本發(fā)明涉及一種超級電容器及其制備方法，具體涉及一種卷繞型全固態(tài)超級電容器及制備方法。

背景技術(shù)：

環(huán)境污染和石化類能源即將枯竭，迫使人們開發(fā)新型電動車來有效解決傳統(tǒng)車用能源緊缺及含碳排放等問題。現(xiàn)成熟的純電動車主要以鋰離子電池為主，由于其充放電速度慢(小時量級)、功率密度小，制約了它在性能上與傳統(tǒng)燃油車相比擬。傳統(tǒng)的超級電容器在功率密度、充放電速率及充放電循環(huán)次數(shù)上優(yōu)于車用鋰離子電池，但其能量密度遠低于鋰離子電池，使其目前為止，很難單獨成為車用動力電池。

超級電容器主體部分由電極、電解液、隔膜等組成，電解質(zhì)有液態(tài)和固態(tài)兩類，使超級電容器分為液態(tài)超級電容器和固態(tài)超級電容器。目前市場上成熟的超級電容器產(chǎn)品主要為碳類雙電層液態(tài)電解質(zhì)超級電容器。液態(tài)超級電容器由于液態(tài)電解質(zhì)良好的離子導(dǎo)電性及器件可卷繞性為現(xiàn)有市場上超級電容器主選，但其同時存在工作電壓低(水劑為1V左右)、易泄露、腐蝕性強、工藝精度難控制、個體間性能差異大且難于做成大規(guī)模組件，這些嚴重影響其性能、壽命和安全性。固態(tài)超級電容器由于其固態(tài)電解質(zhì)工作電壓高(>1V)、不需考慮腐蝕性和泄漏性等安全問題，且壽命長、工藝精度易控、個體間性能一致性好，為將來做成大規(guī)模組件的動力電池提供有利條件，為目前研究熱點之一。但目前固態(tài)離子電導(dǎo)率相比液態(tài)離子偏低，如Li₄Ti₅O₁₂的電導(dǎo)率小于10^-9Scm^-1,使得固態(tài)材料的串聯(lián)等效電阻偏高，制約了固態(tài)超級電容器的發(fā)展；特別是固態(tài)電解質(zhì)的鋼性不可卷繞，限制了固態(tài)超級電容器單體大容量的發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題作出改進，即本發(fā)明的第一個目的在于公開一種卷繞型全固態(tài)超級電容器，本發(fā)明的第二個目的在于公開一種卷繞型全固態(tài)超級電容器的制備方法。

技術(shù)方案：一種卷繞型全固態(tài)超級電容器，包括底層金屬箔、底層金屬箔涂層、頂層金屬箔、頂層金屬箔涂層、卷繞軸芯、殼體、導(dǎo)電銀漿涂層、電極引出線和膠帶紙；

卷繞超級電容器芯子由所述底層金屬箔、所述頂層金屬箔卷繞所述卷繞軸芯后裹覆膠帶紙而成，所述底層金屬箔位于所述頂層金屬箔的外側(cè)，所述底層金屬箔涂層位于所述底層金屬箔的上表面，所述頂層金屬箔涂層位于所述頂層金屬箔的上表面；

所述殼體的頂部設(shè)有矩形盲孔，卷繞超級電容器芯子卡設(shè)于所述矩形盲孔內(nèi)，與卷繞超級電容器芯子的兩端相對應(yīng)的矩形盲孔的兩內(nèi)側(cè)設(shè)有導(dǎo)電銀漿涂層，與該兩內(nèi)側(cè)相連的殼體的上表面也設(shè)有導(dǎo)電銀漿涂層，所述殼體的上表面的導(dǎo)電銀漿涂層外接電極引出線,所述卷繞超級電容器芯子的上側(cè)采用封裝材料封裝。

