專利名稱：一種電化學(xué)超級(jí)電容器的制備方法
一種電化學(xué)超級(jí)電容器的制備方法[技術(shù)領(lǐng)域]本發(fā)明涉及電化學(xué)電容器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種電化學(xué)超級(jí)電 容器的制備方法。 [背景技術(shù)]電化學(xué)超級(jí)電容器有著比傳統(tǒng)電容器功率密度大和比充電電池功 率密度高的優(yōu)點(diǎn)，而且可快速充放電，使用壽命長(zhǎng)，是一種新型、高效、 實(shí)用的能量存儲(chǔ)裝置，有著廣泛的應(yīng)用前景，如便攜式儀器設(shè)備、數(shù)據(jù) 記憶存儲(chǔ)系統(tǒng)、電動(dòng)汽車電源及應(yīng)急后備電源等，電化學(xué)超級(jí)電容的關(guān) 鍵在于電極與電解質(zhì)材料的選擇。固態(tài)電解質(zhì)由于良好的可靠性、無(wú)電解質(zhì)泄漏、高比能量等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，它克服了通常的液態(tài)電解質(zhì)H2S04和K0H等腐蝕性強(qiáng)、 污染環(huán)境、易凝固、易氣化等缺陷和在存儲(chǔ)、運(yùn)輸和工作期間極易產(chǎn)生 漏液現(xiàn)象，從而縮短其使用壽命，以及如季銨鹽(RJO、 C104—等電導(dǎo)率 低的缺點(diǎn)。以凝膠聚合物為電解質(zhì)具有低成本，高離子導(dǎo)電性、低腐蝕 性、優(yōu)良熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，而且很容易被涂覆到電極表面，非常 適合于作為電化學(xué)超級(jí)電容器的一類固態(tài)電解質(zhì)。電極材料是超級(jí)電容器性能的決定性因素，碳材料是目前人們普遍 關(guān)注的優(yōu)良電極材料。目前使用比較多的碳材料有活性炭和碳?xì)饽z， 但是這兩種材料存在著一些缺點(diǎn)，如活性碳具有較高的內(nèi)阻，需要用很 復(fù)雜的工藝進(jìn)行電導(dǎo)率的提升，而且電容量??；而碳?xì)饽z的合成工藝 復(fù)雜，成本高昂。碳納米管是一種新型的碳納米材料，它具有良好的導(dǎo)電性、大的比表面積、良好的化學(xué)惰性、適合電解質(zhì)離子遷移的孔隙，孔徑一般〉2nm, 以及交互纏繞可形成納米尺度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為是超級(jí)電容器尤其是 高功率超級(jí)電容器的理想電極材料。采用低壓化學(xué)氣相沉積裝置在導(dǎo)電 基底上大面積生長(zhǎng)具有高比表面積、高容量、低成本的碳納米管-碳纖 維復(fù)合材料，可作為比較理想的電極材料。 [發(fā)明內(nèi)容]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，以碳納米管-碳纖維復(fù) 合材料為電極、凝膠聚合物為電解質(zhì)，而制備的一種電化學(xué)超級(jí)電容器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)一種電化學(xué)超級(jí)電容器的制備方法，包括密 封膠、固態(tài)電解質(zhì)、隔膜、正/負(fù)電極，將固態(tài)電解質(zhì)涂覆在正、負(fù)電 極表面，然后用抽真空或靜置的方法除去電解質(zhì)內(nèi)的氣泡，再將正、負(fù) 電極疊合在一起，中間放入隔膜，最后用密封膠密封周邊，便得到電化學(xué)超級(jí)電容器，其特征在于固態(tài)電解質(zhì)采用由聚合物溶液、聚酸溶液、 無(wú)機(jī)鹽溶液按50: 50: 1 1: 1: 1的質(zhì)量份數(shù)比混合后干燥制得的凝 膠聚合物，電極采用碳納米管一碳纖維。所述的聚合物溶液是將聚乙烯 醇或聚丙烯酰胺或聚環(huán)氧乙烷或聚乙烯吡咯烷酮或聚偏二氟乙烯或聚 丙烯腈溶于水咸乙醇或丙酮有機(jī)溶液中制得，其質(zhì)量百分比濃度為 10%-30%。所述的聚酸溶液是將磷鉬酸或磷鎢酸或磷硅酸或磷鉬酸、磷 鎢酸與磷硅酸的混合物溶于水或乙醇或丙酮中制得,其質(zhì)量百分比濃度 為10%-60%。所述的無(wú)機(jī)鹽溶液是將氯鹽或氟鹽或硝酸鹽或硫酸鹽或磷酸鹽溶于水或乙醇或丙酮中制得，其質(zhì)量百分比濃度為1%-99%。所述的作為電極的碳納米管一碳纖維是采用化學(xué)氣相沉積法或直流電弧法或電子束蒸發(fā)法在鐵或鈷或鎳或銅或鐵與鈷與鎳的合金片襯底基片上直 接生長(zhǎng)的碳納米管-碳纖維，或采用電泳或絲網(wǎng)印刷的方法在導(dǎo)電襯底 基片上制備碳納米管-碳纖維薄膜作為電極。所述的導(dǎo)電襯底基片采用 鐵或鈷或鎳或鋅或銅或鋁或鈦或不銹鋼或石墨或氧化鋅或氧化銦錫薄 片，或采用在玻璃或聚乙烯或聚丙烯或陶瓷或石墨上鍍有鐵或鈷或鎳或 鋅或銅或鋁或鈦或不銹鋼或石墨或氧化鋅或氧化銦錫薄膜的基片。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，能快速充放電、窗口電壓范圍寬，擁有較 高的比電容量，具有良好的電化學(xué)電容器性能。 [


