專利名稱：納米碳纖維電容電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電池，特別是一種電化學(xué)與物理有機(jī)結(jié)合而成具有電容和蓄電池特性的電容電池。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在市場(chǎng)上大量采用的鉛酸蓄電池，在使用過(guò)程中存在主要缺陷和不足一是充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，嚴(yán)重限制了蓄電池的實(shí)際應(yīng)用，且不能采用大電流充電，在采用大電流充電時(shí)，極板容易產(chǎn)生焦耳熱，并分解水，降低使用壽命，電池變形，甚至裂開而失效，大電流放電時(shí)也伴隨熱效應(yīng)，導(dǎo)致電壓降低，電池的容量也隨放電電流增大而降低，有的蓄電池充電 最快也要I小時(shí)以上，慢則8小時(shí)以上。二是比能量低，至使重量過(guò)于笨重，是電動(dòng)車輛不能普及的主要原因之一，鉛酸電池的比能量一般只有30-40Wh/kg，由于比能量低，導(dǎo)致鉛酸蓄電池不能在汽車、鐵路機(jī)車、客車、飛機(jī)、艦船、坦克、運(yùn)動(dòng)工具和各種設(shè)備上使用。為此，許多生產(chǎn)廠家和有識(shí)之士進(jìn)行了開發(fā)和研究，但至今尚未有合理的產(chǎn)品面世。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有電池存在的上述弊病，本實(shí)用新型的目的是提供一種可以大電流充放電、比能量高、容量大、重量輕、具有電容和蓄電池特性的納米碳纖維電容電池。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案，它包括殼體、正極板、負(fù)極板、隔膜，所述的隔膜設(shè)置在正極板與負(fù)極板之間，正極板、隔膜以及負(fù)極板卷繞成柱狀后放置在殼體內(nèi)，殼體內(nèi)充裝有電解液，殼體上固定有與正極板相連接的正極耳以及與負(fù)極板相連接的負(fù)極耳。所述正極板的主體為鋁板柵，負(fù)極板的主體為銅板柵，活性納米碳纖維直徑為25_85nm,長(zhǎng)度為 200_300nm。所述的正極板、隔膜及負(fù)極板之間具有小間距。所述的隔膜由高絕緣強(qiáng)度的高分子無(wú)紡布制備。采用上述結(jié)構(gòu)后，本實(shí)用新型有如下優(yōu)點(diǎn)和效果活性納米碳纖維本身有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。它有極大的比表面積、極高的活性和孔隙率，散熱效率高、擴(kuò)散速率大。即使通過(guò)很大的電流，也只有很小的電流密度。因此，由其制作的正、負(fù)極板可以通過(guò)很大的充放電電流而不產(chǎn)生熱效應(yīng)。此物理效應(yīng)大大縮短了充電時(shí)間。本實(shí)用新型采用物理方法大電流快速充電，采用化學(xué)方法長(zhǎng)時(shí)間小電流低電壓慢速放電，兩者齊全，恰到好處?；钚约{米碳纖維層纖維直徑為25-5nm，其長(zhǎng)度為200_300nm，這一尺寸的活性碳纖維活性大，比表面積大，加上碳納米管后比表面更加大，用于制作正負(fù)極板效果最好，每一組正負(fù)極板及其隔膜都具有大電流的小間距。隔膜由高絕緣強(qiáng)度的高分子無(wú)紡布制備。這一結(jié)構(gòu)同時(shí)具有法拉級(jí)電容的特性和大功率電池的特性，其等效電路相當(dāng)于一個(gè)法拉級(jí)大電容和一個(gè)大功率電池并聯(lián)。從對(duì)等效電路分析可見，瞬時(shí)間放電時(shí)，電容具有超前角，首先放電，可接受大電流放電的需要，長(zhǎng)時(shí)間放電時(shí)，電池可慢速放電，解決長(zhǎng)時(shí)間的特點(diǎn)。此時(shí)總的放電電流等于電容和電池放電電流之和。充電時(shí)，電容首先充電，可防止電流過(guò)大沖擊力損害電池。此時(shí)總的充電電流等于電容和電池充電電流之和，相當(dāng)于外電路并聯(lián)多個(gè)吸收電容。電池和電容兩個(gè)元件的工作電壓V相等，不會(huì)產(chǎn)生相互流動(dòng)，起到互補(bǔ)的作用，這種互補(bǔ)作用相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)平衡功能，解決了每個(gè)電池的平衡問(wèn)題，提高了電池壽命。設(shè)電池的電流為I，則其功率E = IV。設(shè)電容的容量為C，則其功率W = 1/2CV的平方，于是，總能量P = E+W，實(shí)際為兩元件之和。因此，其總能量大大超過(guò)電池或單個(gè)電容。整體重量大大減輕，比能量大大提高。碳納米管是理想的納米碳合成石墨烯片卷成的無(wú)縫、中空的管體，有單壁碳納米管和多壁碳納米管，碳納米管表面積可比普通的材料的表面積提高100倍，因此，表面積的導(dǎo)電性能也提高100倍。利用碳納米管產(chǎn)生出大電流，產(chǎn)生的電能比鋰離子電池電能更高。鈦酸鋇超細(xì)粉體技術(shù)是當(dāng)今高科技材料領(lǐng)域方興未艾的新興產(chǎn)業(yè)之一。