[发明专利]基于氧化钴及氧化钌的混合式超级电容器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学电容器的制造技术范围，特别涉及应用于高储能密度的一种基于氧化钴及氧化钌的混和式超级电容器及其制造方法。

背景技术

电化学超级电容器是一种新型储能装置，集高能量密度、高功率密度、长寿命等特性于一身，此外它还具有免维护、高可靠性等优点，是一种兼备电容和电池特性的新型电子元件。根据储能机理的不同其主要分为建立在界面双电层基础上的双层电容器以及建立在法拉第准电容基础上的超级电容器。碳材料的性质是决定双层电容器性能的决定因素。其中包括碳材料的比表面积、孔径分布、电化学稳定性和电导率等。经过研究满足要求的碳材料有活性炭，纳米碳纤维，纳米碳管等等，这方面比较典型的专利如美国MAXWELL公司的专利《具有密封电解封口的多电极双层电容器》(CA1408121A)。“准电容”的原理是电极材料利用锂离子或质子在材料的三维或准二维晶格立体结构中的储留达到储存能量的目的，虽然其充放电特性与双电层电容极其相似，但其储能机理与碳材料表面的二维吸附有较大的差别，该类电极材料包括金属氧化物、氮化物、高分子聚合物等等。双电层电容与法拉第准电容相比，后者的比电容是前者的10-100倍，但前者瞬间大电流放电的功率特性(功率密度)好于后者。目前该领域的专利主要集中在混合型超级电容器领域，如上海奥威科技开发有限公司的《一种车用动力电源超级电容器》(CN1431669)。氧化钴及氧化钌等金属氧化物因其极高的电容量以及相对较低的电阻而具有良好的电化学特性。因此基于该电极材料组装的超级电容器在航天和军用领域中具有重要的应用。

阳极和阴极分别由具有法拉第准电容特性的纳米氧化钴电极以及具有法拉第准电容特性的氧化钌电极所组成的混合型超级电容器发挥了法拉第准电容能量密度高的固有特点。采用纳米氧化钴作为阳极，纳米氧化钌作为阴极，氢氧化钾水溶液作为电解液的混合式超级电容器工作电压范围为0V～1.4V，储能密度可以达到23Wh/kg，峰值放电功率可以达到8kW/kg。混合型超级电容器发挥了超级电容器电极能量密度高的固有特点，其能量密度比铝电解电容器高三到四个数量级。另外，混合型超级电容器保持了电解电容器单元电压高、比功率高、响应时间短、设计简单的优点。上述优异的性能使混合超级电容器在工业不间断电源、电动车辆、军用大功率电源、无线电通讯等领域具有十分广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于氧化钴及氧化钌的混和式超级电容器及其制造方法，所述混合式电容器的结构为氧化钴阳极，氢氧化钾水性电解液和氧化钌阴极密封在不锈钢外壳或工程塑料外壳内构成圆柱型或方型结构；具有蓄电池的高储能特性和电容器高功率特点的氧化钴及氧化钌的混和式超级电容器。

所述阳极结构为将氧化钴活性物质粘附在多孔发泡镍基体上形成，并在发泡镍基体上连接带状镍集流体。

所述阳极结构还为在多孔发泡镍上附着碳纳米管、羰基镍混合浆料构成基体结构，利用电化学方法将氧化钴沉积在上面，最终形成的阳极结构是氧化钴-碳纳米管-羰基镍构成的复合阳极。

所述阳极裁切成为长方形。

所述阴极结构为将氧化钌活性物质粘附在多孔发泡镍基体上形成，并在发泡镍基体上连接带状镍集流体。

所述氧化钌活性物质中还可以加入碳纳米管-羰基镍导电物质。

所述阴极裁切成为长方形。

所述电解液由溶质和溶剂组成，溶质为氢氧化钾；溶剂为水溶液；电解液浓度为6mol/L～1mol/L，浓度越大，电解液导电率越高。

一种基于氧化钴阳极及氧化钌阴极的混和式超级电容器制造方法，其特征在于，包括：

所述圆柱型电容器的制作方法为将连接好集流体的氧化钴阳极阳极、隔膜、氧化钌阴极依次叠加，卷绕成为柱状电极芯，将该电极芯阳极、阴极集流体分别与顶盖正极、负极连接后放置在不锈钢外壳内，或阳极与顶盖正极相连而圆柱状外壳作为负极，灌注水性电解液，通过焊接或压封方式完成电容器密封；

所述方型混合式电容器的结构与圆柱型混合式电容器的结构类同，不同的是外壳结构为方型，制作方法是将阳极、阴极上分别焊接带状镍质集流体，连接好集流体的阳极、隔膜、阴极依次叠加成为方型状电极芯，将该电极芯阳极、阴极集流体分别连接好顶盖正极、负极后放置在不锈钢或工程塑料外壳内，灌注水性电解液；再通过焊接、压封或粘结完成电容器密封。