一種非對稱超級電容器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電容器制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型非對稱超級電容器極其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器又名電化學電容器，兼具鋰離子電池和傳統(tǒng)的電解電容器的特點，能在瞬間進行充放電，可以滿足大功率甚至超高領(lǐng)域等特殊要求，且循環(huán)壽命超長，安全可靠性高，在交通、移動通信、信息技術(shù)、航空航天和國防科技等領(lǐng)域，具有巨大的應(yīng)用前景。
[0003]根據(jù)儲能機理的不同，用于超級電容器的電極材料可分為兩類:一類基于高比表面積的碳材料與電解液界面的雙電層儲存電荷的電雙層型電極材料；另一類是在電極表面或體相中的二維或三維空間上，通過電化學活性物質(zhì)進行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學吸附、脫附或氧化還原反應(yīng)存儲能量的法拉第準電容(贗電容)電極材料。法拉第準電容一般很大，在電極面積相同的情況下，通常是電雙層電容的10~100倍。
[0004]根據(jù)超級電容器的結(jié)構(gòu)，可以將超級電容器分為兩大類:一類是正負極采用同種電極材料的對稱型超級電容器；另一類是以電雙層型的碳材料作為負極，贗電容型電極材料作為正極的非對稱超級電容器。
[0005]較低的能量密度一直是超級電容器的致命弱點。如何在保持較高功率密度的前提下，提高超級電容器的能量密度，是國內(nèi)外研宄的熱點，也是發(fā)展新一代超級電容器的趨勢。根據(jù)能量密度的計算公式E=0.5CV2，超級電容器的能量密度可以通過比電容和工作電壓兩個方面來改善。從比容的角度看，可以選用具有高比電容的電極材料，如贗電容型電極材料。從工作電壓的角度看，可通過選擇合適的正極和負極材料，構(gòu)建非對稱超級電容器來拓寬整個電容器的工作電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有超級電容器存在的缺陷以及改進需求，本發(fā)明提供一種新型非對稱超級電容器，同時提高了它的比電容和電壓值，進而提高了它的能量密度，且其循環(huán)穩(wěn)定性較好。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
一種新型非對稱超級電容器，包括正極極片、負極極片、電解液、隔膜和封裝膜；正極極片和負極極片由隔膜隔開，正極極片采用氫氧化鎳，基底為泡沫鎳或鈦片，其特征為負極極片采用鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物，基底同為泡沫鎳或鈦片；電解液為lmol/L-6mol/L的氫氧化鈉、氫氧化鉀溶液或者0.5mol/L-lmol/L的硫酸鈉、硫酸鉀溶液。
[0008]一種新型非對稱超級電容器的制備方法，其特征是包括以下步驟:
(I)制備鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物負極極片，將氯化亞鐵和硝酸鎳加入去離子水和乙二醇的混合溶液中，攪拌至充分溶解后加入尿素，再次攪拌，然后將所配溶液倒入反應(yīng)釜內(nèi)，將泡沫鎳或鈦片放入反應(yīng)釜中，恒溫加熱一定時間后取出，用去離子水沖洗干凈并自然涼干。
[0009](2)制備氫氧化鎳負極極片，將硝酸鎳和六次甲基四胺加入去離子水中，攪拌至完全溶解，將所配溶液倒入反應(yīng)釜內(nèi)，并將泡沫鎳或鈦片放入反應(yīng)釜里，恒溫加熱一定時間后取出，用去離子水沖洗干凈并自然涼干。
[0010](3)取一定量的氫氧化鈉加入到10mL的去離子水中，配制出所需的電解液。
[0011](4)組裝電容器:取步驟(I)中制備的鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物負極極片和步驟
(2)制備的氫氧化鎳負極極片，用隔膜隔開，對齊后放入封裝膜內(nèi)，再注入電解液，然后封裝好。
[0012]本發(fā)明一種新型非對稱超級電容器的制備方法具有以下優(yōu)點:
(1)本發(fā)明所述的一種新型非對稱超級電容器的負極材料為鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物，其比電容比一般用的碳材料大，同時其電壓值范圍為0ν~-1.2v，結(jié)合正極氫氧化鎳的電壓窗口 0~0.55V，可以是整個非對稱超級電容器的電壓值達到1.7V。
[0013](2)本發(fā)明所述的一種新型非對稱超級電容器比電容大，比能量、比功率高，制備方法簡單易操作；
(3)正負極極片基底為泡沫鎳或鈦片，原料來源廣，成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)；
(4)正負極基底采用的泡沫鎳或鈦片可直接作為電極的集流體，使制備的電極不需要引入導電劑和黏結(jié)劑，簡化了制作工藝。
[0014](5)本發(fā)明所述的超級電容器制作過程可控性好，在正負極極片制作過程中可通過控制電解液的濃度、恒溫加熱時的溫度以及加熱時間等參數(shù)來控制氫氧化鎳和鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物的微觀結(jié)構(gòu)，進而控制電容器的比電容和比能量等性能。
