專利名稱：一種高能鎳碳超級(jí)電容器負(fù)極板漿料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超級(jí)電容器領(lǐng)域，尤其是一種高能鎳碳超級(jí)電容器負(fù)極板漿料。
背景技術(shù)：
隨著國家新能源建設(shè)的逐步推進(jìn)，新能源的研究步入一個(gè)快速發(fā)展的軌道，尤其超級(jí)電容器的研究引起各國的重視。通過檢索，發(fā)現(xiàn)如下有關(guān)超級(jí)電容器的公開專利文獻(xiàn)1、一種氫氧化亞鎳混和式超級(jí)電容器及其制備方法(CN200810111891. 2)，該電容器包括圓柱型和方型結(jié)構(gòu)，由氫氧化亞鎳陽極，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極?；钚蕴缄帢O采用電鍍鎳處理過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。2、一種車用啟動(dòng)超級(jí)電容器(CN03114837. 9)，超級(jí)電容器芯子由包裹隔膜的燒結(jié)式氧化鎳正極片，連續(xù)化活性碳纖維布負(fù)極和集流支撐的薄鎳片構(gòu)成，電容芯子通過制作、 焊接電流端子后置于塑料殼體內(nèi)，注入電解液，封口便得超級(jí)電容器成品。該超級(jí)電容器具有較高的功率密度和能量密度，且重量輕，成本低，壽命長，適合做各種類型車輛的啟動(dòng)能源，推廣應(yīng)用具有很好價(jià)值。3、一種用于超級(jí)電容器的碳基多孔電極薄膜及其制備方法(CN200410009580. 7)， 薄膜各組分含量為活性炭含量為72mass% 99mass%，導(dǎo)電碳黑或石墨含量為 0. Imass% 20mass%，氧化鋯納米粉體的含量為0. Imass% 5mass%，納米金屬鎳粉體含量為0. Imass% 隙率為45% 75%，進(jìn)一步的優(yōu)選空隙率為55% 65%。 制備本發(fā)明薄膜首先將去離子水、有機(jī)單體和交聯(lián)劑混合均勻；然后將分散劑加入溶液攪拌均勻得到預(yù)混溶液；再將原料粉體加入，球磨混合，制成漿料；將所得漿料加入除泡劑并進(jìn)行真空除泡；將引發(fā)劑和催化劑加入除泡后的漿料，攪拌均勻后，在流延機(jī)上經(jīng)成型、固化和脫膜后得到生坯，再經(jīng)弱氧化氣氛熱處理，得到目標(biāo)多孔電極薄膜。本發(fā)明成型工藝簡(jiǎn)單、成型時(shí)間短、易操作，薄膜厚度可控性好、中孔發(fā)達(dá)。4、一種大倍率充放電性能超級(jí)電容器的多孔炭電極的制備方法 (CN200810053475. 1)，該方法包括以下過程，以微孔型沸石分子篩為模板，以氣體乙炔、甲烷或乙烯為碳源，在石英管反應(yīng)器中，利用高周波加熱裝置進(jìn)行氣相沉積得到富含微孔的多孔炭；多孔炭再經(jīng)1000-160(TC高溫?zé)崽幚碚{(diào)節(jié)表面性質(zhì)制得大比表面積多孔炭；大比表面積多孔炭與聚四氟乙烯混合分散到乙醇中，并調(diào)制為漿狀，均勻地涂敷在泡沫鎳片上， 再經(jīng)烘干壓制制成多孔炭電極。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所制得的大比表面積炭具有均一的孔隙結(jié)構(gòu)；多孔炭的表面親水性低，氧含量低，所制得的多孔炭電極特別適用于大倍率充放電性能的超級(jí)電容器。
5、一種氫氧化亞鎳混和式超級(jí)電容器及其制備方法(CN200810111891. 2)，該電容器包括圓柱型和方型結(jié)構(gòu)，由氫氧化亞鎳陽極，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極。活性碳陰極采用電鍍鎳處理過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。6、一種混合型超級(jí)電容器及其制備方法(CN200910079669. 3)，混合型超級(jí)電容器的負(fù)極活性材料為納米Ti02或Ti02的同質(zhì)異像體Ti02-B中的一種或幾種，正極活性材料為碳納米管、碳納米纖維、石墨、導(dǎo)電炭黑、氫氧化鎳、氫氧化錳或氫氧化鉬中的一種或幾種。混合型超級(jí)電容器以正負(fù)極活性材料、粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑為原料制成電極，在手套箱中裝配成模擬電池制成超級(jí)電容器。