的質(zhì)量比為1: 0. 5 5 0. 5 5。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述娃納米線的長度為IOnm liim,直徑為Inm IOOnm ;所述碳納米管的長度為IOnm I ii m,直徑為Inm IOOnm ;所述石墨烯的比表面為200m2/g 600m2/g。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述碳素材料為活性炭、炭氣凝膠、碳納米管或熱解碳；所述鋰離子材料為磷酸鐵鋰、鋰鎳鈷錳氧、鋰鈷氧、鋰錳氧、鋰鎳錳氧、鋰鎳鈷氧、鋰釩氧或硅酸鐵鋰。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)電劑與第二導(dǎo)電劑為乙炔黑、導(dǎo)電炭黑或碳納米管；所述第一粘結(jié)劑與第二粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯。一種超級電容電池的制備方法，包括如下步驟步驟一將碳素材料或由碳素材料與鋰離子材料組成的混合物配制成正極活性材料，所述混合物中所述碳素材料的含量大于等于70%且小于100% ;將硅納米線、碳納米管與石墨烯按質(zhì)量比為1: 0. 5 5 0. 5 5制備成負(fù)極活性材料；步驟二 將所述正極活性材料與第一粘結(jié)劑、第一導(dǎo)電劑及第一溶劑混合配制成正極漿料，將所述負(fù)極活性材料與第二粘結(jié)劑、第二導(dǎo)電劑及第二溶劑混合配制成負(fù)極漿料；步驟三將所述正極漿料涂布在正極集流體上，然后干燥及軋膜，分切制作成正極，將所述負(fù)極漿料涂布在負(fù)極集流體上，然后干燥及軋膜，分切制作成負(fù)極；及步驟四將所述正極、隔膜及負(fù)極依次貼合組裝后浸泡于電解液中，得到所述超級電容電池。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述負(fù)極活性材料的制備過程還包括如下步驟將硅納米線、碳納米管與石墨烯進(jìn)行混合，球磨0. 5 5小時(shí)，得到所述負(fù)極活性材料。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟一中，所述娃納米線的長度為IOnm I ii m,直徑為Inm IOOnm ;所述碳納米管的長度為IOnm I y m,直徑為Inm IOOnm ;所述石墨烯的比表面為200m2/g 600m2/g。在優(yōu)選的實(shí) 施例中，步驟二中，所述第一溶劑與第二溶劑為N-甲基吡咯烷酮，所述正極漿料與負(fù)極漿料的粘度為1500 3000牛頓秒/平方米。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟三中，所述正極集流體為鋁箔，所述負(fù)極集流體為銅箔。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟四中，所述電解液為鋰離子電解質(zhì)鹽與非水有機(jī)溶劑配制而成。上述超級電容電池的負(fù)極采用組成為硅納米線、碳納米管和石墨烯的負(fù)極活性材料，使得負(fù)極具有低的電位平臺，致使超級電容電池的平均工作電壓高于傳統(tǒng)的雙電層電容器，且娃具有容量大的特點(diǎn)，娃的理論容量4200mAh/g,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石墨負(fù)極的容量372mAh/g，從而使體系的能量密度上升。石墨烯材料與碳納米管、硅納米線進(jìn)行復(fù)合后，由于石墨烯材料良好的導(dǎo)電性，能很好的將電子傳到硅納米線上，同時(shí)一維的硅納米線與一維的碳納米管纏繞在一起形成三維網(wǎng)絡(luò)以有利于材料的穩(wěn)定，使得上述超級電容電池兼具高比功率特性及高比能量特性。

圖1為一實(shí)施方式的超級電容電池制備方法流程圖；圖2為實(shí)施例1的硅納米線-碳納米管-石墨烯復(fù)合材料的掃描電鏡圖；圖3為實(shí)施例1的超級電容電池的恒流充放電曲線圖。
