應(yīng)用于準(zhǔn)法拉第超級(jí)電容器的復(fù)合基材及其制法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)能裝置，特別涉及一種應(yīng)用于準(zhǔn)法拉第超級(jí)電容器的復(fù)合基材及其制備方法，屬于能源科學(xué)及材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]一般來說，電容器主要是由兩個(gè)平行電極中間插有復(fù)合介質(zhì)層所形成的電器元件。因此電容器的容量與電極面積成正比，與電極間絕緣距離成反比，與電極間復(fù)合介質(zhì)層的介電常數(shù)成正比。為了使電容器容量的提升，人們一直在通過不斷致力于提高電極的表面積、減小兩電極間絕緣介質(zhì)的厚度和提高絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)來實(shí)現(xiàn)電容量的提高。
[0003]超級(jí)電容，作為電容器中的一種，又稱超大容量電容、黃金電容、法拉電容、雙層電容、儲(chǔ)能電容，是依靠極化電解質(zhì)來儲(chǔ)能的一種新型的電化學(xué)裝置。超級(jí)電容器作為一種新型儲(chǔ)能裝置，具有顯著的特點(diǎn)和優(yōu)勢，在某些領(lǐng)域正在逐步替代傳統(tǒng)蓄電池，在高度重視節(jié)能環(huán)保的今天，正在被全世界所高度重視。
[0004]現(xiàn)有超級(jí)電容都是在電解電容的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。傳統(tǒng)電解電容以兩個(gè)鋁箔作為極板，鋁箔表面經(jīng)過特殊處理，形成多微孔和表面凹凸使極板表面積最大化，中間有隔膜作為絕緣介質(zhì)，同時(shí)在隔膜內(nèi)吸附有電解液以提高介電常數(shù)。超級(jí)電容的基本結(jié)構(gòu)也與電解電容有相似之處，也有兩個(gè)極板，中間有隔膜和電解液，只是極板主要是用微顆粒碳粉制作，籍以實(shí)現(xiàn)極板的表面積最大化，它的電容主要由碳粉固相與電解液液相界面上形成的雙電層上實(shí)現(xiàn)，因此具有理論上最大的表面積和最小的電極距離來實(shí)現(xiàn)超大容量電容目的。
[0005]現(xiàn)有超級(jí)電容按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分主要有碳、碳電極的雙電層電容；金屬氧化物電極的贗電容；一極采用碳電極，另一極采用金屬氧化物的混合電容。按電解液來分:主要有水性電解液、有機(jī)電解液和膠體電解液。按形式分主要有:扣式、卷繞式、疊層式。
[0006]但是前述的現(xiàn)有超級(jí)電容均屬于電化學(xué)范疇，在生產(chǎn)使用過程中均有不同程度的環(huán)境影響，并且它的容量盡管達(dá)到了法拉級(jí)，但是其儲(chǔ)能僅為傳統(tǒng)蓄電池的1/20-1/10，因此還難以取代傳統(tǒng)蓄電池，尤其是鋰電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的主要目的在于提供一種應(yīng)用于準(zhǔn)法拉第超級(jí)電容器的復(fù)合基材，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0008]為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明的一實(shí)施例中提供了一種應(yīng)用于準(zhǔn)法拉第超級(jí)電容器的復(fù)合基材，其包括導(dǎo)電載體以及固定結(jié)合于導(dǎo)電載體表面的復(fù)合介質(zhì)層，所述復(fù)合介質(zhì)層主要由巨介電常數(shù)陶瓷粉體材料、包覆于巨介電常數(shù)陶瓷粉體材料表面的絕緣包覆層、粘結(jié)劑組成，所述巨介電常數(shù)陶瓷粉體材料的相對(duì)介電常數(shù)在10000以上。
[0009]作為較為優(yōu)選的實(shí)施方案之一，所述導(dǎo)電載體包括薄片狀導(dǎo)電材料，例如鋁箔等金屬箔，其厚度可以為3 μπι?16 μπι。
[0010]作為較為優(yōu)選的實(shí)施方案之一，所述巨介電常數(shù)陶瓷粉體材料的粒徑小于300nm，尤其優(yōu)選為10nm以上。
[0011]作為較為優(yōu)選的實(shí)施方案之一，所述絕緣包覆層的厚度小于10nm，尤其優(yōu)選為Inm ?10nm，例如 10nm。
[0012]作為較為優(yōu)選的實(shí)施方案之一，所述絕緣包覆層的耐電強(qiáng)度在100V/ μπι以上。
[0013]作為較為優(yōu)選的實(shí)施方案之一，所述復(fù)合介質(zhì)層的厚度為3 μπι?20 μπι，尤其優(yōu)選為3 μ m?1ym0