本發(fā)明提供的制備方法具有可調(diào)控，制備流程簡(jiǎn)單，操作容易，組裝的混合超級(jí)電容器模型具有比容量高、電位低、性能穩(wěn)定、可大電流充放電、循環(huán)壽命長、成本低廉、機(jī)械化大規(guī)模生產(chǎn)容易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。7、一種超級(jí)電容器的制備方法(CN200910063288. 6)，它包括如下步驟1)將泡沫鎳基板放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中，通入氬氣10-60分鐘，排盡爐內(nèi)空氣，然后，加熱升溫至450-750°C，在氬氣氛圍中以25-40ml/min的流量通入烴類氣體，450_750°C下反應(yīng)30秒至50分鐘，反應(yīng)完成后，得到生長有碳納米管的泡沫鎳；2)除去表面疏松層產(chǎn)物后，直接以生長有碳納米管的泡沫鎳基體直接用作超級(jí)電容器電極；3)將步驟2所得的兩片厚度、大小相同的電極干燥，用電解液充分浸泡1-36小時(shí)，再用同樣浸滿電解液的隔膜隔開，組裝得到超級(jí)電容器；所述烴類氣體是乙炔、甲烷、乙烯、或丙烯。本發(fā)明碳納米管是直接生長在泡沫鎳基板上，無需使用粘合劑；泡沫鎳為基板，電極物質(zhì)體積密度更高，孔分布合理。經(jīng)過對(duì)比，上述各項(xiàng)專利技術(shù)所涉及的負(fù)極材料與本專利申請(qǐng)有較大不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種儲(chǔ)能密度大、放電功率高的高能鎳碳超級(jí)電容器的負(fù)極板漿料。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下列技術(shù)方案一種高能鎳碳超級(jí)電容器負(fù)極板漿料，由負(fù)極用粘合劑和主料構(gòu)成，負(fù)極用粘合劑為負(fù)極粘合劑和主料所形成的總重量的20% -38% ；其中負(fù)極用粘合劑的原料構(gòu)成及其重量配比范圍分別為HPMC2% 4%去離子水 96% 98%;主料的原料構(gòu)成及重量百分比范圍如下儲(chǔ)氫合金粉 70% 85%;活性碳材料 5% 15% ；亞氧化鈦 0.5% 5%;PTFE 乳液 2% 8%。而且，所述負(fù)極用粘合劑的配制方法是
(1)加熱去離子水，溫度控制在60°C -80°C ；(2)緩慢加入HPMC，邊加入邊攪拌；(3)完全加入后，放在攪拌機(jī)內(nèi)攪拌攪拌至無結(jié)塊、溶液均勻?yàn)橹?，降至室溫備用。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果是1、本超級(jí)電容器采用氫氧化鎳為主要活性物質(zhì)的正極材料與本專利申請(qǐng)所采用的堿金屬氫氧化物水性電解液和儲(chǔ)氫合金粉與活性碳材料為主要活性物質(zhì)組成的混合負(fù)極板，以及隔膜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)ο2、本發(fā)明所發(fā)明的負(fù)極板漿料所制備的超級(jí)電容器工作電壓達(dá)到1. 3V，最大儲(chǔ)能密度達(dá)到65Wh/kg。可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)公交車的動(dòng)力電源、車輛低溫啟動(dòng)用動(dòng)力電源、軍用裝備的動(dòng)力電源，如航空航天、殲擊機(jī)、潛艇、艦艇等裝備用電容器，也可應(yīng)用在便攜式設(shè)備用高容量動(dòng)力電源，如筆記本電腦、手機(jī)、電動(dòng)工具用電容器等。應(yīng)用領(lǐng)域涉及到車輛、交通、工業(yè)、航空、軍事、消費(fèi)電子、綠色能源等，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于下列實(shí)施方式。本發(fā)明所涉及的高能鎳碳超級(jí)電容器負(fù)極板漿料，其配制方法分兩步，首先是配制負(fù)極用粘合劑，需提前3-6h配制，配好負(fù)極用粘合劑后再與主料混合而進(jìn)行負(fù)極板漿料的配制。實(shí)施例1 一、配制負(fù)極用粘合劑，其原料的重量配比分別為HPMC4%去離子水 96%配制方法的步驟是1、加熱去離子水，溫度控制在80°C。2、緩慢加入HPMC，邊加入邊攪拌。3、完全加入后，放在攪拌機(jī)內(nèi)攪拌攪拌至無結(jié)塊、溶液均勻?yàn)橹梗抵潦覝貍溆?。二、主料的原料?gòu)成及重量百分比范圍如下儲(chǔ)氫合金粉 70% ；活性碳材料 18% ；亞氧化鈦5% ；PTFE 乳液7%0三、配制負(fù)極板漿料，以100公斤為例，其具體步驟如下1、準(zhǔn)備好已經(jīng)配好的負(fù)極用粘合劑30公斤。2、將活性碳材料12. 6公斤、亞氧化鈦3. 5公斤用去離子水溶解，注意去離子水要多次少量慢慢加入，邊加入邊攪拌，以免粉料結(jié)塊。3、按照重量配比加入儲(chǔ)氫合金粉49公斤，先少量加入4. 9公斤，攪拌均勻后，分3 批且每批14. 7公斤左右加入到攪拌機(jī)內(nèi)攪拌。