具體實(shí)施方式下面主要結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對超級電容電池及其制備方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。一實(shí)施方式的超級電容電池，包括正極、負(fù)極、介于正極和負(fù)極之間的隔膜及電解液，正極、負(fù)極和隔膜浸泡于電解液中。正極可以為超級電容器用的常用正極。正極包括正極集流體以及涂布在正極集流體上的正極材料。正極材料包括正極活性材料、第一粘結(jié)劑及第一導(dǎo)電劑，正極活性材料、第一粘結(jié)劑及第一導(dǎo)電劑的質(zhì)量比優(yōu)選為85 90 5 10 5 10。正極活性材料由碳素材料或由碳素材料與鋰離子材料的混合物組成。所述混合物中，碳素材料的含量大于等于70%且小于100%。碳素材料優(yōu)選為活性炭、炭氣凝膠、碳納米管或熱解炭。鋰離子材料優(yōu)選為磷酸鐵鋰、鋰鎳鈷錳氧、鋰鈷氧、鋰錳氧、鋰鎳錳氧、鋰鎳鈷氧、鋰釩氧或硅酸鐵鋰。正極中主要采用碳素材料，以雙電層機(jī)制來存儲能量，相對于鋰離子電池的離子嵌入一個(gè)脫嵌機(jī)制，能夠進(jìn)行大功率輸出。負(fù)極包括負(fù)極集流體以及涂布在負(fù)極集流體上的負(fù)極材料。負(fù)極材料包括負(fù)極活性材料、第二粘結(jié)劑及第二導(dǎo)電劑。負(fù)極活性材料、第二粘結(jié)劑及第二導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為85 90 5 10 5 10。負(fù)極活性材料由硅納米線、碳納米管和石墨烯組成。硅納米線、碳納米管與石墨烯的質(zhì)量比為1: 0.5 5 0.5 5。其中，硅納米線的長度優(yōu)選為IOnm Iii m，直徑為Inm IOOnm ;碳納米管的長度優(yōu)選為IOnm I y m,直徑為Inm IOOnm ;石墨烯的比表面優(yōu)選為200m2/g 600m2/g。石墨烯材料與娃納米線、碳納米管進(jìn)復(fù)合制備成負(fù)極,使得負(fù)極具有較低電位平臺，增加了超級電容電池的平均工作電壓，且一維的硅納米線與一維的碳納米管纏繞在一起形成三維網(wǎng)絡(luò)，有利于材料的穩(wěn)定。在優(yōu)選的實(shí)施例中，第一粘結(jié)劑與第二粘結(jié)劑優(yōu)選為聚偏氟乙烯(PVDF);第一導(dǎo)電劑與第二導(dǎo)電劑優(yōu)選為乙炔黑、導(dǎo)電炭黑或碳納米管等常見的導(dǎo)電劑。在優(yōu)選的實(shí)施例中，隔膜采用鋰離子電池常用的pp隔膜。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，電解液為鋰離子電解質(zhì)鹽與非水有機(jī)溶劑配制而成。鋰離子電解質(zhì)鹽優(yōu)選為LiPF6、LiBF4, LiBOB, LiCF3S03、LiN(SO2CF3)2或LiAsF6 ;非水有機(jī)溶劑優(yōu)選為碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、r-丁內(nèi)酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸甲丙酯、乙酸乙酯及乙腈中的一種或多種。石墨烯材料不僅具備良好的導(dǎo)電性，空隙分布以及高的機(jī)械性能，同時(shí)具備低成本性，并且工藝簡單，易于制備，制備出來的電極材料有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性。娃的一維納米結(jié)構(gòu)被認(rèn)為有望成為未來微電子和光電子器件的基礎(chǔ),一維納米娃材料既能比較容易的和當(dāng)前成熟的集成電路工藝相兼容，又可以在納米限域效應(yīng)方面發(fā)揮其獨(dú)特的性能，來達(dá)到一些材料所無法達(dá)到的優(yōu)異性能。如圖1所示，上述超級電容電池的制備方法，包括如下步驟
步驟SI，將碳素材料或由碳素材料與鋰離子材料組成的混合物配制成正極活性材料，所述混合物中所述碳素材料的含量大于等于70%且小于100% ;將硅納米線、碳納米管與石墨烯按質(zhì)量比為1: 0. 5 5 0. 5 5制備成負(fù)極活性材料。在本實(shí)施例中，負(fù)極活性材料的制備過程還包括如下步驟按質(zhì)量比將硅納米線、碳納米管與石墨烯進(jìn)行混合，球磨0. 5 5小時(shí)，得到負(fù)極活性材料。在優(yōu)選的實(shí)施例中，采用化學(xué)氣相沉淀法(摘自Journal of Power Sources 195 (2010) 1691-1697)制備娃納米線，可以理解,娃納米線也可采用熱蒸發(fā)法、溶液法或電化學(xué)法等制備方法獲得。硅納米線的長度優(yōu)選為IOnm Ium,直徑為Inm lOOnm。碳納米管的長度優(yōu)選為IOnm I y m,直徑為Inm IOOnm ;石墨烯的比表面優(yōu)選為200m2/g 600m2/g。碳納米管和石墨烯均可以通過常規(guī)方法得到。步驟S2，將正極活性材料與第一粘結(jié)劑、第一導(dǎo)電劑及第一溶劑混合配制成正極漿料，將所述負(fù)極活性材料與第二粘結(jié)劑、第二導(dǎo)電劑及第二溶劑混合配制成負(fù)極漿料。