[发明专利]一种活性碳电极和包括该电极的超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，特别涉及包括活性碳正极与活性碳负极的超级电容器及其制造方法。

背景技术

超级电容器是一种新型储能装置，集高能量密度、高功率密度、长寿命等特性于一身，此外它还具有免维护、高可靠性等优点，是一种兼备电容和电池特性的新型电子元件。根据储能机理的不同其主要分为建立在界面双电层基础上的“双电层型”超级电容器以及建立在“法拉第准电容”基础上的“准电容型”超级电容器。碳材料的性质是决定“双电层型”超级电容器性能的决定因素。其中包括碳材料的比表面积、孔径分布、电化学稳定性和电导率等。经过研究满足要求的碳材料有活性炭，纳米碳纤维，纳米碳管等等，这方面比较典型的专利如美国MAXWELL公司的美国专利(US6955694)，该公司在中国申请的专利《具有密封电解封口的多电极双层电容器》(CA1408121A)，以及北京集星联合电子科技有限公司的中国专利《活性炭纤维布/喷涂铝复合极板双电层电容器及其制备方法》(ZL03124290.1)。“准电容”的原理是电极材料利用锂离子或质子在材料的三维或准二维晶格立体结构中的储留来达到储存能量的目的，该类电极材料包括金属氧化物、氮化物、高分子聚合物等等，较为典型的专利如清华大学的《基于氧化钴及氧化钌的混合式超级电容器及其制备方法》(ZL200810111892.7)。超级电容器的核心组件是其电极，制约活性碳材料粘合强度的关键因素是粘合剂，传统工艺中多采用聚四氟乙烯作为粘合剂，存在粘结强度不高的问题。本发明提出一种新型电极、基于该新型电极的超级电容器及其制备方法，新型粘合剂的使用可有效提高电极强度，基于上述新型电极的超级电容器具有储能密度大、放电功率高、性能稳定等特点，在交通、能源、航天、绿色新能源和军用领域中具有重要的应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种活性碳电极以及以所述电极作为正极和/或负极的超级电容器。具体地说，本发明通过如下技术方案来完成。

1.一种活性碳电极，其中，所述活性碳电极包括铝箔基片、石墨导电胶层和活性碳涂覆层，并在迭加后经辊压工艺处理而形成。

2.根据技术方案1所述的活性碳电极，其中，所述石墨导电胶层包含粘合剂与石墨材料；所述活性碳涂覆层包含活性碳材料、乙炔黑与所述粘合剂。

3.根据技术方案1或2所述的活性碳电极，其中，所述活性碳电极作为正极，所述粘合剂为正极粘合剂，包含聚乙烯吡咯烷酮与羧甲基纤维素钠。

4.根据技术方案3所述的活性碳电极，其中，以所述石墨导电胶层的总质量计，所述正极粘合剂的质量比为10％至20％；优选的是，以所述正极粘合剂的总质量计，所述聚乙烯吡咯烷酮的质量比为20％至50％；另外优选的是，所述聚乙烯吡咯烷酮与羧甲基纤维素钠之间的质量比为1∶3；另外优选的是，所述石墨导电胶层由浆料制得，所述浆料采用如下方法制备：将去离子水加热至35℃至45℃，依次加入所述羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡咯烷酮，然后搅拌均匀，再加入所述石墨材料，在搅拌均匀后，进一步采用胶体磨进行研磨处理。

5.根据技术方案4所述的活性碳电极，其中，所述石墨导电胶层采用喷涂或刮涂的方法将所述浆料附着于所述铝箔基体的表面，所形成的石墨导电胶层的厚度为20微米至50微米。

6.根据技术方案3所述的活性碳电极，其中，以所述活性碳涂覆层的总质量计，所述正极粘合剂的质量比为5％至10％；优选的是，以所述正极粘合剂的总质量计，所述聚乙烯吡咯烷酮的质量比例为20％至50％；另外优选的是，所述聚乙烯吡咯烷酮与羧甲基纤维素钠之间的质量比为1∶3；另外优选的是，所述活性碳材料与乙炔黑的质量比例为9∶1；另外优选的是，所述活性碳涂覆层由浆料制得，所述浆料采用如下方法制备：将去离子水加热至35℃至45℃，依次加入所述羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡咯烷酮，然后搅拌均匀，再依次加入所述乙炔黑和活性碳材料，在搅拌均匀后，进一步采用胶体磨进行研磨处理。

7.根据技术方案6所述的活性碳电极，其中，所述活性碳涂覆层采用刮涂的方法将所述浆料附着于所述石墨导电胶层表面，所形成的活性碳涂覆层厚度为100微米至200微米。

8.根据技术方案1或2所述的活性碳电极，其中，所述活性碳电极作为负极，所述粘合剂为负极粘合剂，包含丁苯橡胶胶乳与羧甲基纤维素钠。