4、加完后再均勻攪拌半小時(shí)。5、半小時(shí)后按照重量配比加入PTFE乳液4. 9公斤，所加入的PTFE乳液為常用的濃度，濃度為60%，攪拌均勻即可。實(shí)施例2 一、配制負(fù)極用粘合劑，其原料的重量配比分別為HPMC4%去離子水 96%。配制方法的步驟是1、加熱去離子水，溫度控制在60°C。2、緩慢加入HPMC，邊加入邊攪拌。3、完全加入后，放在攪拌機(jī)內(nèi)攪拌攪拌至無結(jié)塊、溶液均勻?yàn)橹?，降至室溫備用。二、主料的原料?gòu)成及重量百分比范圍如下儲(chǔ)氫合金粉 85% ；活性碳材料 5% ；亞氧化鈦5% ；PTFE 乳液5%。三、配制負(fù)極漿料，以100公斤為例，其具體步驟如下1、將負(fù)極用粘合劑25公斤放在攪拌機(jī)上攪拌均勻，該負(fù)極用粘合劑需要3-6小時(shí)使用。2、將活性碳材料3. 75公斤、亞氧化鈦3. 75公斤用去離子水溶解，注意去離子水要多次少量慢慢加入，邊加入邊攪拌，以免粉料結(jié)塊。3、加入儲(chǔ)氫合金粉63. 75公斤，先少量加入6. 4公斤，攪拌均勻后，分3批每批約 19. 1公斤左右加入到攪拌機(jī)內(nèi)攪拌。4、加完后再均勻攪拌半小時(shí)。5、半小時(shí)后加入PTFE乳液3. 75公斤，所加入的PTFE乳液為常用的濃度，濃度為 60%，攪拌均勻即可。由本負(fù)極板漿料所制成的超級(jí)電容器的檢測(cè)結(jié)果見下表檢測(cè)單位信息產(chǎn)業(yè)部化學(xué)物理電源產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心
權(quán)利要求
1.一種高能鎳碳超級(jí)電容器負(fù)極板漿料，其特征在于由負(fù)極用粘合劑和主料構(gòu)成， 其中負(fù)極用粘合劑為負(fù)極粘合劑和主料所形成的總重量的20% -38% ；其中負(fù)極用粘合劑的原料構(gòu)成及其重量配比范圍分別為 HPMC2% 4%去離子水 96% 98%; 主料的原料構(gòu)成及重量百分比范圍如下 儲(chǔ)氫合金粉 70% 85%; 活性碳材料 5% 15% ； 亞氧化鈦 0.5% 5%; PTFE乳液 2% 8%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能鎳碳超級(jí)電容器負(fù)極板漿料，其特征在于所述負(fù)極用粘合劑的配制方法是(1)加熱去離子水，溫度控制在60°C-80°C ；(2)緩慢加入HPMC，邊加入邊攪拌；(3)完全加入后，放在攪拌機(jī)內(nèi)攪拌攪拌至無結(jié)塊、溶液均勻?yàn)橹梗抵潦覝貍溆谩?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種高能鎳碳超級(jí)電容器負(fù)極板漿料，由負(fù)極用粘合劑和主料構(gòu)成，其中負(fù)極用粘合劑為負(fù)極粘合劑和主料所形成的總重量的20％-38％。本超級(jí)電容器采用氫氧化鎳為主要活性物質(zhì)的正極材料與本發(fā)明申請(qǐng)所采用的堿金屬氫氧化物水性電解液和儲(chǔ)氫合金粉與活性炭材料為主要活性物質(zhì)組成的混合負(fù)極板，以及隔膜密封在不銹鋼或工程塑料外殼內(nèi)構(gòu)成，所發(fā)明的負(fù)極板漿料所制備的超級(jí)電容器工作電壓達(dá)到1.3V，最大儲(chǔ)能密度達(dá)到65Wh/kg，具有儲(chǔ)能密度大、放電功率高等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)公交車的動(dòng)力電源、車輛低溫啟動(dòng)用動(dòng)力電源、軍用裝備的動(dòng)力電源，如航空航天、殲擊機(jī)、潛艇、艦艇等裝備用電容器，也可應(yīng)用在便攜式設(shè)備用高容量動(dòng)力電源，如筆記本電腦、手機(jī)、電動(dòng)工具用電容器等。
文檔編號(hào)H01G9/042GK102354616SQ201110294420
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者呂小鋼, 周亮, 周國泰, 李建穎, 楊玉勛, 王旭, 王灝增, 賈遠(yuǎn)東 申請(qǐng)人:天津國泰之光新材料技術(shù)研究院有限公司