]圖l為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中碳納米管-碳纖維形貌圖，碳納米管與碳 纖維交互纏繞形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，密度分布均勻，形成非常豐富的堆積孔。圖3為本發(fā)明中一實(shí)施例的循環(huán)伏安曲線，掃描電壓范圍0V 2V， 圖形近似矩形狀，且沒(méi)有明顯的氧化還原峰，說(shuō)明其有較好的電容特性， 電容值為32. 3F/g。圖4為本發(fā)明中另一實(shí)施例的碳納米管-碳纖維形貌圖，從圖上看， 碳納米管交互纏繞形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，密度分布均勻。圖5為本發(fā)明中另一實(shí)施例的循環(huán)伏安曲線，從圖上看，掃描電壓 范圍0V 2V，圖形近似矩形狀，且沒(méi)有明顯的氧化還原峰，說(shuō)明其有較 好的電容特性，電容值為42.5F/g。指定圖l為摘要附圖。參見(jiàn)附圖l， l為密封膠；2為固態(tài)電解質(zhì)；3為隔膜；4為正/負(fù)電極。 [具體實(shí)施方式
]下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，本發(fā)明對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)還是 比較清楚的。 實(shí)例1將銅鎳合金片進(jìn)行預(yù)處理用砂紙打磨，然后分別在丙酮及水中各 超聲10分鐘，然后利用低壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備在合金片上生長(zhǎng)碳納米管-碳纖維薄膜，乙炔與氫氣流量分別為40sccni和200sccm，生長(zhǎng)溫度 為60(TC，生長(zhǎng)時(shí)間為30分鐘，生長(zhǎng)后的碳納米管-碳纖維合金基片用 作超級(jí)電容器的電極，其形貌如圖2所示。聚乙烯醇在水浴85C條件下溶解于蒸餾水，配制得到15%聚乙烯醇 溶液，分別將磷鉬酸和氯化鉀溶解于蒸餾水，配制得到30%磷鉬酸溶液 和15%氯化鉀溶液，然后將15%聚乙烯醇溶液、30%磷鉬酸溶液和15%氯 化鉀溶液以質(zhì)量比為20 : 3 : 1混合，得到檸檬黃色凝膠狀電解質(zhì)。組裝電化學(xué)超級(jí)電容器時(shí)，將電解質(zhì)涂覆在兩片碳納米管-碳纖維 電極表面，厚度約為1 3毫米，然后將其靜置約12小時(shí)以除氣泡，除 完氣泡后，將兩片電極疊合在一起，中間放入隔膜，用密封膠密封兩端， 然后放入烘箱中烘烤15分鐘,溫度約為IO(TC，得到電化學(xué)超級(jí)電容器， 參見(jiàn)圖3為制得的超級(jí)電容器的循環(huán)伏安曲線。實(shí)施例2用絲網(wǎng)印刷法在玻璃襯底上刷上銀漿，厚度約為180微米，然后烘 烤45min，溫度為420T:，利用低壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備在鎳片上生長(zhǎng)碳納 米管-碳纖維薄膜，乙炔與氫氣流量分別為60sccm和200sccm，生長(zhǎng)溫度 為55(TC，生長(zhǎng)時(shí)間為30分鐘，將長(zhǎng)有碳納米管-碳纖維的鎳片放入丙酮 中超聲30min將碳納米管-碳纖維從鎳片上剝落，配制丙酮-氫氧化鈉電解質(zhì)，加入碳納米管-碳纖維，以銅片作為正電極，附有銀漿的玻璃片作為負(fù)極，外加20V直流電壓，沉積5min，沉積了碳納米管-碳纖維的玻 璃片用作超級(jí)電容器的電極，其形貌如圖4所示。將聚丙烯酰胺在水浴4(TC下溶于水中，在200r/min轉(zhuǎn)速下攪拌得 到0.05%溶液，分別將磷鉬酸和磷鎢酸溶解于蒸餾水，配制得到50%磷鉬 酸溶液和50%磷鎢酸溶液，將O. 05%聚丙烯酰胺溶液、50%磷鉬酸溶液和50%磷鎢酸溶液以質(zhì)量比為10 : i: i混合，得到檸檬黃色凝膠狀電解質(zhì)。組裝電化學(xué)超級(jí)電容器時(shí)，將電解質(zhì)涂覆在兩片碳納米管-碳纖維電極表面，厚度約為1 3毫米，然后將它們放入本底真空為2.3帕的真 空腔室中緩慢抽真空，以除氣泡，除完氣泡后，將兩片電極疊合在一起， 中間放入隔膜，用密封膠密封兩端，然后放入烘箱中烘烤15分鐘，溫度 約為10(TC，得到電化學(xué)超級(jí)電容器，參見(jiàn)圖5為制得的超級(jí)電容器的循 環(huán)伏安曲線。
