[发明专利]超级电容电池及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及电容器领域，特别涉及一种超级电容电池及其制备方法。

【背景技术】

20世纪90年代，对电动汽车的开发以及对功率脉冲电源的需求，更刺激了人们对电化学电容器的研究。目前电化学电容器的比能量仍旧比较低，而电池的比功率较低，人们正试图从两个方面解决这个问题：(1)将电池和超级电容器联合使用，正常工作时，由电池提供所需的动力；启动或者需要大电流放电时，则由电容器来提供，一方面可以改善电池的低温性能不好的缺点；可以解决用于功率要求较高的脉冲电流的应用场合，如GSM、GPRS等。电容器和电池联合使用可以延长电池的寿命，但这将增加电池的附件，与目前能源设备的短小轻薄等发展方向相违背。(2)利用电化学电容器和电池的原理，开发混合电容器作为新的贮能元件。

1990年Giner公司推出了贵金属氧化物为电极材料的所谓赝电容器或称准电容器(Pseudo-capacitor)。为进一步提高电化学电容器的比能量，1995年，D.A.Evans等提出了把理想极化电极和法拉第反应电极结合起来构成混合电容器的概念(Electrochemical Hybrid Capacitor，EHC或称为Hybrid capacitor)。1997年，ESMA公司公开了NiOOH/AC混合电容器的概念，揭示了蓄电池材料和电化学电容器材料组合的新技术。2001年，G.G.Amatucci报告了有机体系锂离子电池材料和活性炭组合的Li₄Ti₅O₁₂/AC电化学混合电容器，是电化学混合电容器发展的又一个里程碑。然而，此电化学混合电容器存在功率密度低且能量密度低的问题。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种兼具高比功率特性及高比能量特性的电容电池。

一种超级电容电池，包括正极、负极、介于所述正极和负极之间的隔膜及电解液，所述正极、负极和隔膜浸泡于所述电解液中，所述正极包括正极集流体以及涂布在所述正极集流体上的正极材料，所述正极材料包括正极活性材料、第一粘结剂及第一导电剂，所述正极活性材料由碳素材料与锂离子材料组成，所述正极活性材料中所述碳素材料的含量大于等于70％且小于100％；所述负极包括负极集流体以及涂布在所述负极集流体上的负极材料，所述负极材料包括负极活性材料、第二粘结剂及第二导电剂，所述负极活性材料由硅纳米线和石墨烯组成，所述硅纳米线与石墨烯的质量比为1～20∶80～99。

在优选的实施例中，所述正极活性材料、第一粘结剂及第一导电剂的质量比为85～90∶5～10∶5～10；所述负极活性材料、第二粘结剂及第二导电剂的质量比为85～90∶5～10∶5～10。

在优选的实施例中，所述锂离子材料为磷酸铁锂、锂镍钴锰氧、锂钴氧、锂锰氧、锂镍锰氧、锂镍钴氧、锂钒氧或硅酸铁锂。

在优选的实施例中，所述第一导电剂与第二导电剂为乙炔黑、导电炭黑或碳纳米管；所述第一粘结剂与第二粘结剂为聚偏氟乙烯。

此外，还有必要提供一种兼具高比功率特性及高比能量特性的电容电池的制备方法。

一种超级电容电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将碳素材料与锂离子材料配制成正极活性材料，所述正极活性材料中所述碳素材料的含量大于等于70％且小于100％，将硅纳米线与石墨烯按质量比为1～20∶80～99制备成负极活性材料；

步骤二：将所述正极活性材料与第一粘结剂、第一导电剂及第一溶剂混合配制成正极浆料，将所述负极活性材料与第二粘结剂、第二导电剂及第二溶剂混合配制成负极浆料；

步骤三：将所述正极浆料涂布在正极集流体上，然后干燥及轧膜，分切制作成正极，将所述负极浆料涂布在负极集流体上，然后干燥及轧膜，分切制作成负极；及

步骤四：将所述正极、隔膜及负极依次贴合组装后浸泡于电解液中，得到所述超级电容电池。

在优选的实施例中，所述负极活性材料的制备过程还包括如下步骤：将质量比为1～20∶160～200的硅纳米线与氧化石墨粉末配成混合物，将所述混合物置于水溶液中超声混合，经真空干燥后，再将所述混合物置于还原性气氛下以10～100℃/分钟的速度升温至200～1200℃，加热1～10小时得到粉末混合物，然后将所述粉末混合物在还原性气氛中冷却至室温，得到所述负极活性材料。

在优选的实施例中，步骤二中，所述正极活性材料、第一粘结剂及第一导电剂的质量比为85～90∶5～10∶5～10；所述负极活性材料、第二粘结剂及第二导电剂的质量比为85～90∶5～10∶5～10。