它具有強(qiáng) 鐵電、壓電和介電等特性，是一種非常重要的電子陶瓷材料，主要用于介質(zhì)陶瓷、敏感陶瓷的制造，加于0.1%的鈦酸鋇以提高電池耐溫1700多度。因此，提高了電容器的容量穩(wěn)定性、安全性。由此可見，本實(shí)用新型提供了一種可以采用大電流充放電，可以大大縮短充電時(shí)間；比能量高，重量大大降低，節(jié)能省電，又環(huán)保，應(yīng)用廣泛的一種電容電池。比能量可達(dá)300Wh/kg，功率可達(dá)1000W/kg以上，放電電流大大提高。具有物理電容和化學(xué)電池兩種特性，大電容在100F-3000F，電池容量100mAH-200mAH。重量只有鉛酸電池的1/10，體積只有1/6。它可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、國(guó)防武器、民用電動(dòng)車等各個(gè)領(lǐng)域中。

圖I為本實(shí)用新型的立體示意圖。圖2為本實(shí)用新型正負(fù)極板卷成柱狀示意圖。圖3為本實(shí)用新型正負(fù)極板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型等效電路圖。其中I正極耳，2負(fù)極耳，3殼體，4正極板，5隔膜，6負(fù)極板，7由活性納米碳纖維和鈦酸鋇組成的混合物，8由活性納米碳纖維和納米碳管組成的混合物。
具體實(shí)施方式
圖I至圖4所示，為本實(shí)用新型一種納米碳纖維電容電池的具體實(shí)施方案，它包括殼體3、正極板4、負(fù)極板6、隔膜5，所述的正極板4表面粘接由活性納米碳纖維和鈦酸鋇組成的混合物7，負(fù)極板6表面粘接由活性納米碳纖維和納米碳管組成的混合物8，隔膜5設(shè)置在正極板4與負(fù)極板6之間，正極板4、隔膜5以及負(fù)極板6卷繞成柱狀后放置在殼體3內(nèi)，正極板4、隔膜5及負(fù)極板6之間具有使本實(shí)用新型成為大電容的小間距，殼體3內(nèi)充裝有電解液，殼體3上固定有與正極板4相連接的正極耳I以及與負(fù)極板6相連接的負(fù)極耳2。所述正極板4的主體為鋁板柵，負(fù)極板6的主體為銅板柵，活性納米碳纖維直徑為25_85nm,長(zhǎng)度為 200_300nm。所述的隔膜5由高絕緣強(qiáng)度的高分子無(wú)紡布制備。下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步進(jìn)行闡述，當(dāng)活性納米碳纖維直徑為20nm、長(zhǎng)度為290nm時(shí)，在同等條件下，充電時(shí)間縮短為過(guò)去的1/17，比能量高達(dá)過(guò)去的鉛蓄電池的8倍。當(dāng)活性納米碳纖維直徑為80nm、長(zhǎng)度為300nm時(shí)，在同等條件下，充電時(shí)間縮短為過(guò)去的1/10，比能量高達(dá)過(guò)去的鉛蓄電池的7倍。當(dāng)活性納米碳纖維直徑為60nm、長(zhǎng)度為200nm時(shí)，在同等條 件下，充電時(shí)間縮短為過(guò)去的1/20，比能量高達(dá)過(guò)去的鉛蓄電池的10倍。
權(quán)利要求1.一種納米碳纖維電容電池，包括殼體(3)、正極板(4)、負(fù)極板￠)、隔膜(5)，其特征是所述的隔膜(5)設(shè)置在正極板⑷與負(fù)極板(6)之間，正極板⑷、隔膜(5)以及負(fù)極板(6)卷繞成柱狀后放置在殼體(3)內(nèi)，殼體(3)內(nèi)充裝有電解液，殼體(3)上固定有與正極板(4)相連接的正極耳(I)以及與負(fù)極板(6)相連接的負(fù)極耳(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米碳纖維電容電池，其特征是所述正極板(4)的主體為鋁板柵，負(fù)極板出)的主體為銅板柵，活性納米碳纖維直徑為25-85nm，長(zhǎng)度為200-300nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的納米碳纖維電容電池，其特征是所述的正極板(4)、隔膜(5)及負(fù)極板(6)之間具有小間距。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米碳纖維電容電池，其特征是所述的隔膜(5)由高絕緣強(qiáng)度的高分子無(wú)紡布制備。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種納米碳纖維電容電池，包括殼體(3)、正極板(4)、負(fù)極板(6)、隔膜(5)，其特征是所述的隔膜(5)設(shè)置在正極板(4)與負(fù)極板(6)之間，正極板(4)、隔膜(5)以及負(fù)極板(6)卷繞成柱狀后放置在殼體(3)內(nèi)，殼體(3)內(nèi)充裝有電解液，殼體(3)上固定有與正極板(4)相連接的正極耳(1)以及與負(fù)極板(6)相連接的負(fù)極耳(2)。采用上述結(jié)構(gòu)后，具有可以大電流充放電、比能量高、容量大、重量輕、具有電容和蓄電池特性等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M2/16GK202423448SQ20112003597
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月1日
發(fā)明者蔣志堅(jiān) 申請(qǐng)人:蔣志堅(jiān)