一種多孔碳作為陰極材料的電解-電化學(xué)混合電容器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電解電容器和電化學(xué)電容器電子元器件領(lǐng)域,具體涉及一種多孔碳作為陰極材料的電解-電化學(xué)混合電容器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]
電化學(xué)電容器低的工作電壓導(dǎo)致了其能量密度很低。低電壓運行不論從電化學(xué)電容器的電化學(xué)性能還是從安全性能以及成本來考慮都是不理想的。因此,大幅度提高單體電壓是電化學(xué)電容器在儲能和動力領(lǐng)域發(fā)揮作用的當(dāng)務(wù)之急。電解電容器具有高工作電壓、超高的充放電速率、高功率密度、長壽命以及制備工藝簡單等優(yōu)點,而儲存能量還遠遠不能滿足大規(guī)模儲能的要求,且較低的單體容量限制了其在電子儲能元件行業(yè)中的應(yīng)用范圍。
[0003]Evans設(shè)計的Ta/Ta205 || Ru02/Ta型電解-電化學(xué)混合電容器兼顧電解電容器高電壓和電化學(xué)電容器高容量的優(yōu)點,其陽極Ta/Ta205為一電解電容器,陰極是Ta/Ru02為一電化學(xué)電容器。以Ta/Ta205作為陽極雖然可以獲得較高的比容量,但Ta2O5為顆粒狀材料,Ta/Ta205則為燒結(jié)式的電極材料且通過鉭金屬氧化而得,其僅適用于疊片式小型電容器,因此即使Ta/Ta205電極的比容量高,但表面積不可能做得很大,因而整個陽極的電容并不高,導(dǎo)致單體混合電容器的容量也同樣不高。由C二 f W知,要增加陽極的電容,可采取增加陽極表面積^的措施。陰極材料RuO2為固體粉末,其電極制備工藝繁瑣,還存在成本高和環(huán)境污染的缺點,故不適合作為大規(guī)模使用的儲能材料,而電化學(xué)電容器多孔碳電極材料不失為一種優(yōu)良的選擇。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]
針對上述混合電容器的生產(chǎn)狀況和問題,本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多孔碳作為陰極材料的電解-電化學(xué)混合電容器及其制備方法。
[0005]本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
一種多孔碳作為陰極材料的卷繞型軟包裝的高電壓大容量電解-電化學(xué)混合電容器,由卷芯、電解液和外殼組成,所述的卷芯為由里到外的陽極片/電解紙/陰極片/電解紙四層卷繞形成的一種圓柱狀結(jié)構(gòu);
所述的電解液為水系電解液、有機系電解液或離子液體的一種;
所述的外殼為鋁質(zhì)圓筒狀。
[0006]所述混合電容器以鋁電解電容器用陽極箔作為陽極,以一種導(dǎo)電箔材基體負載電化學(xué)電容器用多孔碳電極材料作為陰極。陽極為一電解電容器,擁有超高電壓;陰極為一電化學(xué)電容器,具有較高的容量。陽極和陰極均具備卷繞條件,故由兩層或多層電解紙和陰陽極片以卷繞的方式制備而成。
[0007]上述一種多孔碳作為陰極材料的卷繞型軟包裝的高電壓大容量電解-電化學(xué)混合電容器的制備方法,包括以下步驟:
(I)制漿:將電化學(xué)電容器多孔碳電極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按一定質(zhì)量比加入盛有相關(guān)溶劑的容器充分混合分散,形成陰極漿料;
所述的多孔碳電極材料、粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑按(80~90%): (5-10%): (5-10%)的質(zhì)量比混合分散形成;
所述的多孔碳電極材料為活性炭、碳氣凝膠、碳化物衍生炭、介孔碳材料、碳納米管、石墨稀等多孔碳材料中的一種或幾種;
所述的粘結(jié)劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚偏氟乙烯(PVDF)粉體、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉體、聚四氟乙烯(PTFE)粉體或乳液等分子量在100萬到1000萬的高分子聚合物中的一種;
所述的導(dǎo)電劑為導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電乙炔黑等導(dǎo)電碳材料中的一種或幾種;