權(quán)利要求
1、一種電化學(xué)超級(jí)電容器的制備方法，包括密封膠、固態(tài)電解質(zhì)、隔膜、正/負(fù)電極，將固態(tài)電解質(zhì)涂覆在正、負(fù)電極表面，然后用抽真空或靜置的方法除去電解質(zhì)內(nèi)的氣泡，再將正、負(fù)電極疊合在一起，中間放入隔膜，最后用密封膠密封周邊，便得到電化學(xué)超級(jí)電容器，其特征在于固態(tài)電解質(zhì)采用由聚合物溶液、聚酸溶液、無(wú)機(jī)鹽溶液按50∶50∶1～1∶1∶1的質(zhì)量份數(shù)比混合后干燥制得的凝膠聚合物，電極采用碳納米管-碳纖維。
2、 如權(quán)利要l所述的一種電化學(xué)超級(jí)電容器的制備方法，其特征在 于所述的聚合物溶液是將聚乙烯醇或聚丙烯酰胺或聚環(huán)氧乙烷 或聚乙烯吡咯烷酮或聚偏二氟乙烯或聚丙烯腈溶于水戎乙醇或丙 酮有機(jī)溶液中制得，其質(zhì)量百分比濃度為10%-30%。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種電化學(xué)超級(jí)電容器的制備方法，其特征 在于所述的聚酸溶液是將磷鉬酸或磷鎢酸或磷硅酸或磷鉬酸、 磷勢(shì)酸與磷硅酸的混合物溶于水或乙醇或丙爾中制得，其質(zhì)量百分比濃度為10%-60%。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種電化學(xué)超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于所述的無(wú)機(jī)鹽溶液是將氯鹽或氟鹽或硝酸鹽或硫酸鹽或磷酸鹽溶于水或乙醇或丙兩中制得，其質(zhì)量百分比濃度為1%-99%。
5、 如權(quán)利要求1所述一種電化學(xué)超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于所述的作為電極的碳納米管一碳纖維是采用化學(xué)氣相沉積法或直流電弧法或電子束蒸發(fā)法在鐵或鈷或鎳或銅或鐵與鈷與鎳的 合金片襯底基片上直接生長(zhǎng)的碳納米管-碳纖維，或采用電泳或絲網(wǎng)印刷的方法在導(dǎo)電襯底基片上制備碳納米管-碳纖維薄膜作 為電極。
6、 如權(quán)利要求5所述的一種電化學(xué)超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于所述的導(dǎo)電襯底基片采用鐵或鈷或鎳或鋅或銅或鋁或鈦或 不銹鋼或石墨或氧化鋅或氧化銦錫薄片，或采用在玻璃或聚乙烯 或聚丙烯或陶瓷或石墨上鍍有鐵或鈷或鎳或鋅或銅或鋁或鈦或不 銹鋼或石墨或氧化鋅或氧化銦錫薄膜的基片。
全文摘要
本發(fā)明涉及電容技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種電化學(xué)超級(jí)電容器的制備方法，包括密封膠、固態(tài)電解質(zhì)、隔膜、正/負(fù)電極，將固態(tài)電解質(zhì)涂覆在正、負(fù)電極表面，然后用抽真空或靜置的方法除去電解質(zhì)內(nèi)的氣泡，再將正、負(fù)電極疊合在一起，中間放入隔膜，最后用密封膠密封周邊，便得到電化學(xué)超級(jí)電容器，其特征在于固態(tài)電解質(zhì)采用由聚合物溶液、聚酸溶液、無(wú)機(jī)鹽溶液按50∶50∶1～1∶1∶1的質(zhì)量份數(shù)比混合后干燥制得的凝膠聚合物，電極采用碳納米管—碳纖維。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，能快速充放電、窗口電壓范圍寬，擁有較高的比電容量，具有良好的電化學(xué)電容器性能。
文檔編號(hào)H01G9/00GK101236841SQ20081003255
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者卓 孫, 張燕萍, 潘麗坤 申請(qǐng)人:上海納晶科技有限公司