[发明专利]超级电容电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电容器领域，其涉及一种超级电容电池。本发明还涉及一种该超级电容电池的制备方法。

背景技术

20世纪90年代，对电动汽车的开发以及对功率脉冲电源的需求，更刺激了人们对电化学电容器的研究。目前电化学电容器的比能量仍旧比较低，而电池的比功率较低，人们正试图从两个方面解决这个问题：(1)将电池和超级电容器联合使用，正常工作时，由电池提供所需的动力；启动或者需要大电流放电时，则由电容器来提供，一方面可以改善电池的低温性能不好的缺点；可以解决用于功率要求较高的脉冲电流的应用场合，如GSM、GPRS等。电容器和电池联合使用可以延长电池的寿命，但这将增加电池的附件，与目前能源设备的短小轻薄等发展方向相违背。(2)利用电化学电容器和电池的原理，开发混合电容器作为新的贮能元件。

1990年Giner公司推出了贵金属氧化物为电极材料的所谓赝电容器或称准电容器(Pseudo-capacitor)。为进一步提高电化学电容器的比能量，1995年，D.A.Evans等提出了把理想极化电极和法拉第反应电极结合起来构成混合电容器的概念(Electrochemical Hybrid Capacitor，EHC或称为Hybrid capacitor)。1997年，ESMA公司公开了NiOOH/AC混合电容器的概念，揭示了蓄电池材料和电化学电容器材料组合的新技术。2001年，G.G.Amatucci报告了有机体系锂离子电池材料和活性炭组合的Li4Ti5O12/AC电化学混合电容器，是电化学混合电容器发展的又一个里程碑。

目前研究的活性炭/石墨烯型混合电容器主要采用高比表面积的活性碳作为正极材料，在正极与电解液的表面形成双电层，正极材料的容量决定了整体系的容量。但是目前采用的高比表面积活性炭大部分的微孔比表面积无法形成有效电容，使得电容器能量密度低，导致电容器的比电容低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能量密度高、比电容高的超级电容电池。

一种超级电容电池，包括正极、负极、介于所述正极和负极之间的隔膜以及电解液；所述正极、负极及隔膜浸泡在所述电解液中；其中，所述正极的材料包括铝箔以及涂覆在所述铝箔上的质量比分别为80～93∶2～10∶5～10的LiMn_2-xM_xO₄、第一导电剂以及第一粘结剂组成的正极活性材料；所述负极的材料包括铝箔以及涂覆在所述铜箔上的质量比分别为80～93∶2～10∶5～10的石墨烯、第二导电剂以及第二粘结剂组成的负极活性材料；其中，LiMn_2-xM_xO₄中，x的取值范围为0.5～1，M为掺杂元素。

上述超级电容电池中，所述正极活性材料与所述负极活性材料的质量比为1∶1～1∶5。

上述超级电容电池中，电极材料或电解液材料如下：

LiMn_2-xM_xO₄材料中，M为掺杂元素，可为Ni、Co、Cr、Cu、Fe或V等中的一种或几种；LiMn_2-xM_xO₄材料也可为碳包覆改性的LiMn_2-xM_xO₄材料；

所述石墨烯为比表面积为400～1000m²/g的石墨烯；

所述第一导电剂和第二导电剂为乙炔黑、导电炭黑或碳纳米管，这些导电剂均可以通过市面购买获得；

所述第一粘结剂和第二粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)；

所述电解液为锂离子电解质盐与非水性有机溶剂配制而成；

所述隔膜采用pp隔膜。

本发明的另一目的在于提供上述超级电容电池的制备方法，其步骤如下：

S1、将质量比分别为80～93∶2～10∶5～10的LiMn_2-xM_xO₄、第一导电剂以及第一粘结剂配置成正极活性材料，以及将质量比分别为80～93∶2～10∶5～10的石墨烯、第二导电剂以及第二粘结剂配置成负极活性材料；其中，LiMn_2-xM_xO₄中，x的取值范围为0.5～1，M为掺杂元素；

S2、将所述正极活性材料涂覆在铝箔上，经干燥处理后，制得正极；将所述负极活性材料涂覆在铜箔上，经干燥处理后，制得负极；