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一種高比能量超級(jí)電容器負(fù)極片及其制備方法

文檔序號(hào):9351357閱讀:556來源:國(guó)知局
一種高比能量超級(jí)電容器負(fù)極片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)電源領(lǐng)域,涉及一種化學(xué)電源產(chǎn)品,具體涉及一種高比能量超級(jí)電容器負(fù)極片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及一種新興的化學(xué)電源一一超級(jí)電容器。超級(jí)電容器,又稱電化學(xué)電容器,是近年來得到迅速發(fā)展的一種新型儲(chǔ)能器件。超級(jí)電容器通過電極表面發(fā)生快速、可逆的電荷吸附/脫附過程或電化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行能量的儲(chǔ)存和釋放,其能量密度是傳統(tǒng)的靜電電容器的10?100倍,功率密度是電池的10?100倍。超級(jí)電容器以其特有的性能優(yōu)勢(shì),特別適用于短時(shí)間高功率輸出場(chǎng)合,如機(jī)車啟動(dòng)、UPS、能量回收、激光武器、電磁炮等領(lǐng)域。
[0003]目前,現(xiàn)有技術(shù)的超級(jí)電容器主要采用兩種技術(shù)方案:第一種是雙電層電容器,這類超級(jí)電容器正負(fù)極材料均采用炭材料(活性炭、碳?xì)饽z等),由于不涉及到電化學(xué)反應(yīng)過程,因此這類超級(jí)電容器的比功率很高,可以達(dá)到5000W/kg以上,但其比能量只有3~5Wh/kg;另一種是準(zhǔn)電容超級(jí)電容器,這類超級(jí)電容器主要采用各類金屬氧化物(N1、MnO2, RuO2)或金屬氮化物(MoNx)等作為活性材料,這類超級(jí)電容器的比能量可達(dá)8~10Wh/kg,但其比功率一般低于雙電層電容器。
[0004]中國(guó)專利201010239537.5中提出了一種高倍率超級(jí)電容器,其負(fù)極片漿料中的活性物質(zhì)是活性炭,導(dǎo)電材料為導(dǎo)電炭材料,其比例為:活性炭100,導(dǎo)電炭材料0.2-20, BP活性炭占碳材料的比例為83.3%~99.8%,同時(shí)未提及活性炭材料的物理特性參數(shù)。
[0005]無論是雙電層電容器還是準(zhǔn)電容超級(jí)電容器,其比能量一般都在10Wh/kg以下,因此難以滿足某些場(chǎng)合的使用需求,例如:星上霍爾電推進(jìn)系統(tǒng),其要求電源的供電功率較大,同時(shí)對(duì)電源的放電時(shí)間重量均有要求。當(dāng)采用傳統(tǒng)的雙電層電容器或準(zhǔn)電容超級(jí)電容器時(shí),其存在重量較大的缺點(diǎn),難以滿足使用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的超級(jí)電容器比能量較低的問題,提供一種高比能量超級(jí)電容器負(fù)極片,利用該負(fù)極片制備的超級(jí)電容器,不但能夠達(dá)到星上霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)對(duì)超級(jí)電容器的功率要求,而且相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的超級(jí)電容器,能夠很大程度的提高其比能量,很好的滿足其對(duì)超級(jí)電容器的供電時(shí)間及壽命需求。
[0007]為達(dá)到上述目的,本發(fā)明提供了一種高比能量超級(jí)電容器負(fù)極片,包括:活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體,其中,該負(fù)極片的活性物質(zhì)選擇碳材料,所述的碳材料由活性炭、天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、硬碳、軟碳中的任意一種或幾種組成。
[0008]上述的負(fù)極片,其中,所述的活性物質(zhì)中活性炭的比例為5%?50%。
[0009]上述的負(fù)極片,其中,所述的活性炭的比表面積為300?3000m2/g,優(yōu)選為1000?2000m2/go
[0010]上述的負(fù)極片,其中,所述的活性炭的粒徑為5?50 μm,優(yōu)選為5?20 μm。
