[发明专利]一种活性炭电极以及具有该电极的超级电容器

说明书

技术领域

本发明属于基于超级电容器制造技术领域，特别涉及基于一种三层结构活性碳电极的超级电容器及其制造方法。

背景技术

超级电容器是一种新型储能装置，集高能量密度、高功率密度和长寿命等特性于一身，此外它还具有免维护和高可靠性等优点，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，超级电容器主要分为建立在界面双电层基础上的“双电层型”超级电容器和建立在法拉第准电容基础上的“准电容型”超级电容器。碳材料的性质(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)是决定“双电层型”超级电容器性能的决定因素。经过研究发现，满足要求的碳材料有活性炭、纳米碳纤维和纳米碳管等，与此有关的比较典型的专利例如有美国MAXWELL公司的专利(名称为“具有密封电解封口的多电极双层电容器”，公开号为CA1408121A)和北京集星联合电子科技有限公司的专利(名称为“活性炭纤维布/喷涂铝复合极板双电层电容器及其制备方法”，专利号为ZL03124290.1)。“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来达到储存能量的目的，该类电极材料包括金属氧化物、氮化物和高分子聚合物等，与此有关的较为典型的专利例如有清华大学的(名称为“基于氧化钴及氧化钌的混合式超级电容器及其制备方法”，专利号为ZL200810111892.7)。超级电容器的核心组件是其电极，传统活性碳电极多采用在铝箔表面直接涂覆活性碳浆料的方法制备，该方法与锂离子电池电极制备方法类似，具有工艺成熟、简单等优点，但是存在活性碳材料层容易脱落等不足，这样的不足严重影响了超级电容器的使用寿命及可靠性。

本发明提出一种基于三层结构电极的超级电容器的制备方法，其特征是，通过在铝箔基片表面上采用无气喷涂工艺或刮涂工艺制备导电层，进而通过涂覆工艺及膜片轧制工艺而在导电层表面制备活性碳材料层。基于所述新型的三层结构电极的超级电容器具有活性碳材料层不易脱落、储能密度大和性能稳定等特点，在交通、能源、航天、绿色新能源和军用领域等中具有重要的应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种活性碳电极以及以所述电极作为正极和负极的超级电容器。具体地说，本发明通过如下技术方案来完成。

1.一种活性碳电极，其特征在于，所述活性碳电极由铝箔基片、导电层和活性碳材料层叠加而成。

2.根据技术方案1所述的活性碳电极，其特征在于，在将所述铝箔基片、导电层和活性碳材料层叠加后，经过辊压工艺处理来制得。

3.根据技术方案1或2所述的活性碳电极，其特征在于，所述导电层由导电涂料制得，所述导电涂料包含作为导电材料的石墨与乙炔黑。

4.根据技术方案3所述的活性碳电极，其特征在于，所述石墨的粒度不高于5微米，占所述导电层的比例为90质量％至98质量％。

5.根据技术方案3所述的活性碳电极，其特征在于，所述导电层的厚度不高于30微米。

6.根据技术方案3所述的活性碳电极，其特征在于，所述导电层由无气喷涂工艺将所述导电涂料喷涂于所述铝箔基片的表面来形成。

优选的是，所述导电涂料按照如下方法配制：将所述导电材料与丁酮按照1∶1的质量比混合，然后采用胶体磨研磨工艺处理而成。

另外优选的是，在喷涂过程中，将高压泵工作压力控制为2.5Mpa～4Mpa，并将喷涂厚度的误差控制在1mg/cm²范围内。

7.根据技术方案1或2所述的活性碳电极，其特征在于，所述活性碳材料层包含活性碳材料、乙炔黑和粘合剂。

优选的是，以所述活性碳材料层的总质量计，所述活性碳材料的质量比为70％至95％，所述乙炔黑的质量比为5％至30％，所述粘合剂的质量比为5％至10％。另外优选的是，所述活性碳材料层采用浆料涂覆工艺或膜片轧制工艺制备。

8.根据技术方案7所述的活性碳电极，其特征在于，所述活性碳材料层采用浆料涂覆工艺制备。

优选的是，所述粘合剂为羧甲基纤维素钠。

另外优选的是，所述浆料采用如下方法制备：将所述活性碳材料、乙炔黑和作为粘合剂的所述羧甲基纤维素钠在水中搅拌并经胶体磨研磨处理后制得；

另外优选的是，所述涂覆工艺为采用刮涂方式将所述浆料涂覆于所述导电层的表面，并将所涂制的活性碳材料层的厚度控制为100微米至300微米。

9.根据技术方案7所述的活性碳电极，其特征在于，所述活性碳材料层采用膜片轧制工艺制备。

优选的是，所述粘合剂为聚四氟乙烯。