正極活性材料、第一粘結(jié)劑及第一導(dǎo)電劑的質(zhì)量比優(yōu)選為85 90 : 5 10 : 5 10。負(fù)極活性材料與第二粘結(jié)劑、第二導(dǎo)電劑的質(zhì)量比優(yōu)選為85 90 5 10 5 10。第一溶劑與第二溶劑優(yōu)選為N-甲基吡咯烷酮(NMP)，正極漿料與負(fù)極漿料的粘度優(yōu)選為1500 3000牛頓秒/平方米。步驟S3，將正極漿料涂布在正極集流體上，然后干燥及軋膜，分切制作成正極，將負(fù)極漿料涂布在負(fù)極集流體上，然后干燥及軋膜，分切制作成負(fù)極。正極集流體優(yōu)選為鋁箔，負(fù)極集流體優(yōu)選為銅箔。步驟S4，將正極、隔膜及負(fù)極依次貼合組裝后浸泡于電解液中，得到超級電容電池。本實(shí)施例中，將正極及負(fù)極與隔膜卷繞組裝成卷心后并聯(lián)，裝入電池殼后焊接，干燥脫水，注入電解液，經(jīng)充放電活化后得到本實(shí)施方式的超級電容電池。上述超級電容電池的負(fù)極采用組成為硅納米線和石墨烯的負(fù)極活性材料，使得負(fù)極具有低的電位平臺，致使超級電容電池的平均工作電壓高于傳統(tǒng)的雙電層電容器，且硅具有容量大的特點(diǎn)，硅的理論容量4200mAh/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石墨負(fù)極的容量372mAh/g，從而使體系的能量密度上升。石墨烯材 料與硅納米線進(jìn)行復(fù)合后，由于石墨烯材料良好的導(dǎo)電性，能很好的將電子傳到硅納米線上，同時(shí)一維的硅納米線與一維的碳納米管纏繞在一起形成三維網(wǎng)絡(luò)以有利于材料的穩(wěn)定，使得上述超級電容電池兼具高比功率特性及高比能量特性。以下為具體實(shí)施例部分實(shí)施例1正極將正極活性材料活性炭、粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比為85 10 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為2500牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在鋁箔上，然后經(jīng)干燥及軋膜，分切制作成正極。負(fù)極⑴通過CVD法制備得到硅納米線；⑵按質(zhì)量比1: 0. 5 : 0. 5將硅納米線、碳納米管與石墨烯進(jìn)行混合，球磨I小時(shí)，得到負(fù)極活性材料；其中，硅納米線的長度為IOnm,直徑為Inm ;碳納米管的長度為IOnm,直徑為Inm ;石墨烯的比表面為200m2/g ； (3)將負(fù)極活性材料與粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比為85 10 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為2500牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在銅箔上，然后干燥及軋膜，分切制作成負(fù)極。將正極、隔膜與負(fù)極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個(gè)卷芯并聯(lián)裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電池殼中。將LiPF6溶于碳酸丙烯酯及碳酸二乙酯混合液中制備成lmol/L的電解液。按上述方式將并聯(lián)的卷芯裝入電池殼后焊接，干燥脫水，注入電解液，經(jīng)充放電活化后得到本實(shí)施方式的超級電容電池。請參閱圖2，所示為硅納米線-碳納米管-石墨烯復(fù)合材料的掃描電鏡圖。由圖2可知，一維的硅納米線與一維的碳納米管相互纏繞并與石墨烯一起形成三維網(wǎng)絡(luò)材料。圖3是本實(shí)施例的超級電容電池的恒流充放電曲線圖,其中電壓范圍為0 4伏，電流為lA/g，設(shè)備為武漢藍(lán)電CT-2001A8點(diǎn)藍(lán)電池測試系統(tǒng)。如圖3所示，經(jīng)測試，所得超級電容電池平均容量為5Ah，能量密度為70wh/kg，最大功率密度為6000W/kg。實(shí)施例2正極將質(zhì)量比為70 30的炭氣凝膠與磷酸鐵鋰材料配制成正極活性材料。將配制好的正極活性材料與粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比為90 5 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為2500牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在鋁箔上，然后干燥及軋膜，分切制作成正極。