[发明专利]一种高能量超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及电容器技术领域，特别是一种高能量超级电容器。

背景技术

超级电容器是介于传统电容器与电池之间的一种新型电化学储能器件，它相比传统电容器有着更高的静电容量，能达千法拉至万法拉级；相比电池有着更高的功率密度和超长的循环寿命，因此它结合了传统电容器与电池的优点，是一种应用前景广阔的化学电源。它具有比容量高、功率大、寿命长、工作温限宽、免维护等特点。超级电容器主要是利用电极/电解质界面电荷分离所形成的双电层，或借助电极表面快速的氧化还原反应所产生的法拉第“准电容”来实现电荷和能量的储存的。

目前，为了提高超级电容器的能量密度，一般采用混合型的结构设计，即超级电容器的一极采用电池的非极化电极(如氢氧化镍)，另一极采用双电层电容器的极化电极(如活性炭)，这种混合型超级电容器能量密度能达到10-20Wh/Kg，其中PbO₂/H₂SO₄/C混合型超级电容器由于成本低、能量密度较高(能达到15-20Wh/Kg)，使其成为最具商业化前景的一类混合型电容器。但由于炭负极中活性物质与集流体之间接触不太好，循环过程中电容器内阻增加明显，使得此种混合型电容器的循环寿命一直不太理想，大约在1000～1500次，为了提高活性材料与集流体的紧密接触，本发明在集流体上涂覆了一层导电层，这样就增加高比表面积多孔炭材料与集流体之间的有效接触面积，有利于炭负极稳定地进行充放电，这样就大幅度提高电容器的循环寿命，满足实际商业化应用的需求。

发明内容

在PbO₂/H₂SO₄/C混合型超级电容器中，由于炭负极的稳定性较差，使得整个电容器的充放电循环次数较低，无法满足实际应用的需求。本发明的目的在于增加高比表面积多孔炭材料与集流体之间的有效接触面积，有利于炭负极稳定地进行充放电，这样就大幅度提高电容器的循环寿命。

本发明的目的是这样实现的：一种高能量超级电容器，由正极片、负极片、隔膜及酸性电解液组成，其中正极片采用二氧化铅电极，其特征在于负极片的活性物质采用多孔炭材料，负极集流体采用纯铅、铅锑合金、铅钙合金、铅锡合金，并在集流体上涂覆一层导电层。

其中，所述的导电层由炭质材料、金属氧化物中的一种或几种组成。

其中，所述的炭质材料包括导电炭黑、乙炔黑、天然石墨、人工石墨、中间相炭微球、中间相炭纤维、气相生长炭纤维、硬炭、石油焦、石墨烯、富勒烯、炭纳米管、玻璃炭。

其中，所述的金属氧化物包括氧化钛、氧化钡、氧化锶、氧化铋。

其中，所述的导电层中还加入聚合物粘结剂，包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、丁苯橡胶(SBR)。

其中，所述的导电层中各物质的比例有两种，一种比例为炭质材料或金属氧化物∶聚合物粘结剂＝(80～90)∶(10～20)；另一种比例为炭质材料∶金属氧化物∶聚合物粘结剂＝(50～60)∶(20～40)∶(10～20)。

其中，所述的多孔炭材料包括活性炭、介孔炭、炭气凝胶、泡沫炭、炭毡、炭布。

其中，所述的负极集流体为平板结构或栅格结构。

其中，所述的隔膜包括玻璃纤维隔膜、微孔橡胶隔膜、聚氯乙烯(PVC)隔膜、聚乙烯(PE)隔膜、聚丙烯(PP)隔膜。

其中，所述的酸性电解液为1.10～1.30g/cm³的硫酸水溶液。

使用本发明技术制作的电容器，具有高能量密度(15～20Wh/Kg)、较长循环寿命(≥5000次)，能很好地应用在一些要求高能量、长使用寿命的场合上。

具体实施方式

下面结合较佳实施例对本发明进行进一步说明。

一种高能量超级电容器，由正极片、负极片、隔膜及酸性电解液组成，其中正极片采用二氧化铅电极，其特征在于负极片的活性物质采用多孔炭材料，负极集流体采用纯铅、铅锑合金、铅钙合金、铅锡合金，并在集流体上涂覆一层导电层。

本发明中所述的炭质材料为一些导电性较好的炭材料，主要包括导电炭黑、乙炔黑、天然石墨、人工石墨、中间相炭微球、中间相炭纤维、气相生长炭纤维、硬炭、石油焦、石墨烯、富勒烯、炭纳米管、玻璃炭。

本发明中所述的金属氧化物包括氧化钛、氧化钡、氧化锶、氧化铋。