[发明专利]一种混合型聚合物超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容器，特别是公开一种混合型聚合物超级电容器，属于电容器技术领域。

背景技术

超级电容器是介于传统电容器与电池之间的一种新型电化学储能器件，它相比传统电容器有着更高的静电容量，能达千法拉至万法拉级；相比电池有着更高的功率密度和超长的循环寿命，因此它结合了传统电容器与电池的优点，是一种应用前景广阔的化学电源。它具有比容量高、功率大、寿命长、工作温限宽、免维护等特点。超级电容器主要是利用电极/电解质界面电荷分离所形成的双电层，或借助电极表面快速的氧化还原反应所产生的法拉第“准电容”来实现电荷和能量的储存的。目前，为了提高超级电容器的能量密度，一般采用混合型的结构设计，即超级电容器的一极采用电池的非极化电极(如氢氧化镍)，另一极采用双电层电容器的极化电极(如活性炭)，这种混合型超级电容器能量密度能达到12～15Wh/Kg。

超级电容器按电解质分可分为水系电解质、有机电解质、聚合物电解质三种超级电容器。水系电解质超级电容器由于受水的分解电压的限制，其工作电压在1V左右，使得其能量密度较低；而有机电解质超级电容器虽然工作电压可以达到4V以上，但存在电解液泄漏的问题；聚合物电解质超级电容器不仅工作电压较高，而且安全、无泄漏，便于超级电容器朝微型、超薄型、异型方向发展。使用在超级电容器上的聚合物电解质有固体聚合物电解质和凝胶聚合物电解质两种，而固体聚合物电解质室温电导率低，实用性差，所以，一般应用在超级电容器的为凝胶型聚合物电解质。

发明内容

本发明的目的是超级电容器极片材料结构：正极片与负极片材料不一样，公开一种混合型聚合物超级电容器，使本发明产品具有高功率、高能量、循环寿命长、无环境污染、高安全性等优点。

本发明综合了混合型超级电容器和聚合物超级电容器的各自优势，一方面提高了超级电容器的能量密度，另一方面解决了超级电容器电解液泄漏、气胀等安全问题，使其能更好地应用在车辆制造业、电力行业、电源行业、通讯行业、军事航天工业等行业。

本发明是这样实现的：一种混合型聚合物超级电容器，包括正极片、负极片及介于正、负极片之间的聚合物电解质膜，所述正极片的材料组份包括石墨、导电炭黑和聚偏氟乙烯，所述负极片的材料组份包括活性炭或介孔炭或纳米炭管或炭气凝胶、导电炭黑和聚偏氟乙烯，其特征在于：正极片组份还包括锂离子嵌入化合物，所述的锂离子嵌入化合物在LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiFePO₄、LiNi_0.8Co_0.2O₂或LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂中选取一种或几种，也可以采用对上述嵌入化合物进行金属元素的掺杂所得到的材料中的一种或几种，掺杂的元素为：Li、Co、Ni、Mn、Fe、Cu、Al、Mg和Zn中的一种或几种；所述的聚合物电解质膜采用含有锂盐的凝胶型聚合物的电解质膜，该聚合物电解质膜制作所用的浆料组份为聚丙烯腈或聚氧乙烯或聚偏氟乙烯、锂盐和增塑剂。

本发明中，正极片的制作步骤为：按照一定的质量比称取LiMn₂O₄或其它锂离子嵌入化合物、石墨粉、导电炭黑、PVDF(聚偏氟乙烯)、NMP(1-甲基-2-吡咯烷酮)混合后，搅拌至膏状，然后涂布在铝箔上，经真空烘干(120～130℃)、碾压后，裁成一定的尺寸。负极片的制作步骤为：按照一定的质量比称取活性炭或其它炭材料、导电炭黑、PVDF(聚偏氟乙烯)、NMP(1-甲基-2-吡咯烷酮)混合后，搅拌至膏状，然后涂布在铜箔上，经真空烘干(120～130℃)、碾压后，裁成一定的尺寸。

本发明中，聚合物电解质膜的制作步骤为(以聚氧乙烯膜为例)：首先将聚合物(PEO)和锂盐(LiClO₄)分别溶解在40～50℃的质量比为1∶1的EC-PC的混合溶液中，待溶解完全后将两种溶液混合，在70～80℃搅拌成均匀的胶体，然后倒在两块玻璃板之间形成薄层，再在减压下情况下于120℃加热除去有机溶剂，便可得到柔韧的固体薄膜，然后裁成规定的尺寸。

本发明中，超级电容器的组装是采用层叠方式，即按照正极片/聚合物电解质膜/负极片这样的方式进行叠片，然后将叠好的电芯的正极极群焊在铝制极耳上、负极极群焊在镍制极耳上，将焊好后的电芯放入成型好的铝塑膜中进行封口。