進一步地，所述卷繞軸芯的長度與矩形盲孔的寬度為過盈配合，卷繞軸芯的寬度略寬于導(dǎo)電銀漿涂層。

進一步地，殼體為塑料殼體或陶瓷殼體。

進一步地，所述底層金屬箔涂層由復(fù)合粉體和有機粘合劑研磨而成，復(fù)合粉體為任意摩爾比的BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體的混合物，有機粘合劑為PVB，有機粘合劑占復(fù)合粉體和有機粘合劑總重量的20％-30％。

進一步地，所述頂層金屬箔涂層由復(fù)合粉體和有機粘合劑研磨而成，復(fù)合粉體為任意摩爾比的BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體的混合物，有機粘合劑為PVB，有機粘合劑占復(fù)合粉體和有機粘合劑總重量的20％-30％。

更進一步地，所述BaTiO₃粉體的粒徑為30nm-50nm，β″-Al₂O₃粉體的粒徑為30nm-50nm。

進一步地，所述底層金屬箔涂層一側(cè)設(shè)有留邊，所述頂層金屬箔涂層的另一側(cè)設(shè)有留邊。

進一步地，導(dǎo)電銀漿涂層與電極引出線的一端焊接。

進一步地，封裝材料為環(huán)氧樹脂。

一種卷繞型全固態(tài)超級電容器的制備方法，包括以下步驟：

(1)、將BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體按任意摩爾比混合后，研磨至少半小時，過200目篩后得到電介質(zhì)/電解質(zhì)復(fù)合粉體；

(2)、向步驟(1)得到的復(fù)合粉體加入有機粘合劑，然后再加入適量的無水乙醇研磨至少半小時成為均勻漿料，其中，有機粘合劑占復(fù)合粉體和有機粘合劑總重量的20％-30％；

(3)、將步驟(2)得到的漿料通過涂布機均勻涂覆在頂層金屬箔的上表面，頂層金屬箔的一側(cè)留有留邊，并經(jīng)過烘箱將漿料烘干形成頂層金屬箔涂層；

(4)、將步驟(2)得到的漿料通過涂布機均勻涂覆在底層金屬箔的上表面，底層金屬箔的一側(cè)留有留邊，并經(jīng)過烘箱將漿料烘干形成底層金屬箔涂層；

(5)、將頂層金屬箔放置于底層金屬箔的上方，頂層金屬箔涂層的留邊和底層金屬箔涂層的留邊異側(cè)，頂層金屬箔涂層的中心與底層金屬箔涂層的中心對齊，在卷繞軸芯上卷繞若干圈數(shù)后取下，用膠帶紙把外圈裹覆固定，制成卷繞超級電容器芯子；

(6)、先將卷繞超級電容器芯子兩端留邊的金屬箔用扭力壓實，再將卷繞超級電容器芯子放入矩形盲孔中，卷繞超級電容器芯子兩端留邊的金屬箔與盲孔內(nèi)部兩側(cè)導(dǎo)電銀漿涂層充分接觸，然后注入環(huán)氧樹脂封裝卷繞超級電容器芯子，然后放置于烘箱內(nèi)烘干，即得到卷繞型全固態(tài)超級電容器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開的一種卷繞型全固態(tài)超級電容器及制備方法具有以下有益效果：

1、將傳統(tǒng)的電容器(電介質(zhì))及超級電容器(電解質(zhì))復(fù)合在一起，其電性能參數(shù)(比電容、比能量、比功率)比相應(yīng)單獨的同材料電容器(電介質(zhì))或超級電容器(電解質(zhì))提高數(shù)倍；

2、將有機粘合劑的加入，克服傳統(tǒng)固態(tài)超級的鋼性不可卷繞的缺點，實現(xiàn)固態(tài)超級電容器的可卷繞性及改善固態(tài)離子遷移率，進而獲得單體大容量超級電容器；

3、工作電壓達2.5V,遠大于傳統(tǒng)水劑液態(tài)超級電容器的最大1V；

4、卷繞型全固態(tài)超級電容器克服了液態(tài)超級電容器壽命短、易泄漏、易腐蝕等不安全因素，具有更高的可靠性和壽命。

附圖說明

圖1為卷繞超級電容器芯子的制作示意圖；

圖2為本發(fā)明公開的一種卷繞型全固態(tài)超級電容器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為樣品A、樣品B、樣品AB在室溫下的循環(huán)伏安特性的變化示意圖；