負(fù)極(1)通過CVD法制備得到硅納米線；(2)按質(zhì)量比1:5: 5將硅納米線、碳納米管與石墨烯進(jìn)行混合，球磨0. 5小時(shí)，得到負(fù)極活性材料；其中，硅納米線的長度優(yōu)選為50nm，直徑為IOnm ;碳納米管的長度優(yōu)選為50y m，直徑為IOnm ;石墨烯的比表面優(yōu)選為300m2/g ; (3)將負(fù)極活性材料與粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比為90 5 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為1500牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在銅箔上，然后干燥及軋膜，分切制作成負(fù)極。將正極、隔膜與負(fù)極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個(gè)卷芯并聯(lián)裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電池殼中。將LiBOB溶于乙腈溶液中制備成lmol/L的電解液。按上述方式將并聯(lián)的卷芯裝入電池殼后焊接，干燥脫水，注入電解液，經(jīng)充放電活化后得到本實(shí)施方式的超 級電容電池。經(jīng)測試，所得超級電容電池平均容量為4. 5Ah，能量密度為65wh/kg，最大功率密度為 6000W/kg。實(shí)施例3正極將質(zhì)量比為80 20的碳納米管與鋰鎳鈷錳氧材料配制成正極活性材料。將配制好的正極活性材料與粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑導(dǎo)電炭黑按質(zhì)量比為85 10 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為3000牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在鋁箔上，然后干燥及軋膜，分切制作成正極。負(fù)極⑴通過CVD法制備得到硅納米線；⑵按質(zhì)量比1: 2. 5 : 2. 5將硅納米線、碳納米管與石墨烯進(jìn)行混合，球磨2小時(shí)，得到負(fù)極活性材料；其中，硅納米線的長度優(yōu)選為lOOnm，直徑為50nm ;碳納米管的長度優(yōu)選為lOOnm，直徑為50nm ;石墨烯的比表面優(yōu)選為400m2/g;(3)將負(fù)極活性材料與粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑導(dǎo)電炭黑按質(zhì)量比為85 10 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為3000牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在銅箔上，然后干燥及軋膜，分切制作成負(fù)極。將正極、隔膜與負(fù)極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個(gè)卷芯并聯(lián)裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電池殼中。將LiBF4溶于碳酸二甲酯與碳酸乙烯酯混合液中制備成lmol/L的電解液。按上述方式將并聯(lián)的卷芯裝入電池殼后焊接，干燥脫水，注入電解液，經(jīng)充放電活化后得到本實(shí)施方式的超級電容電池。經(jīng)測試，所得超級電容電池平均容量為4Ah，能量密度為60wh/kg，最大功率密度為 7000ff/kgo實(shí)施例4正極將質(zhì)量比為90 10的碳納米管與鋰錳氧材料配制成正極活性材料。將配制好的正極活性材料與粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑碳納米管按質(zhì)量比為90 5 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為2000牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在鋁箔上，然后干燥及軋膜，分切制作成正極。