專利名稱：一種超級電容及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超級電容及其制作方法，尤其涉及一種運用固態(tài)高分子電解質與改良式碳質電極所制作而成的全固態(tài)超級電容及其制作方法。
背景技術：
所謂超級電容通常是指目前的主流商品電雙層電容(Electric Double Layer Capacitor或EDLC),如

圖1所示,主要零件包括電極、液態(tài)或膠態(tài)電解質、及隔離膜等，其工作原理是通過電極表面電雙層的電荷吸附效應，以達快速充放電的功用。超級電容的儲電量高達I法拉 數(shù)千法拉(I IO3F)或更高值，其充放電的功率比蓄電池(鋰電池或鉛酸電池)高出甚多，瞬間輸出電流極大，但總儲電量不及蓄電池，其最大市場是電子產業(yè)、其次為能源/綠能、再其次是交通產業(yè)。商用超級電容發(fā)展成功至今雖近30年，但早期價格昂貴、 用量少，近10年則因性能提升，價格降低，應用面急速擴增，現(xiàn)今應是國內研發(fā)并生產超級電容的極佳時機。然而，傳統(tǒng)超級電容有電極的電阻高、電解質為液態(tài)或膠態(tài)、及制程復雜等缺點亟待改進，如表一所示。
表一、傳統(tǒng)超級電容的缺點
權利要求
1.一種超級電容，其特征在于，包括 一固態(tài)高分子電解質； 一改良式碳質電極，改良式碳質電極設置于固態(tài)高分子電解質的兩側； 一活性物質，其中活性物質以三維方式分布于改良的碳質電極中；以及 一引腳，引腳與改良式碳質電極的至少一部分連結。
2.根據(jù)權利要求1所述的超級電容，其特征在于，所述改良式碳質電極為涂布活性物質的一導電性碳質基材，導電性碳質基材為碳布、碳租、碳紙、碳纖維、碳顆粒、或碳粉末。
3.根據(jù)權利要求2所述的超級電容，其特征在于，所述導電性碳質基材的片電阻低于200 Ω /sq、密度大于1. 6g/cm3、含碳量大于65wt%。
4.根據(jù)權利要求2所述的超級電容，其特征在于，所述導電性碳質基材的比表面積介于20至2000m2/g之間。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的超級電容，其特征在于，所述活性物質以三維方式分布于導電性碳質基材的表面及孔隙內。
6.根據(jù)權利要求5所述的超級電容，其特征在于，所述活性物質以漿料型態(tài)利用包括涂刷、刮刀成型、綱印、噴涂、浸滲、及其組合的方式，分布于導電性碳質基材的表面及孔隙內。
7.根據(jù)權利要求5所述的超級電容，其特征在于，分布于導電性碳質基材的活性物質，以烘烤的方式使活性物質固化。
8.根據(jù)權利要求7所述的超級電容，其中烘烤的溫度介于攝氏60至400度之間。
9.根據(jù)權利要求1所述的超級電容，其特征在于，所述活性物質包括一主成分、一導電助劑、以及一黏結劑。
10.根據(jù)權利要求9所述的超級電容，其特征在于，所述導電助劑為碳黑、石墨烯、或奈 米碳管。
11.根據(jù)權利要求9所述的超級電容，其特征在于，所述主成分為活性碳粉，且其比表面積介于20-2000m2/g之間。
12.根據(jù)權利要求9所述的超級電容，其特征在于，所述主成分包括聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、聚伸苯基乙烯化合物、聚醚酮酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚二氧乙烯噻吩、聚苯胺、聚吡咯、磺酸聚氟碳化物或聚二氟乙烯；所述主成分為聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、聚伸苯基乙烯化合物、聚醚酮酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚二氧乙烯噻吩、聚苯胺、聚吡咯、磺酸聚氟碳化物和聚二氟乙烯的混合物。
13.根據(jù)權利要求9所述的超級電容，其特征在于，所述主成分包括金屬氧化物粉體二氧化釕、二氧化鈦、二氧化錳、氧化鋅、氧化鎳或二氧化銥；所述主成分為金屬氧化物粉體二氧化釕、二氧化鈦、二氧化錳、氧化鋅、氧化鎳和二氧化銥的混合物。
14.根據(jù)權利要求9所述的超級電容，其特征在于，所述黏結劑包括聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、聚伸苯基乙烯化合物、聚醚酮酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚二氧乙烯噻吩、聚苯胺、聚吡咯、磺酸聚氟碳化物或聚二氟乙烯；所述黏結劑為聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、聚伸苯基乙烯化合物、聚醚酮酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚二氧乙烯噻吩、聚苯胺、聚吡咯、磺酸聚氟碳化物和聚二氟乙烯的混合物。