[0011 ] 上述的負(fù)極片,其中,所述的集流體為銅箔。
[0012]上述的負(fù)極片,其中,所述銅箔的厚度為5~20μπι,優(yōu)選為10~15μπι。
[0013]本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述的高比能量超級(jí)電容器負(fù)極片的制備方法,該步驟包含:
步驟I,將粘結(jié)劑置于溶劑中,充分?jǐn)嚢柚敝寥芙饩鶆颍?br> 步驟2,將導(dǎo)電劑倒入粘結(jié)劑溶液中,充分?jǐn)嚢瑁?br> 步驟3,將活性物質(zhì)粉末倒入上述步驟2的溶液中,充分?jǐn)嚢柚钡叫纬删鶆虻臐{料; 步驟4,將漿料均勻的涂布在集流體上,待干燥后,壓制形成電極片。
[0014]本發(fā)明由于采用的活性炭占碳材料的比例為5~50%,因此可充分發(fā)揮其他負(fù)極材料的克容量?jī)?yōu)勢(shì),進(jìn)而大幅度地提高了超級(jí)電容器的比能量,同時(shí)由于采用了高比表面積的活性炭材料,因此仍可保持超級(jí)電容器功率特性好、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
綜上所述,本發(fā)明提供的高比能量超級(jí)電容器負(fù)極片,解決了傳統(tǒng)超級(jí)電容器比能量較低的問題;采用本發(fā)明的負(fù)極片制備的超級(jí)電容器,比能量高、比功率大、循環(huán)壽命長(zhǎng),能用于為星上霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)供電的超級(jí)電容器。
【附圖說明】
[0015]圖1為采用本發(fā)明實(shí)施例1的負(fù)極片制作的超級(jí)電容器的恒流充放電曲線。
[0016]圖2為采用本發(fā)明實(shí)施例1的負(fù)極片制作的超級(jí)電容器的循環(huán)壽命曲線。
[0017]圖3為采用本發(fā)明實(shí)施例2的負(fù)極片制作的超級(jí)電容器的恒流充放電曲線。
[0018]圖4為采用本發(fā)明實(shí)施例2的負(fù)極片制作的超級(jí)電容器的循環(huán)壽命曲線。
[0019]圖5為采用本發(fā)明實(shí)施例3的負(fù)極片制作的超級(jí)電容器的恒流充放電曲線。
[0020]圖6為采用本發(fā)明實(shí)施例3的負(fù)極片制作的超級(jí)電容器的循環(huán)壽命曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0022]本發(fā)明的高比能量超級(jí)電容器負(fù)極片由活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體構(gòu)成。其中,導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑采用超級(jí)電容器用常規(guī)導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑。該負(fù)極片的活性物質(zhì)由活性炭、天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、硬碳、軟碳等其中的一種或幾種組成?;钚蕴勘缺砻娣e為1000?2000m2/g,粒徑為5?20 μ m。集流體為銅箔,銅箔的厚度為10?15 μ mD
[0023]本發(fā)明的超級(jí)電容器負(fù)極片中導(dǎo)電劑占1_3%,粘結(jié)劑占1-5%,活性物質(zhì)占92-98%,以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)。
[0024]實(shí)施例1
步驟I,將粘結(jié)劑置于溶劑中,充分?jǐn)嚢柚敝寥芙饩鶆颍?br> 步驟2,將導(dǎo)電劑倒入粘結(jié)劑溶液中,充分?jǐn)嚢瑁?br> 步驟3,將活性物質(zhì)粉末倒入上述步驟2的溶液中,充分?jǐn)嚢柚钡叫纬删鶆虻臐{料;該活性物質(zhì)為活性炭與天然石墨、中間相炭微球的混合物,其中,活性炭的用量以活性物質(zhì)的質(zhì)量百分含量計(jì)為5%,比表面積為1000~2000m2/g,粒徑為5~20 μπι,天然石墨與中間相炭微球的質(zhì)量比例為1:1;
步驟4,將漿料均勻的涂布在集流體上,待干燥后,壓制形成電極片,即為本發(fā)明的高比能量超級(jí)電容器負(fù)極片
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