負(fù)極(I)通過CVD法制備得到硅納米線；(2)按質(zhì)量比1: 2 3將硅納米線、碳納米管與石墨烯進(jìn)行混合，球磨5小時(shí)，得到負(fù)極活性材料；其中，硅納米線的長度優(yōu)選為500nm，直徑為80nm ;碳納米管的長度優(yōu)選為500nm，直徑為80nm ;石墨烯的比表面優(yōu)選為500m2/g; (3)將負(fù)極活性材料與粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑碳納米管按質(zhì)量比為90 5 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為2000牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在銅箔上，然后干燥及軋膜，分切制作成負(fù)極。將正極、隔膜與負(fù)極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個(gè)卷芯并聯(lián)裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電池殼中。
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將LiBF4溶于碳酸丙烯酯及碳酸二乙酯混合液中制備成lmol/L的電解液。按上述方式將并聯(lián)的卷芯裝入電池殼后焊接，干燥脫水，注入電解液，經(jīng)充放電活化后得到本實(shí)施方式的超級電容電池。經(jīng)測試，所得超級電容電池容量為4. 2Ah，能量密度為63wh/kg，最大功率密度為6500W/kg。實(shí)施例5正極將質(zhì)量比為15 85的熱解炭與鋰鈷氧材料配制成正極活性材料。將配制好的正極活性材料與粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比為85 10 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為2700牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在鋁箔上，然后干燥及軋膜，分切制作成正極。負(fù)極(I)通過CVD法制備得到硅納米線；(2)按質(zhì)量比1: 4 2將硅納米線、碳納米管與石墨烯進(jìn)行混合，球磨3小時(shí)，得到負(fù)極活性材料；其中，硅納米線的長度優(yōu)選為I Pm，直徑為IOOnm;碳納米管的長度優(yōu)選為I Pm，直徑為IOOnm ;石墨烯的比表面優(yōu)選為600m2/g ; (3)將負(fù)極活性材料與粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比為85 10 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為2700牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在銅箔上，然后干燥及軋膜，分切制作成負(fù)極。將正極、隔膜與·負(fù)極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個(gè)卷芯并聯(lián)裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電池殼中。將LiCF3SO3溶于乙腈溶液中制備成lmol/L的電解液。按上述方式將并聯(lián)的卷芯裝入電池殼后焊接，干燥脫水，注入電解液，經(jīng)充放電活化后得到本實(shí)施方式的超級電容電池。經(jīng)測試，所得超級電容電池平均容量為4. 8Ah，能量密度為68wh/kg，最大功率密度為 7000W/kg。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種超級電容電池，包括正極、負(fù)極、介于所述正極和負(fù)極之間的隔膜及電解液，所述正極、負(fù)極和隔膜浸泡于所述電解液中，其特征在于，所述正極包括正極集流體以及涂布在所述正極集流體上的正極材料，所述正極材料包括正極活性材料、第一粘結(jié)劑及第一導(dǎo)電劑，所述正極活性材料由碳素材料或由碳素材料與鋰離子材料的混合物組成，所述混合物中所述碳素材料的含量大于等于70%且小于100% ;所述負(fù)極包括負(fù)極集流體以及涂布在所述負(fù)極集流體上的負(fù)極材料，所述負(fù)極材料包括負(fù)極活性材料、第二粘結(jié)劑及第二導(dǎo)電劑，所述負(fù)極活性材料由娃納米線、碳納米管和石墨烯組成，所述娃納米線、碳納米管與石墨烯的質(zhì)量比為1: 0.5 5 0.5 5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容電池，其特征在于，所述硅納米線的長度為IOnm Ium,直徑為Inm IOOnm ;所述碳納米管的長度為IOnm I y m,直徑為Inm IOOnm ;所述石墨烯的比表面為200m2/g 600m2/g。