圖4為樣品A、樣品B、樣品AB在室溫下的恒流充放電特性的變化示意圖；

圖5為樣品A、樣品B、樣品AB比電容C0、比能量E0、比功率P0性能對比示意圖；

圖6為樣品A、樣品B、樣品AB能量密度與功率密度關(guān)系圖。

其中：

1-底層金屬箔 2-底層金屬箔涂層

3-頂層金屬箔 4-頂層金屬箔涂層

5-卷繞軸芯 6-殼體

7-導(dǎo)電銀漿涂層 8-電極引出線

9-膠帶紙 10-卷繞超級電容器芯子

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式詳細說明。

具體實施例1：

如圖1、圖2所示的一種卷繞型全固態(tài)超級電容器樣品AB，包括底層金屬箔1、底層金屬箔涂層2、頂層金屬箔3、頂層金屬箔涂層4、卷繞軸芯5、殼體6、導(dǎo)電銀漿涂層7、電極引出線8和膠帶紙9；

卷繞超級電容器芯子10由底層金屬箔1、頂層金屬箔3卷繞卷繞軸芯5后裹覆膠帶紙9而成，底層金屬箔1位于頂層金屬箔3的外側(cè)，底層金屬箔涂層2位于底層金屬箔1的上表面，頂層金屬箔涂層4位于頂層金屬箔3的上表面；

殼體6的頂部設(shè)有矩形盲孔，卷繞超級電容器芯子10卡設(shè)于矩形盲孔內(nèi)，與卷繞超級電容器芯子10的兩端相對應(yīng)的矩形盲孔的兩內(nèi)側(cè)設(shè)有導(dǎo)電銀漿涂層7，與該兩內(nèi)側(cè)相連的殼體6的上表面也設(shè)有導(dǎo)電銀漿涂層7，殼體6的上表面的導(dǎo)電銀漿涂層7外接電極引出線8,卷繞超級電容器芯子10的上側(cè)采用封裝材料封裝。

進一步地，卷繞軸芯5的長度與矩形盲孔的寬度為過盈配合，卷繞軸芯5的寬度略寬于導(dǎo)電銀漿涂層7。

進一步地，殼體6為陶瓷殼體。

進一步地，底層金屬箔涂層2由復(fù)合粉體和有機粘合劑研磨而成，復(fù)合粉體為任意摩爾比的BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體的混合物，有機粘合劑為PVB，有機粘合劑占復(fù)合粉體和有機粘合劑總重量的20％。

進一步地，頂層金屬箔涂層4由復(fù)合粉體和有機粘合劑研磨而成，復(fù)合粉體為任意摩爾比的BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體的混合物，有機粘合劑為PVB，有機粘合劑占復(fù)合粉體和有機粘合劑總重量的20％。

更進一步地，BaTiO₃粉體的粒徑為30nm，β″-Al₂O₃粉體的粒徑為30nm。

進一步地，底層金屬箔涂層2一側(cè)設(shè)有留邊，頂層金屬箔涂層4的另一側(cè)設(shè)有留邊。

進一步地，導(dǎo)電銀漿涂層7與電極引出線8的一端焊接。

進一步地，封裝材料為環(huán)氧樹脂。

一種卷繞型全固態(tài)超級電容器的制備方法，包括以下步驟：

(1)、將BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體按任意摩爾比混合后，研磨至少半小時，過200目篩后得到電介質(zhì)/電解質(zhì)復(fù)合粉體；BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體的粒徑為30nm；

(2)、向步驟(1)得到的復(fù)合粉體加入有機粘合劑，然后再加入適量的無水乙醇研磨至少半小時成為均勻漿料，其中，有機粘合劑占復(fù)合粉體和有機粘合劑總重量的20％；

