[发明专利]一种混合型超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容器，特别涉及一种混合型超级电容器。

背景技术

作为一种新型的储能器件，超级电容器因其在功率密度、大电流充放电和长期循环使用寿命等方面的突出表现，使其成为了国家重大科技创新、新能源领域的前沿技术之一，更被列入到《国家中长期科学发展和技术发展规划纲要》(2002-2020)，具有非常重要的战略意义和现实意义。目前商业化的超级电容器主要是基于“双电层储能机理”的炭-炭双电层电容器，尽管该系列电容器在功率密度和循环使用寿命方面具有突出的表现，但是能量密度偏低的缺点却限制了其广泛应用。为此，大量的研究人员开始探讨结合锂离子电池电极材料从而在保证功率密度的前提下显著提升产品的能量密度，如锂离子电容器。在众多负极材料中，尖晶石型钛酸锂因为具有“零应变”、比容量大、充放电效率高、抗过充性能好、安全性高等优点，使得其成为一种性能优异的新型电池电容材料，在动力型锂离子电池与超级电容器领域具有广泛的应用前景。然而，受制于合适正负电极材料的选取问题，使得该新型混合型超级电容器的研究与应用受到了很大程度的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合型超级电容器，具有能快速充放电，高比能量的特点，它容量更高、循环稳定性更长。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种混合型超级电容器，包括正极铝箔片、负极铝箔片、电解液和隔膜，所述正极铝箔片正反两面均涂布有正极材料，所述负极铝箔片正反两面均涂布有负极材料，所述正极材料由以下质量百分比计的组分混合制成：85-92％的活性炭、4-10％的导电剂、1-2％的分散剂和3-10％的粘结剂；所述负极材料由以下质量百分比计的组分混合制成：80-92％的钛酸锂/石墨烯复合材料、4-10％的导电剂和4-10％的粘结剂。

作为优选，所述活性炭的比表面积大于1500m²/g，表面官能团含量在0.5meq/g以下，平均粒径在8-10μm。控制活性炭这些参数的目的是在保证电容器正极容量的同时降低电容器的漏电流、提高活性炭材料的电极密度。作为优选，所述活性炭是以椰壳或针状焦为前驱体的活性炭。

作为优选，所述钛酸锂/石墨烯复合材料中石墨烯添加量为钛酸锂的5-25％。这样能保证负极材料中容量的同时提高复合材料的导电性，过量的石墨烯不利于钛酸锂电极材料的制备。

作为优选，所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种。作为优选，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚四氟乙烯中的一种或几种。

作为优选，所述分散剂为羟甲基纤维素钠或海藻酸钠。

作为优选，所述羟甲基纤维素钠的粘度小于300cps。这样容易实现对炭黑、活性物质的分散，粘度过高时搅拌过程容易产热最终破坏粘结剂的结构。本发明的制备方法步骤为：

(1)将活性炭、导电剂、分散剂和粘结剂加入去离子水中，经真空高速搅拌后形成正极浆料，将正极浆料均匀涂布在正极铝箔片的正反两面上，经干燥、碾压、冲切后获得正极极片；

(2)将钛酸锂/石墨烯复合材料、导电剂和粘结剂加入N-甲基吡咯烷酮中，真空高速搅拌后形成负极浆料，将负极浆料均匀涂布在负极铝箔片的正反两面上，经干燥、碾压、冲切后获得负极极片；

(3)正极极片、隔膜及负极极片组合叠片后获得电芯，将电芯置于外壳中，注入电解液，封装后获得混合型超级电容器。

作为优选，正极极片厚度为120-250μm，负极极片厚度为50-90μm。

作为优选，所述电芯结构中，正极极片的活性物质活性炭：负极极片的活性物质钛酸锂/石墨烯复合材料的质量比为2-8:1(正极活性物质含量过低时不能充分发挥负极材料的理论容量，正极活性物质含量过高时则容易造成极片过厚，最终影响产品的循环稳定性)。优选正极极片的活性物质活性炭：负极极片的活性物质钛酸锂/石墨烯复合材料的质量比为3-5:1。

本发明的有益效果是：通过优化不同正负电极材料的选取，从而获得容量更高、循环稳定性更长的新型混合型超级电容器。

附图说明

图1是本发明功率密度和能量密度的Ragone图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。