15.根據(jù)權利要求1所述的超級電容，其特征在于，所述固態(tài)高分子電解質為離子導電性高分子，或離子導電性高分子與離子化合物的混合物。
16.根據(jù)權利要求15所述的超級電容，其特征在于，所述離子導電性高分子包括聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、聚伸苯基乙烯化合物、聚醚酮酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚二氧乙烯噻吩、聚苯胺、聚吡咯、磺酸聚氟碳化物或聚二氟乙烯；所述離子導電性高分子為聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、聚伸苯基乙烯化合物、聚醚酮酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚二氧乙烯噻吩、聚苯胺、聚吡咯、磺酸聚氟碳化物和聚二氟乙烯的混合物。
17.根據(jù)權利要求15所述的超級電容，其特征在于，所述離子化合物包括氫氧化鋰、硝酸鋰或三氧化硫三氟甲基鋰；所述離子化合物為氫氧化鋰、硝酸鋰和三氧化硫三氟甲基鋰的混合物。
18.根據(jù)權利要求1所述的超級電容，其特征在于，所述固態(tài)高分子電解質的厚度介于O.5至50 μ m之間。
19.根據(jù)權利要求1所述的超級電容，其特征在于，所述改良式碳質電極由導電性碳質基材經二維、三維、高于三維的編織方法、針軋方法、抄紙方法、及其組合的方式制作而成。
20.根據(jù)權利要求2所述的超級電容，其特征在于，所述碳纖維的電阻率低于5 X 10 2 Ω -cm、密度大于1. 6g/cm3、含碳量大于65wt%。
21.一種超級電容的制作方法，其特征在于，包括以下步驟 制備一離子導電性高分子物質； 將離子導電性高分子物質溶于一有機溶劑，以形成一離子導電性高分子物質溶液； 將離子導電性高分子物質溶液涂布于一光滑基板，經過烘烤后可撕取一固態(tài)高分子電解質； 另外將一高分子黏結劑與一導電助劑、一活性物質主成分混合以形成一活性物質溶液； 將活性物質溶液涂布于一導電性碳質基材； 將涂布活性物質溶液的導電性碳質基材進行烘烤處理，以得到一改良式碳質電極； 將固態(tài)高分子電解質與兩片改良式碳質電極壓合成型以得到一超級電容；以及 在兩片改良式碳質電極上各設置一弓I腳。
22.根據(jù)權利要求21所述的超級電容的制作方法，其特征在于，所述導電性碳質基材為碳布、碳租、碳紙、碳纖維、碳顆粒、或碳粉末。
23.根據(jù)權利要求21所述的超級電容的制作方法，其特征在于，制備離子導電性高分子物質的材料包括聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、聚伸苯基乙烯化合物、聚醚酮酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚二氧乙烯噻吩、聚苯胺、聚吡咯、磺酸聚氟碳化物或聚二氟乙烯；制備離子導電性高分子物質的材料為聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、聚伸苯基乙烯化合物、聚醚酮酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚二氧乙烯噻吩、聚苯胺、聚吡咯、磺酸聚氟碳化物和聚二氟乙烯的混合物。
24.根據(jù)權利要求21所述的超級電容的制作方法，其特征在于，步驟V所述的涂布包括使用涂刷、刮刀成型、綱印、噴涂或浸滲；所述的涂布為涂刷、刮刀成型、綱印、噴涂和浸滲組合的方式。
25.根據(jù)權利要求21所述的超級電容的制作方法，其特征在于，步驟vi所述的改良式碳質電極由導電性碳質基材經二維、三維、高于三維的編織方法、針軋方法、抄紙方法、及其組合 的方式制作而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超級電容及其制作方法，尤指一種運用固態(tài)高分子電解質與改良式碳質電極所制作而成的全固態(tài)超級電容及其制作方法。本發(fā)明將導電性碳質基材經涂布活性物質等制程，以得到改良式碳質電極，并且將改良式碳質電極與固態(tài)高分子電解質壓合成一三明治的結構，其性能可優(yōu)于使用傳統(tǒng)電極且使用液態(tài)或膠態(tài)電解質的超級電容。此外，改良式碳質電極因具高導電性，故可免用集電板。又因采用全固態(tài)高分子電解質的設計，故此超級電容深具抗燃、防止環(huán)境污染等工安環(huán)保效益。
文檔編號H01G11/34GK103035416SQ20121035345
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權日2011年10月4日
發(fā)明者邱國峰, 陳士堃, 柯澤豪 申請人:逢甲大學