[0014]作為較為優(yōu)選的實(shí)施方案之一，所述復(fù)合基材的厚度為3 μπι?26 μm，尤其優(yōu)選為 6 μ m ?16 μ m0
[0015]進(jìn)一步的，所述粘結(jié)劑可優(yōu)選自但不限于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。
[0016]本發(fā)明的另一實(shí)施例中提供了一種制作所述應(yīng)用于準(zhǔn)法拉第超級(jí)電容器的復(fù)合基材的方法，其包括:
[0017]提供相對(duì)介電常數(shù)在10000以上的巨介電常數(shù)陶瓷粉體材料，并在所述巨介電常數(shù)陶瓷粉體材料包覆絕緣包覆層；
[0018]以及，至少將表面包覆有絕緣包覆層的巨介電常數(shù)陶瓷粉體材料與粘結(jié)劑均勻混合并涂布到載體表面形成復(fù)合介質(zhì)層，并通過輥軋使所述復(fù)合介質(zhì)層與載體結(jié)合形成所述復(fù)合基材。
[0019]本發(fā)明還提供了一種準(zhǔn)法拉第超級(jí)電容器，其包含前述的任一種復(fù)合基材。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括:該應(yīng)用于準(zhǔn)法拉第超級(jí)電容器的復(fù)合基材在應(yīng)用于制備超級(jí)電容時(shí)，具有易于加工的優(yōu)點(diǎn)，并且所制成的準(zhǔn)法拉第超級(jí)電容器既具有傳統(tǒng)簿膜電容器的特性，又具有超大容量電容(超級(jí)電容)的特性，且沒有電解液，在生產(chǎn)和使用、廢棄過程中不存在污染排放；容量是現(xiàn)有電化學(xué)超級(jí)電容器的至少三倍以上；儲(chǔ)能密度，比特性相當(dāng)于甚至優(yōu)于現(xiàn)有高儲(chǔ)能鋰電池；無正負(fù)極極性；可快充快放；充放電循環(huán)壽命長(可達(dá)到100萬次左右);基本沒有容量衰減現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0021]圖1a是本發(fā)明一典型實(shí)施例中一種應(yīng)用于準(zhǔn)法拉第超級(jí)電容器的復(fù)合基材的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖1b是圖1a中表面包覆有絕緣包覆層的巨介電常數(shù)陶瓷粉體材料的放大示意圖；
[0023]圖2是圖1所示應(yīng)用于準(zhǔn)法拉第超級(jí)電容器的復(fù)合基材的制備工藝流程圖；
[0024]圖3是本發(fā)明一典型實(shí)施例之中一種準(zhǔn)法拉第超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]附圖標(biāo)記說明:巨介電常數(shù)陶瓷粉體材料1，絕緣包覆層2、粘結(jié)劑3、導(dǎo)電載體4、復(fù)合介質(zhì)層10、引出電極20、外殼30。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為使本發(fā)明的技術(shù)方案更易于理解，如下結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體的解釋說明。
[0027]請(qǐng)參閱圖1a-圖1b所示，本發(fā)明的一典型實(shí)施實(shí)例所提供的一種應(yīng)用于準(zhǔn)法拉第超級(jí)電容器的復(fù)合基材包括導(dǎo)電載體4以及固定結(jié)合于導(dǎo)電載體表面的復(fù)合介質(zhì)層10，所述復(fù)合介質(zhì)層主要由巨介電常數(shù)陶瓷粉體材料1、包覆于巨介電常數(shù)陶瓷粉體材料表面的絕緣包覆層2、粘結(jié)劑3組成。
[0028]優(yōu)選的，所述巨介電常數(shù)陶瓷粉體材料的相對(duì)介電常數(shù)在10000以上，尤其優(yōu)選在30000以上。
[0029]其中，所述導(dǎo)電載體可采用鋁箔，其厚度可以優(yōu)選為3 μ m?10 μ m。
[0030]較為優(yōu)選的，所述巨介電常數(shù)陶瓷粉體材料的粒徑小于30nm。
[0031]較為優(yōu)選的，所述絕緣包覆層的厚度小于10nm。
[0032]較為優(yōu)選的，所述絕緣包覆層的耐電強(qiáng)度在10V/ μπι以上。
[0033]進(jìn)一步的，所述復(fù)合介質(zhì)層的厚度為3 μπι?20 μm，尤其優(yōu)選為3 μπι?10 μπι。
[0034]進(jìn)一步的，所述復(fù)合基材的厚度為6 μπι?36 μm，尤其優(yōu)選為6 μπι?16 μπι。
[0035]進(jìn)一步的，所述粘結(jié)劑可優(yōu)選但不限于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯等聚合物。