[发明专利]双电层电容器制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容器制备方法，特别是一种超大容量双电层电容器制备方法。

背景技术

随着经济的发展，对电能的需求逐年增加，电的利用已经渗透到人们的各个领域，特别在移动区域有电量迅猛增长，相应带动储电元件的快速发展。目前应用较多、研究较深的元件主要集中在电容器方面。

双电层电容器是通过静电引力在电极/溶液界面向产生的双电层来储存电荷，由于接触界面的两平行电极板间的距离与分子直径差不多，又称微分电容器。其静电容量是同体积普通电容器的10⁵～10⁶倍。双电层电容器在几秒的时间内储存较高能量，大约0.5～5KW/kg，能量密度达到0.5～10Wh/kg。与二次电池相比，它具有容量大、充放电速度快、循环寿命长、功率密度高及价格低廉等优点，可以广泛用于电力、铁路、交通、医疗、军工、通讯等众多领域。

双电层电容器的电容量C与材料的表面积S和电解质的介电常数ε成正比，与双电层的厚度δ成反比（C=εS/δ）。当电解质溶液的种类及其浓度一定时，电极材料的比表面积越大，其电容量也越大。由此看来，如何开发应用具有比表面积和比电容大、孔径分布窄、导电性好、化学稳定性高等优点电极材料，成为制备双电层电容器的技术关键之一，影响其在该领域中的应用前景。

尽管几十年以前就提出了双电层电容器的概念，即可以在相当小的电容器中储存很高能量，但真正具有实用性商业研究开发工作才仅仅开展应用研究。目前电极材料所取得的重要进展得理于可充电电池领域的扩展应用研究。为得到高容量密度的电容器，国内外研究人员都把目光集中到活性炭材料上，但研究最热效果最好当属高表面积活性炭。通过研究孔径分布与储能密度之间的相关效应时发现：最有利于提高储能密度的孔径分布在12～40埃之间。

中国专利01130063.1提供了一种制备高比表面积活性炭的方法。该方法是以负载Mn，Co金属离子的比表面积3000m²/克粉状活性炭与粘结剂以1∶0.66～1的比例混合，在120～150度，5～20MPA下压制10min，然后高温700～900度炭化，制得负载金属高比表面积成型活性炭电极。

欧洲专利00122875.8提供了活性炭制备双层电容器的工艺技术。该技术将比表面积1460～1530m²/克，孔径分布在1.2～4nm的孔容达到350～600微升/克的粉状活性炭，与炭黑、PTFE与甲醇搅拌成糊状，切成数毫米厚的块压缩成电极，在150度干燥7小时，以0.5mol/L的丙烯碳酸盐溶解于四氟四乙胺有机溶液为电解液，所得的电容器常温比电容为14～18F/立方厘米，并且提出通过提高反应温度来控制直径12～40埃的微孔孔容。

日本的专利2548546介绍了高比表面积活性炭制备方法，该方法所制备的活性炭比表面积为2000～3500，但由于其活化比过大不利于产业化。

目前双电层的研究，主要集中于如何扩大炭的比表面和控制孔分布上。但是现有方法制备出的电容器电极普遍存在孔径分布宽，微孔率较低的不足，进而影响电容器的性能，不能充分发挥双电层电容器充放电速度快的特点，增加了双电层电容器的性能损耗，影响使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双电层电容器制备方法，通过修饰和改善电极微观结构和新型电极材料及工艺技术等方法来改善电容器的性能，增加其电容量，延长其使命寿命。

本发明所提供的双电层电容器以氧化钌、氧化锰、氧化镍其中一种和活性炭作为电极，其中活性炭微孔直径分布为1～2nm，微孔率(微孔体积占总孔体积的百分率)在90%以上,BET比表面积可达2500～3500m²/g,微孔空容1.5～1.8cm³/g。

本发明电容器的电容量为150～200F/g，电极密度达到时0.5～0.6g/cm³，单位体积电容量达到50～80F/cm³。

本发明方法包括以下步骤：

步骤1.制备炭质电极材料：

以石油焦、木质素或核桃壳(炭化物)为原料，与活化剂混合，在低温反应炉中以150～550℃的温度熔融反应1～3小时，之后在高温反应炉中，700～900℃下反应0.5～2.5小时，且反应过程在氮气保护下进行，高温反应后的炭料经水洗、酸洗、真空干燥、制得粉体活性炭。

步骤2.电极成型：

正极制作方法:

(一)     压片法