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容電池，其特征在于，所述碳素材料為活性炭、炭氣凝膠、碳納米管或熱解碳；所述鋰離子材料為磷酸鐵鋰、鋰鎳鈷錳氧、鋰鈷氧、鋰錳氧、鋰鎳錳氧、鋰鎳鈷氧、鋰釩氧或硅酸鐵鋰。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容電池，其特征在于，所述第一導(dǎo)電劑與第二導(dǎo)電劑為乙炔黑、導(dǎo)電炭黑或碳納米管；所述第一粘結(jié)劑與第二粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯。
5.一種超級電容電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一將碳素材料或由碳素材料與鋰離子材料組成的混合物配制成正極活性材料，所述混合物中所述碳素材料的含量大于等于70%且小于100%;將硅納米線、碳納米管與石墨烯按質(zhì)量比為1: 0.5 5 0. 5 5制備成負(fù)極活性材料； 步驟二 將所述正極活性材料與第一粘結(jié)劑、第一導(dǎo)電劑及第一溶劑混合配制成正極漿料，將所述負(fù)極活性材料與第二粘結(jié)劑、第二導(dǎo)電劑及第二溶劑混合配制成負(fù)極漿料； 步驟三將所述正極漿料涂布在正極集流體上，然后干燥及軋膜，分切制作成正極，將所述負(fù)極漿料涂布在負(fù)極集流體上，然后干燥及軋膜，分切制作成負(fù)極；及 步驟四將所述正極、隔膜及負(fù)極依次貼合組裝后浸泡于電解液中，得到所述超級電容電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超級電容電池的制備方法，其特征在于，所述負(fù)極活性材料的制備過程還包括如下步驟將硅納米線、碳納米管與石墨烯進(jìn)行混合，球磨0. 5 5小時(shí)，得到所述負(fù)極活性材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超級電容電池的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述硅納米線的長度為IOnm I ii m,直徑為Inm IOOnm ;所述碳納米管的長度為IOnm I y m,直徑為Inm IOOnm ;所述石墨烯的比表面為200m2/g 600m2/g。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超級電容電池的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述第一溶劑與第二溶劑為N-甲基吡咯烷酮，所述正極漿料與負(fù)極漿料的粘度為1500 3000牛頓秒/平方米。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超級電容電池的制備方法，其特征在于，步驟三中，所述正極集流體為鋁箔，所述負(fù)極集流體為銅箔。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超級電容電池的制備方法，其特征在于，步驟四中，所述電解液為鋰離子電解質(zhì)鹽與非水有機(jī)溶劑配制而成。
全文摘要
一種超級電容電池，包括正極、負(fù)極、介于所述正極和負(fù)極之間的隔膜及電解液，所述正極、負(fù)極和隔膜浸泡于所述電解液中。所述負(fù)極包括負(fù)極集流體以及涂布在所述負(fù)極集流體上的負(fù)極材料，所述負(fù)極材料包括負(fù)極活性材料、第二粘結(jié)劑及第二導(dǎo)電劑，所述負(fù)極活性材料由硅納米線、碳納米管和石墨烯組成，所述硅納米線、碳納米管與石墨烯的質(zhì)量比為1∶0.5～5∶0.5～5。上述超級電容電池的負(fù)極采用組成為硅納米線、碳納米管和石墨烯的負(fù)極活性材料，使得負(fù)極具有低的電位平臺，增加了超級電容電池的平均工作電壓，從而使其兼具高比功率特性及高比能量特性。此外，還提供了一種超級電容電池的制備方法。
文檔編號H01G9/042GK103065799SQ20111032093
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者周明杰, 王要兵, 鐘玲瓏 申請人: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