[发明专利]具有高活性质量负载量的超级电容器电极和电芯

权利要求书

1.一种用于生产超级电容器电芯的方法，所述方法包括：

(a)制备多个导电多孔层、与第一液体或凝胶电解质混合的阳极活性材料的多个湿阳极层、以及与第二液体或凝胶电解质混合的阴极活性材料的多个湿阴极层，其中所述导电多孔层含有互连的导电通路和至少80体积％的孔；

(b)堆叠并固结希望数量的所述多孔层和希望数量的所述湿阳极层以形成具有100μm至5mm的厚度的阳极电极；

(c)将多孔隔膜层置于与所述阳极电极接触；

(d)堆叠并固结希望数量的所述多孔层和希望数量的所述湿阴极层，以形成与所述多孔隔膜接触的阴极电极，其中所述阴极电极具有100μm至5mm的厚度；其中步骤(d)在步骤(b)之前或之后进行；以及

(e)将所述阳极电极、多孔隔膜和阴极电极组装并密封在外壳中以生产所述超级电容器电芯；

其中所述阳极电极和/或所述阴极电极具有7mg/cm²至100mg/cm²的材料质量负载量。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述湿阳极层还包含导电添加剂。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述湿阴极层还包含导电添加剂。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述阳极活性材料和/或所述阴极活性材料含有多个碳材料颗粒和/或多个石墨烯片，其中所述多个石墨烯片含有各自具有从1至10个石墨烯平面的单层石墨烯或少层石墨烯，并且所述多个碳材料颗粒在干燥状态下测量时具有500m²/g至2600m²/g的比表面积。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述石墨烯片选自由以下各项组成的组：原生石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯氟化物、石墨烯氯化物、石墨烯溴化物、石墨烯碘化物、氢化石墨烯、氮化石墨烯、硼掺杂石墨烯、氮掺杂石墨烯、化学官能化石墨烯、及其组合。

6.如权利要求4所述的方法，其中所述阳极活性材料或阴极活性材料进一步含有选自金属氧化物、导电聚合物、有机材料、非石墨烯的碳材料、无机材料或其组合的氧化还原对配对材料，其中所述配对材料与石墨烯或碳材料组合形成用于赝电容的氧化还原对。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述金属氧化物选自RuO₂、IrO₂、NiO、MnO₂、VO₂、V₂O₅、V₃O₈、TiO₂、Cr₂O₃、Co₂O₃、Co₃O₄、PbO₂、Ag₂O或其组合。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述无机材料选自金属碳化物、金属氮化物、金属硼化物、金属二硫属化物或其组合。

9.如权利要求6所述的方法，其中所述无机材料选自以下无机材料的纳米盘、纳米片晶、纳米涂层或纳米片：(a)硒化铋或碲化铋，(b)过渡金属二硫属化物或三硫属化物，(c)铌、锆、钼、铪、钽、钨、钛、钴、锰、铁、镍或过渡金属的硫化物、硒化物或碲化物；(d)氮化硼，或(e)其组合；其中所述盘、片晶或片具有小于100nm的厚度。

10.如权利要求4所述的方法，其中所述碳材料选自活性炭、活化的中间相碳微球、活化的石墨、活化或化学蚀刻的炭黑、活化的硬碳、活化的软碳、碳纳米管、碳纳米纤维、活化的碳纤维、活化的石墨纤维、剥离的石墨蠕虫、活化的石墨蠕虫、活化的膨胀石墨鳞片或其组合。