[发明专利]一种低时间常数的超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级电容器，特别涉及一种低时间常数的超级电容器。

背景技术

双电层超级电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)又叫超级电容器，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。双电层电容器用途广泛。用作起重装置的电力平衡电源，可提供超大电流的电力；用作车辆启动电源，可以全部或部分替代传统的蓄电池；用作车辆的牵引能源可以生产电动汽车、替代传统的内燃机；用在军事上可保证坦克车、装甲车等战车的顺利启动（尤其是在寒冷的冬季）、作为激光武器的脉冲能源。此外还可用于其他机电设备的储能能源。

图1是现有双电层超级电容器结构示意图，双电层超级电容器由极耳1、壳体2、极片3、隔膜5和电解液4五大部分组成，这种结构的双电层电容器由于隔膜的存在，使得超级电容器的内阻受到影响，因此不仅仅会影响到能量密度和循环寿命这两个基本的参数，还会影响到双电层超级电容器的时间常数RC值。时间常数是表征电容器瞬态过程中响应变化快慢的物理量。时间常数越小其响应变化就越快，反之就越慢。由于现有双电层超级电容器结构的限制，使得市场上的双电层超级电容器的时间常数以τ=1为主，这样使得双电层超级电容器在功率特性要求高的电网或航空航天领域的应用受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提出一种双电层超级电容器极片，以及使用该极片的低时间常数的双电层超级电容器，降低双电层电容器的时间常数，改善双电层电容器的能量密度和循环寿命。

本发明提出一种双电层超级电容器极片，其特征在于由集流体，导电涂层，活性涂层以及绝缘涂层组成；导电涂层涂覆在集流体上，活性涂层涂覆在导电涂层上，绝缘涂层喷涂在活性涂层上。

其中，所述导电涂层是由导电剂、粘结剂和去离子水调配成一定粘度的浆料。所述导电剂为超级导电炭黑、科琴黑、乙炔黑和气相生长碳纤维中的任一种或几种，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠(CMC)，聚乙烯醇(PVA)的任一种。所述粘结剂的重量为导电剂的重量的1~10%所述导电涂层的面密度为1~20g/m²。

其中，所述活性涂层是由活性物质，导电剂，粘结剂三种物质按照一定的比例混合。所述活性涂层的面密度≤90g/m²。所述活性物质为活性碳，碳纤维，碳气凝胶，碳纳米管，炭黑的任一种或几种。所述导电剂为电导率较高的科琴黑、气相生长碳纤维、纳米钛粉的任一种或几种。所述粘结剂为羧甲基纤维素钠(CMC)，丁苯橡胶(SBR)，聚乙烯醇(PVA)，聚四氟乙烯(PTFE)的一种或几种。所述活性涂层中的导电剂的质量为活性物质质量的2~10%；粘结剂的质量为活性物质质量的2~10%。

其中，所述绝缘涂层是由氧化钙和二氧化硅按照一定的比例混合而成。所述绝缘涂层通过喷涂工艺制得，喷涂的厚度为2~30μm。

本发明还提出一种使用如上极片的双电层超级电容器，该超级电容器由极耳、壳体、极片和电解液组装而成。

其中，所述超级电容器的时间常数（RC）为0.1~0.3s。

其中，所述电解液的溶剂为乙腈或γ-丁内酯（GBL）的一种或两种混合，溶质为四乙基四氟硼酸铵(Et₄NBF₄)和三乙基甲基四氟硼酸铵(Et₃MeNBF₄)中的至少一种或两种。

本发明提出的低时间常数的双电层超级电容器，通过在超级电容器用的极片中加入绝缘涂层而解决时间常数高的问题。由于该超级电容器极片的绝缘涂层是通过喷涂工艺制得，和极片融为一体，同时又可以通过电解液的离子，这样就减少常用的超级电容器中由隔膜和极片之间的接触而导致的内阻，从而使得该超级电容器的时间常数更低，功率特性更好，使得双电层超级电容器具有更宽的应用领域。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是现有双电层超级电容器结构示意图；

图2是本发明双电层超级电容器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

图2是本发明双电层超级电容器结构示意图，双电层超级电容器由极耳1、壳体2、极片3和电解液4四部分组成。