【附圖說明】
[0015]圖1為制備正極極片的流程圖。
[0016]圖2為制備負極極片的流程圖。
[0017]圖3為封裝電容器的流程圖。
[0018]圖4為電容器性能測試裝置圖。
[0019]圖5為本發(fā)明中實例一的循環(huán)伏安曲線(從內(nèi)至外掃描速率分別為5，10，20，30，40,50mV/s)o
【具體實施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明所保護范圍不限于此。
[0021 ] (I)將氯化亞鐵和硝酸鎳加入去離子水和乙二醇的混合溶液中，超聲振蕩或磁力攪拌至完全溶解，再加入尿素，同樣的方法攪拌至完全溶解后，將所配溶液倒入反應(yīng)釜中，然后將鈦片或泡沫鎳放入反應(yīng)釜中，恒溫加熱一定時間后取出，用去離子水沖洗掉表面的附著物并自然晾干。由此制備出鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物負極極片.(2)將硝酸鎳和六次甲基四胺加入到去離子水中，超聲振蕩或磁力攪拌至完全溶解，然后將所配置的溶液倒入反應(yīng)釜中，取鈦片或泡沫鎳放入反應(yīng)釜中，恒溫加熱一定時間后取出，用去離子水沖洗表面附著物并自然晾干。用此方法制備出氫氧化鎳正極極片。
[0022](3)取一定量氫氧化鈉、氫氧化鉀、硫酸鈉、硫酸鉀加入去離子水中，配置電解液。
[0023](4)將步驟一和步驟二中所制備的正負極極片用隔膜隔開，對齊后放入封裝膜內(nèi)，再注入電解液，然后封裝好。
[0024]實施例1
(I)將0.291g硝酸鎳和0.398g氯化亞鐵加入到50 mL去離子水與乙二醇的混合溶液中，去離子水和乙二醇溶液的體積比為2:3，經(jīng)過超聲振蕩至其完全溶解；再加入0.72g尿素，同樣超聲振蕩lOmin，完全溶解；然后將所配置的溶液到反應(yīng)釜內(nèi)，取一塊泡沫鎳放入反應(yīng)釜中，85°C條件下恒溫加熱1h ;最后取出泡沫鎳，用去離子水沖洗泡沫鎳表面的附著物并自然晾干。
[0025](2)將0.6g六次甲基四胺和0.29g硝酸鎳加入到50mL的去離子水中，超聲振蕩1min,完全溶解；將所配置的溶液倒入反應(yīng)Il內(nèi)，取一塊泡沫镲稱重后放入反應(yīng)Il內(nèi)，80°C條件下恒溫加熱1h ;最后取出泡沫鎳，用去離子水沖洗泡沫鎳表面的附著物并自然晾干。
[0026](3)取4g氫氧化鈉加入到10mL的去離子水中，超聲振蕩lOmin，完全溶解，得到lmol/L的氫氧化鈉電解液。
[0027](4)將步驟(I)和步驟(2)中的制備的氫氧化镲和镲鐵層狀雙金屬氫氧化物分別作為正極極片和負極極片，并用濾紙作為隔膜將它們隔開，對齊后放入封裝膜內(nèi)，再注入電解液，然后封裝好。
[0028]實施例2
(I)將0.291g硝酸鎳和0.127g氯化亞鐵加入到50 mL去離子水與乙二醇的混合溶液中，去離子水和乙二醇溶液的體積比為2: 3，經(jīng)過超聲振蕩至其完全溶解；再加入0.048g尿素，同樣超聲振蕩lOmin，完全溶解；然后將所配置的溶液到反應(yīng)釜內(nèi)，取一塊泡沫鎳放入反應(yīng)釜中，85°C條件下恒溫加熱1h ;最后取出泡沫鎳，用去離子水沖洗泡沫鎳表面的附著物并自然晾干。
[0029](2)將0.64g六次甲基四胺和0.29g硝酸鎳加入到50mL的去離子水中，超聲振蕩1min,完全溶解；將所配置的溶液倒入反應(yīng)Il內(nèi)，取一塊泡沫镲稱重后放入反應(yīng)Il內(nèi)，80°C條件下恒溫加熱1h ;最后取出泡沫鎳，用去離子水沖洗泡沫鎳表面的附著物并自然晾干。
[0030](3)取4g氫氧化鈉加入到10mL的去離子水中，超聲振蕩lOmin，完全溶解，得到lmol/L的氫氧化鈉電解液。
[0031](4)將步驟(I)和步驟(2)中的制備的氫氧化镲和镲鐵層狀雙金屬氫氧化物分別作為正極極片和負極極片，并用濾紙作為隔膜將它們隔開，對齊后放入封裝膜內(nèi)，再注入電解液，然后封裝好。
[0032]實施例3
(I)將0.349g硝酸鎳和0.127g氯化亞鐵加入到50 mL去離子水與乙二醇的混合溶液中，去離子水和乙二醇溶液的體積比為2:3，經(jīng)過超聲振蕩至其完全溶解；再加入0.09g尿素，同樣超聲振蕩lOmin，完全溶解；然后將所配置的溶液到反應(yīng)釜內(nèi)，取一塊泡沫鎳放入反應(yīng)釜中，125°C條件下恒溫加熱1h ;最后取出泡沫鎳，用去離子水沖洗泡沫鎳表面的附著物并自然晾干。
[0033](2)將0.85g六次甲基四胺和0.29g硝酸鎳加入到50mL的去離子水中，超聲振蕩1min,完全溶解；將所配置的溶液倒入反應(yīng)Il內(nèi)，取一塊泡沫镲稱重后放入反應(yīng)Il內(nèi)，80°C條件下恒溫加熱1h ;最后取出泡沫鎳，用去離子水沖洗泡沫鎳表面的附著物并自然晾干。
[0034](3)取4g氫氧化鈉加入到10mL的去離子水中，超聲振蕩lOmin，完全溶解，得到lmol/L的氫氧化鈉電解液。
[0035](4)將步驟(I)和步驟(2)中的制備的氫氧化镲和镲鐵層狀雙金屬氫氧化物分別作為正極極片和負極極片，并用濾紙作為隔膜將它們隔開，對齊后放入封裝膜內(nèi)，再注入電解液，然后封裝好。
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