[发明专利]一种超级电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种储能装置及其制备方法，特别涉及一种新型超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器一种新型储能装置，它具有充电时间极短、使用寿命长、功率密度大等优点，因此可以广泛应用于新能源电力汽车、混动动力汽车、电力列车能量回收与列车启动，以及军事上作为坦克车、装甲车的启动电源和大型激光武器的脉冲电源等。

超级电容器制备通常采用类似锂离子电池制备方法，将粉末状的活性材料、导电添加剂、粘合剂和溶剂等一起混合均匀配成浆料涂抹于金属集流体上，烘干制得电极，然后与隔膜一起制成三明治结构，注入电解液，封装而成。采用这种方式制备的超级电容器，电极中，粘合剂和金属集流体的质量往往占到整个电极质量近50%，而直接贡献电容的活性物质只占总的电容器质量的50%，因此，整个超级电容器比容量大打折扣。另外，这种凃浆的方式制备的超级电容器电极透液性不好，溶液扩散困难。

活性自支撑结构电极，是一种双重功能的电极，电极自身就是活性物质，同时还是导电的自支撑结构，可充当集流体的作用。超级电容器的活性自支撑电极，常见的有碳纳米管纸电极，石墨烯纸电极及其它们进一步负载其他导电聚合物、金属氧化物的电极等。例如，发明专利CN102436934A公开了一种在已经制备好的碳纳米管纸上负载MnO₂和石墨烯活性材料，制成自支撑结构的超级电容器电极。又如，发明专利CN103280338A公开了一种在碳纳米管巴基纸上利用电化学脉冲聚合和真空抽滤实现在原有碳纳米纸上包覆一层导电聚合物和热固性树脂，制成超容电极。活性自支撑电极可大幅减轻超级电容器质量。但是，现有的活性自支撑电极的导电性很难和金属比拟，用其制作超级电容器的内阻过高，并且活性自支撑电极与极耳连接也较困难，导致尺寸无法做大，使得活性自支撑结构电极的超级电容器在实际应用中受阻。

传统超级电容器电极，为金属集流体提供电极支撑和电流集流，活性粉末配成的浆料涂抹在集流体上，这种方式制备的超级电容器质量过大；活性自支撑电极是则完全不需要额外的集流体，采用活性物质本身作为支撑和集流体，此方式制备超级电容器内阻过大。本发明旨在克服传统凃浆方式制备的超级电容器质量过大和目前活性自支撑电极方式内阻过大的缺陷，提供一种新型超级电容器及其制备方法。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种新型超级电容器；另一目的在于提供所述超级电容器的制备方法。

本发明第一目的是这样实现的，所述超级电容器是由活性自支撑电极、隔膜、印刷在活性自支撑电极上的导电集流金属栅线、电解液、封装外壳、引出电极端组成，导电集流金属栅线与活性自支撑电极电接触良好，负责收集活性自支撑电极电流，汇入引出电极端，隔膜位于两个电极之间以隔开两个电极。

所述活性自支撑为纳米活性电极，具体为以下任意一种电极：

（1）碳纳米管纸自支撑电极；

（2）石墨烯纸自支撑电极；

（3）碳纳米管与活性碳纳米复合自支撑电极；

（4）碳纳米管与石墨烯复合自支撑电极；

（5）碳纳米管与MnO₂、NiO、V₂O₅、RuO₂中的一种复合自支撑电极；

（6）碳纳米管外包覆导电聚合物自支撑电极。

所述印刷在活性自支撑电极上的导电集流金属栅线，导电材质为金属银。

本发明第二目的是这样实现的，包括印刷金属栅线，联接引出电极端，放置隔膜叠层，预封装，注液，封装与静置，具体为：

（1）印刷金属栅线，将金属导电浆料印刷在活性自支撑电极上，烘干，固化成型；

（2） 联接引出电极端，将引出电极端与金属栅线联接；

（3）放置隔膜叠层，采取一层电极一层隔膜的方式将电极和隔膜折叠在一起；

（4）预封装，将折叠好的电极与隔膜封装起来，留一个开口；

（5）注液，从开口处向电容器注入电解液；

（6）将开口封口定型，静置。

所述印刷金属栅线，具体为采用丝网印刷、钢板印刷或者喷印中的一种方式。

所述联接引出电极端，联接方式为采用焊接和导电胶粘结中的一种方式。

有益效果

本发明的新型超级电容器，采用全新的设计与制作方案，将导电浆料用印刷的方式涂抹在其上，整个电极起支撑作用的是活性物质，而传导汇流部分，仅需印刷少量导电浆料就可以。因此具有质轻，比容大，制作工艺简单的优点。

附图说明