[发明专利]一种高比能量超级电容器负极片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学电源领域，涉及一种化学电源产品，具体涉及一种高比能量超级电容器负极片及其制备方法。

背景技术

本发明涉及一种新兴的化学电源——超级电容器。超级电容器，又称电化学电容器，是近年来得到迅速发展的一种新型储能器件。超级电容器通过电极表面发生快速、可逆的电荷吸附/脱附过程或电化学反应过程进行能量的储存和释放，其能量密度是传统的静电电容器的10～100倍，功率密度是电池的10～100倍。超级电容器以其特有的性能优势，特别适用于短时间高功率输出场合，如机车启动、UPS、能量回收、激光武器、电磁炮等领域。

目前，现有技术的超级电容器主要采用两种技术方案：第一种是双电层电容器，这类超级电容器正负极材料均采用炭材料（活性炭、碳气凝胶等），由于不涉及到电化学反应过程，因此这类超级电容器的比功率很高，可以达到5000W/kg以上，但其比能量只有3~5Wh/kg；另一种是准电容超级电容器，这类超级电容器主要采用各类金属氧化物（NiO、MnO₂、RuO₂）或金属氮化物（MoN_x）等作为活性材料，这类超级电容器的比能量可达8~10Wh/kg，但其比功率一般低于双电层电容器。

中国专利201010239537.5中提出了一种高倍率超级电容器，其负极片浆料中的活性物质是活性炭，导电材料为导电炭材料，其比例为：活性炭100，导电炭材料0.2~20，即活性炭占碳材料的比例为83.3%~99.8%，同时未提及活性炭材料的物理特性参数。

无论是双电层电容器还是准电容超级电容器，其比能量一般都在10Wh/kg以下，因此难以满足某些场合的使用需求，例如：星上霍尔电推进系统，其要求电源的供电功率较大，同时对电源的放电时间重量均有要求。当采用传统的双电层电容器或准电容超级电容器时，其存在重量较大的缺点，难以满足使用需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的超级电容器比能量较低的问题，提供一种高比能量超级电容器负极片，利用该负极片制备的超级电容器，不但能够达到星上霍尔电推进系统对超级电容器的功率要求，而且相对于现有技术的超级电容器，能够很大程度的提高其比能量，很好的满足其对超级电容器的供电时间及寿命需求。

为达到上述目的，本发明提供了一种高比能量超级电容器负极片，包括：活性物质、导电剂、粘结剂和集流体，其中，该负极片的活性物质选择碳材料，所述的碳材料由活性炭、天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳中的任意一种或几种组成。

上述的负极片，其中，所述的活性物质中活性炭的比例为5%～50%。

上述的负极片，其中，所述的活性炭的比表面积为300～3000m²/g，优选为1000～2000m²/g。

上述的负极片，其中，所述的活性炭的粒径为5～50μm，优选为5～20μm。

上述的负极片，其中，所述的集流体为铜箔。

上述的负极片，其中，所述铜箔的厚度为5~20μm，优选为10~15μm。

本发明还提供了一种根据上述的高比能量超级电容器负极片的制备方法，该步骤包含：

步骤1，将粘结剂置于溶剂中，充分搅拌直至溶解均匀；

步骤2，将导电剂倒入粘结剂溶液中，充分搅拌；

步骤3，将活性物质粉末倒入上述步骤2的溶液中，充分搅拌直到形成均匀的浆料；

步骤4，将浆料均匀的涂布在集流体上，待干燥后，压制形成电极片。

本发明由于采用的活性炭占碳材料的比例为5~50%，因此可充分发挥其他负极材料的克容量优势，进而大幅度地提高了超级电容器的比能量，同时由于采用了高比表面积的活性炭材料，因此仍可保持超级电容器功率特性好、循环寿命长等优点。

综上所述，本发明提供的高比能量超级电容器负极片，解决了传统超级电容器比能量较低的问题；采用本发明的负极片制备的超级电容器，比能量高、比功率大、循环寿命长，能用于为星上霍尔电推进系统供电的超级电容器。

附图说明

图1为采用本发明实施例1的负极片制作的超级电容器的恒流充放电曲线。

图2为采用本发明实施例1的负极片制作的超级电容器的循环寿命曲线。

图3为采用本发明实施例2的负极片制作的超级电容器的恒流充放电曲线。

图4为采用本发明实施例2的负极片制作的超级电容器的循环寿命曲线。

图5为采用本发明实施例3的负极片制作的超级电容器的恒流充放电曲线。