(3)、將步驟(2)得到的漿料通過涂布機均勻涂覆在頂層金屬箔的上表面，頂層金屬箔的一側(cè)留有留邊，并經(jīng)過烘箱50-70℃烘干5-10分鐘處理將漿料烘干形成頂層金屬箔涂層；

(4)、將步驟(2)得到的漿料通過涂布機均勻涂覆在底層金屬箔的上表面，底層金屬箔的一側(cè)留有留邊，并經(jīng)過烘箱50-70℃烘干5-10分鐘處理將漿料烘干形成底層金屬箔涂層；

(5)、如圖1所示，將頂層金屬箔放置于底層金屬箔的上方，頂層金屬箔涂層的留邊和底層金屬箔涂層的留邊異側(cè)，頂層金屬箔涂層的中心與底層金屬箔涂層的中心對齊，在卷繞軸芯上卷繞若干圈數(shù)后取下，用膠帶紙把外圈裹覆固定，制成卷繞超級電容器芯子；

(6)、如圖2所示，先將卷繞超級電容器芯子兩端留邊的金屬箔用扭力壓實，再將卷繞超級電容器芯子放入矩形盲孔中，卷繞超級電容器芯子兩端留邊的金屬箔與盲孔內(nèi)部兩側(cè)導(dǎo)電銀漿涂層充分接觸，然后注入封裝材料環(huán)氧樹脂封裝卷繞超級電容器芯子，經(jīng)過烘箱50-70℃烘干8-10分鐘處理，完成樣品AB制備。

采用與試樣AB同樣的方法制備試樣A和試樣B，區(qū)別僅僅是：

試樣A的底電極和頂電極之間只含有β″-Al₂O₃，該β″-Al₂O₃粉體的質(zhì)量與試樣AB中BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體質(zhì)量相等；

試樣B的底電極和頂電極之間只含有BaTiO₃，該BaTiO₃粉體的質(zhì)量與試樣AB中BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體質(zhì)量相等。

在室溫下分別對片狀樣品A、B、和AB進行性能測試，測試結(jié)果如下：

如圖3所示，循環(huán)伏安特性表明，由于復(fù)合機制作用，樣品AB矩形化程度、包容面積、窗口電壓均優(yōu)于同條件單獨機制的樣品A和樣品B；

如圖4所示，恒流充放電特性表明，由于復(fù)合機制作用，樣品AB儲存能量大于同條件單獨機制的樣品A和樣品B；

如圖5所示，由于復(fù)合機制作用，樣品AB、的比電容C0、比能量E0、比功率P0均大于樣品A和樣品B的值；

如圖6所示，樣品A、樣品B和樣品AB的能量密度與功率密度關(guān)系圖表明，由于復(fù)合機制作用，樣品AB儲存能量大于同條件單獨機制的樣品A和樣品B樣品AB大幅提高了功率密度。

具體實施例2：

如圖1、圖2所示的一種卷繞型全固態(tài)超級電容器，包括底層金屬箔1、底層金屬箔涂層2、頂層金屬箔3、頂層金屬箔涂層4、卷繞軸芯5、殼體6、導(dǎo)電銀漿涂層7、電極引出線8和膠帶紙9；

卷繞超級電容器芯子10由底層金屬箔1、頂層金屬箔3卷繞卷繞軸芯5后裹覆膠帶紙9而成，底層金屬箔1位于頂層金屬箔3的外側(cè)，底層金屬箔涂層2位于底層金屬箔1的上表面，頂層金屬箔涂層4位于頂層金屬箔3的上表面；

殼體6的頂部設(shè)有矩形盲孔，卷繞超級電容器芯子10卡設(shè)于矩形盲孔內(nèi)，與卷繞超級電容器芯子10的兩端相對應(yīng)的矩形盲孔的兩內(nèi)側(cè)設(shè)有導(dǎo)電銀漿涂層7，與該兩內(nèi)側(cè)相連的殼體6的上表面也設(shè)有導(dǎo)電銀漿涂層7，殼體6的上表面的導(dǎo)電銀漿涂層7外接電極引出線8,卷繞超級電容器芯子10的上側(cè)采用封裝材料封裝。

