[发明专利]一种超级电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电容器领域，特别涉及一种无机系超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器用途广泛。超级电容器 (supercapacitor，ultracapacitor)，又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor，EC)，黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。

国内外主要是在有机系围绕Li+为主导进行生产和研究，虽然有机系的能量密度高于无机系4倍左右，但是有机系几乎都是单体制造(以2.5v-2.7v 为主)，然后分容成组满足高压应用，电池、电容的一致性问题是一个世界性难题，只有批次产能超过千只、万只单元的企业才有分容成组应用的余地，超过48V可靠性就大打折扣。

另外，由于以Li+为主导，超级电容不可避免要使用有机溶剂，因此，在安全性要求极高的领域就不能放心使用。如果封装有任何一点泄漏，锂析出与水剧烈反应，有机溶剂泄漏会引发火灾，而封堵严密如果没有好的阀控设计又可能引发爆炸。例如，汽车应用就非常谨慎，车载激光武器、电磁炮等需要高压、高功率密度的领域就不敢冒然使用等等。

发明内容

本发明提供了一种超级电容器及其制备方法，能够解决上述现有技术问题中的一种或几种。

根据本发明的一个方面，提供了一种超级电容器，包括壳体及位于壳体内部的电极板，电极板包括正极板和负极板，正极板和负极板之间设有纸膜，电极板包括集流板和无机活性材料，无机活性材料涂覆在集流板的两侧，集流板为钢带。

本发明的有益效果是，本发明的无机系超级电容器，活性材料的分散性较高，大大降低了超级电容器的电阻，具有较高的电容总量；克服了有机系超级电容高压成组不均衡问题；不含有有机物，更加安全环保。本发明的超级电容器具有可靠、安全、成本低，绿色环保等优点。该无机系超级电容器单体可完成600v-1F应用于军队，320v-2F应用风力发电机变桨电源，120v-4F用于弱混合动力轿车。

在一些实施方式中，无机活性材料包括硫酸锂和氢氧化钾。其有益效果是，该电解质电子迁移率较高，且具有较高的安全性，大大该改善了超级电容器的性能。

在一些实施方式中，无机活性材料还包括碳材料。其有益效果是，碳材料特别是多孔碳材料具有较大的比表面积，而且内阻较小，能够大大提高超级电容器的比容量。

在一些实施方式中，碳材料为活性炭、碳纤维或石墨烯。其有益效果是，活性炭制备原料丰富，价格便宜，活化后能够提高双层电容器的容量，改善电容器的综合性能；碳纤维性能较优，具有较高的活性而且环保，具有较广阔的应用前景；石墨烯是由sp2杂化的碳原子密排成蜂窝状的二维晶体结构，具有高比表面积、优异的电学性能和稳定的化学性能，动态变形性较优异，将会大大提高超级电容器的综合性能。

在一些实施方式中，正极板和负极板均为多个，正极板的集流板的一端折弯形成正极束，负极板的集流板的一端折弯形成负极束，正极束与正极极耳通过铆钉进行固定，负极束与负极极耳通过铆钉进行固定。其有益效果是，集流板折弯形成正极束和负极束，大大提高了集流面积和电容器的稳定性、安全性，电能最终由正极束和负极束引出。

在一些实施方式中，还包括负极极柱和正极极柱，壳体上设有孔道，正极极柱和负极极柱通过孔道伸出壳体，正极极耳与正极极柱相连接，负极极耳与负极极柱相连接。其有益效果是，正极束通过正极极耳与正极极柱相连接，负极束通过负极极耳与负极极柱相连接，通过正极极柱和负极极柱与外界用电器相连，超级电容器内部绝缘密封，保证充放电的安全。

在一些实施方式中，还包括硅胶垫，硅胶垫嵌于孔道中，正极极柱和负极极柱通过硅胶垫中的通孔伸出壳体。其有益效果是，超级电容器内部设有铆件，将硅胶垫与电极极柱能行固定，通过硅胶垫进行绝缘密封，保证电极极柱的用电安全稳定。