所述的溶劑為水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)等無機或有機溶劑中的一種或幾種;
所述的漿料的混合分散方法為超聲或機械攪拌的一種或兩種聯(lián)用。
[0008](2)負載漿料:將(I)制備的多孔碳電極材料復(fù)合漿料負載于陰極導(dǎo)電箔材基體正反兩面上,在80-120°C烘干3-8h,即形成陰極片;
所述的負載方法為涂覆或沉積;
所述的陰極導(dǎo)電箔材基體為鋁箔或鋁電解電容器陰極箔;
所述的漿體負載雙面面密度控制在5-lOmg/cm2。
[0009](3)裁片:用分切機將(2)制成的陰極片和鋁電解電容器陽極箔裁切成一定的規(guī)格,將裁切好的極片放入鼓風(fēng)干燥烘箱中干燥l_2h ;
(4)焊接導(dǎo)箔條:將導(dǎo)箔條焊接在陰陽極極片上。
[0010]所述導(dǎo)箔條為鋁質(zhì)細條狀;
所述的導(dǎo)箔焊接工藝為冷壓焊接或超聲焊接的一種。
[0011](5)卷繞:將準(zhǔn)備好的陰陽極極片和電解紙,按照陽極片、電解紙、陰極片、電解紙的順序上下排列疊放,然后在卷繞機上進行卷繞,制成圓柱狀卷芯;
(6)含浸與封裝:將(5)制成的卷芯置于60-80°C恒溫干燥箱烘烤l_3h ;烘烤結(jié)束后,迅速轉(zhuǎn)移到含浸缸中,密封抽真空20-60min,注入電解液,再次抽真空30_40min,然后加壓1.2-1.5MPa,保壓20_30min,循環(huán)抽真空-加壓過程3_5次;最后拿出卷芯,甩掉多余電解液,立即鉚接上蓋板,迅速裝入外殼并封口。
[0012]所述的蓋板形式為牛角型或螺栓型中的一種。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點為:本發(fā)明提供的一種新穎的高電壓大容量電解-電化學(xué)混合電容器,以鋁電解電容器用陽極箔作為陽極;以一種導(dǎo)電箔材基體負載電化學(xué)電容器用多孔碳電極材料作為陰極。陽極為一電解電容器,擁有超高電壓;陰極為一電化學(xué)電容器,具有較高的容量。陽極和陰極均具備卷繞條件,故以卷繞的方式制備混合電容器,可增大陰陽極有效接觸面積。因此,這種電解電化學(xué)混合電容器同時具有超高電壓和較大的單體容量的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明電解-電化學(xué)混合電容器剖面圖;
其中:1 一招殼;2—蓋板;3—卷芯;
圖2為本發(fā)明電解-電化學(xué)混合電容器卷芯結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]其中:4一招電解電容器陽極箔;5—負載有多孔碳材料的陰極片;6 —電解紙;7—陽極導(dǎo)箔條;8—陰極導(dǎo)箔條;3—卷芯。
【具體實施方式】
[0016]下面以具體實施例對本發(fā)明作進一步說明,這些實施例僅用于解釋本發(fā)明,并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。
[0017]實施例1
(O制漿:將電化學(xué)電容器活性炭(AC)電極材料、導(dǎo)電劑(SP)和粘結(jié)劑(CMC)按83:10:7的質(zhì)量比加入盛有水的容器,利用高速攪拌機充分混合分散,形成陰極漿料;
(2)負載漿料:將活性炭復(fù)合漿料在6mg/cm2的雙面面密度下涂覆于鋁箔正反兩面上,在90°C烘干6h,即形成負載有多孔碳材料的陰極片5 ;
(3)裁片:用分切機將鋁電解電容器陽極箔4裁切成1050mmX24mm的規(guī)格,將(I)制成的陰極片裁切成IlOOmmX24mm的規(guī)格,再將裁切好的極片放入鼓風(fēng)干燥烘箱中干燥Ih ;
(4)焊接導(dǎo)箔條:將45_長的鋁質(zhì)陽極導(dǎo)箔條7和陰極導(dǎo)箔條8分別冷壓焊接在陽極極片和陰極極片距一端650mm的位置;
(5)卷繞:按照圖2將準(zhǔn)備好的陰陽極極片和電解紙6,按照陽極片、電解紙、陰極片、電解紙的順序上下排列,然后在卷繞機上進行卷繞,制成圓柱狀卷芯3 ;
(6)含浸與封裝:將(5)制成的卷芯3置于65°C恒溫干燥箱烘烤2h;然后迅速轉(zhuǎn)移到含浸缸中,密封抽真空30min,注入電解液,再次抽真空35min,然后加壓1.2MPa,保壓25min,循環(huán)抽真空-加壓過程3次;最后拿出卷芯3,甩掉多余電解液,立即鉚接牛角型蓋板2,迅速裝入0 25mmXL35mm鋁殼I并封口。
[0018]上述實施例因選擇不同耐壓值的陽極箔,使制得的混合電容器電壓可高達幾十伏甚至數(shù)百伏。同時陰極活性炭(AC)電極材料引入使陰極容量顯著