進一步地，卷繞軸芯5的長度與矩形盲孔的寬度為過盈配合，卷繞軸芯5的寬度略寬于導(dǎo)電銀漿涂層7。

進一步地，殼體6為塑料殼體。

進一步地，底層金屬箔涂層2由復(fù)合粉體和有機粘合劑研磨而成，復(fù)合粉體為任意摩爾比的BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體的混合物，有機粘合劑為PVB，有機粘合劑占復(fù)合粉體和有機粘合劑總重量的30％。

進一步地，頂層金屬箔涂層4由復(fù)合粉體和有機粘合劑研磨而成，復(fù)合粉體為任意摩爾比的BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體的混合物，有機粘合劑為PVB，有機粘合劑占復(fù)合粉體和有機粘合劑總重量的30％。

更進一步地，BaTiO₃粉體的粒徑為50nm，β″-Al₂O₃粉體的粒徑為50nm。

進一步地，底層金屬箔涂層2一側(cè)設(shè)有留邊，頂層金屬箔涂層4的另一側(cè)設(shè)有留邊。

進一步地，導(dǎo)電銀漿涂層7與電極引出線8的一端焊接。

進一步地，封裝材料為環(huán)氧樹脂。

一種卷繞型全固態(tài)超級電容器的制備方法，包括以下步驟：

(1)、將BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體按任意摩爾比混合后，研磨至少半小時，過200目篩后得到電介質(zhì)/電解質(zhì)復(fù)合粉體；BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體的粒徑為50nm；

(2)、向步驟(1)得到的復(fù)合粉體加入有機粘合劑，然后再加入適量的無水乙醇研磨至少半小時成為均勻漿料，其中，有機粘合劑占復(fù)合粉體和有機粘合劑總重量的30％；

(3)、將步驟(2)得到的漿料通過涂布機均勻涂覆在頂層金屬箔的上表面，頂層金屬箔的一側(cè)留有留邊，并經(jīng)過烘箱50-70℃烘干5-10分鐘處理將漿料烘干形成頂層金屬箔涂層；

(4)、將步驟(2)得到的漿料通過涂布機均勻涂覆在底層金屬箔的上表面，底層金屬箔的一側(cè)留有留邊，并經(jīng)過烘箱50-70℃烘干5-10分鐘處理將漿料烘干形成底層金屬箔涂層；

(5)、如圖1所示，將頂層金屬箔放置于底層金屬箔的上方，頂層金屬箔涂層的留邊和底層金屬箔涂層的留邊異側(cè)，頂層金屬箔涂層的中心與底層金屬箔涂層的中心對齊，在卷繞軸芯上卷繞若干圈數(shù)后取下，用膠帶紙把外圈裹覆固定，制成卷繞超級電容器芯子；

(6)、如圖2所示，先將卷繞超級電容器芯子兩端留邊的金屬箔用扭力壓實，再將卷繞超級電容器芯子放入矩形盲孔中，卷繞超級電容器芯子兩端留邊的金屬箔與盲孔內(nèi)部兩側(cè)導(dǎo)電銀漿涂層充分接觸，然后注入封裝材料環(huán)氧樹脂封裝卷繞超級電容器芯子，經(jīng)過烘箱50-70℃烘干8-10分鐘處理，完成制備。

具體實施例3：

如圖1、圖2所示的一種卷繞型全固態(tài)超級電容器，包括底層金屬箔1、底層金屬箔涂層2、頂層金屬箔3、頂層金屬箔涂層4、卷繞軸芯5、殼體6、導(dǎo)電銀漿涂層7、電極引出線8和膠帶紙9；

卷繞超級電容器芯子10由底層金屬箔1、頂層金屬箔3卷繞卷繞軸芯5后裹覆膠帶紙9而成，底層金屬箔1位于頂層金屬箔3的外側(cè)，底層金屬箔涂層2位于底層金屬箔1的上表面，頂層金屬箔涂層4位于頂層金屬箔3的上表面；

殼體6的頂部設(shè)有矩形盲孔，卷繞超級電容器芯子10卡設(shè)于矩形盲孔內(nèi)，與卷繞超級電容器芯子10的兩端相對應(yīng)的矩形盲孔的兩內(nèi)側(cè)設(shè)有導(dǎo)電銀漿涂層7，與該兩內(nèi)側(cè)相連的殼體6的上表面也設(shè)有導(dǎo)電銀漿涂層7，殼體6的上表面的導(dǎo)電銀漿涂層7外接電極引出線8,卷繞超級電容器芯子10的上側(cè)采用封裝材料封裝。

進一步地，卷繞軸芯5的長度與矩形盲孔的寬度為過盈配合，卷繞軸芯5的寬度略寬于導(dǎo)電銀漿涂層7。

進一步地，殼體6為陶瓷殼體。

進一步地，底層金屬箔涂層2由復(fù)合粉體和有機粘合劑研磨而成，復(fù)合粉體為任意摩爾比的BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體的混合物，有機粘合劑為PVB，有機粘合劑占復(fù)合粉體和有機粘合劑總重量的25％。

進一步地，頂層金屬箔涂層4由復(fù)合粉體和有機粘合劑研磨而成，復(fù)合粉體為任意摩爾比的BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體的混合物，有機粘合劑為PVB，有機粘合劑占復(fù)合粉體和有機粘合劑總重量的25％。

更進一步地，BaTiO₃粉體的粒徑為40nm，β″-Al₂O₃粉體的粒徑為40nm。

進一步地，底層金屬箔涂層2一側(cè)設(shè)有留邊，頂層金屬箔涂層4的另一側(cè)設(shè)有留邊。

進一步地，導(dǎo)電銀漿涂層7與電極引出線8的一端焊接。

進一步地，封裝材料為環(huán)氧樹脂。

一種卷繞型全固態(tài)超級電容器的制備方法，包括以下步驟：

(1)、將BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體按任意摩爾比混合后，研磨至少半小時，過200目篩后得到電介質(zhì)/電解質(zhì)復(fù)合粉體；BaTiO₃粉體和β″-Al₂O₃粉體的粒徑為40nm；

(2)、向步驟(1)得到的復(fù)合粉體加入有機粘合劑，然后再加入適量的無水乙醇研磨至少半小時成為均勻漿料，其中，有機粘合劑占復(fù)合粉體和有機粘合劑總重量的25％；

(3)、將步驟(2)得到的漿料通過涂布機均勻涂覆在頂層金屬箔的上表面，頂層金屬箔的一側(cè)留有留邊，并經(jīng)過烘箱50-70℃烘干5-10分鐘處理將漿料烘干形成頂層金屬箔涂層；

(4)、將步驟(2)得到的漿料通過涂布機均勻涂覆在底層金屬箔的上表面，底層金屬箔的一側(cè)留有留邊，并經(jīng)過烘箱50-70℃烘干5-10分鐘處理將漿料烘干形成底層金屬箔涂層；

(5)、如圖1所示，將頂層金屬箔放置于底層金屬箔的上方，頂層金屬箔涂層的留邊和底層金屬箔涂層的留邊異側(cè)，頂層金屬箔涂層的中心與底層金屬箔涂層的中心對齊，在卷繞軸芯上卷繞若干圈數(shù)后取下，用膠帶紙把外圈裹覆固定，制成卷繞超級電容器芯子；

(6)、如圖2所示，先將卷繞超級電容器芯子兩端留邊的金屬箔用扭力壓實，再將卷繞超級電容器芯子放入矩形盲孔中，卷繞超級電容器芯子兩端留邊的金屬箔與盲孔內(nèi)部兩側(cè)導(dǎo)電銀漿涂層充分接觸，然后注入封裝材料環(huán)氧樹脂封裝卷繞超級電容器芯子，經(jīng)過烘箱50-70℃烘干8-10分鐘處理，完成制備。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式做了詳細說明，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。