專利名稱：：一種太陽(yáng)能儲(chǔ)能用超級(jí)電容器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于太陽(yáng)能儲(chǔ)能器件領(lǐng)域，具體涉及一種太陽(yáng)能儲(chǔ)能用超級(jí)電容器及其制備方法。
背景技術(shù)：
：超級(jí)電容器作為一種新型儲(chǔ)能元件己經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注，并進(jìn)行了廣泛的研究。其能量密度比傳統(tǒng)的電解電容器高上百倍，漏電流小近千倍，它的放電比功率較蓄電池高近十倍，不需要任何維護(hù)和保養(yǎng)，壽命長(zhǎng)達(dá)十年以上，是一種理想的大功率二次電源。己成功的應(yīng)用于電動(dòng)車輛、激光微波武器、移動(dòng)通信裝置、計(jì)算機(jī)以及作為燃料電池的啟動(dòng)電源等，超大容量電容器與蓄電池聯(lián)用作為綠色環(huán)保型交通工具電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)被認(rèn)為是解決電動(dòng)汽車推動(dòng)問題的較好途徑。電化學(xué)電容器作為高脈沖電流發(fā)生器也將在航空航天、國(guó)防等方面發(fā)揮重要作用。目前光伏電池的儲(chǔ)能裝置還是以超級(jí)鉛酸蓄電池為主，主要是因?yàn)殂U酸蓄電池價(jià)格低廉。而超級(jí)電容器高昂的價(jià)格限制了其在太陽(yáng)能儲(chǔ)能方面的應(yīng)用。所以針對(duì)超級(jí)電容器大電流放電性能要求不高的前提下，開發(fā)低成本的太陽(yáng)能儲(chǔ)能用超級(jí)電容器破在眉睫。中國(guó)專利200510028383.4涉及到一種電容器，以毛刺金屬帶作為活性炭集流體，將炭膏碾壓到毛刺金屬集流體上。該法制備活性炭電極工藝相對(duì)復(fù)雜，活性炭電極厚度不均勻，電極的均一性得不到保障。中國(guó)專利200610148798.X涉及到一種混合型超級(jí)電容器，正極活性物質(zhì)為氫氧化鎳與二氧化錳混合粉體，和膏后涂覆在泡沫鎳上。氫氧化鎳與二氧化錳放電平臺(tái)電壓不一致，導(dǎo)致正極性能不穩(wěn)定，用泡沫鎳作為集流體，成本高，應(yīng)用推廣較為困難。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)目前超級(jí)電容器成本偏高、市場(chǎng)應(yīng)用較為困難的缺點(diǎn)，從而提供一種高性能、低成本的太陽(yáng)能儲(chǔ)能用超級(jí)電容器。目前，只有降低超級(jí)電容器的成本，市場(chǎng)推廣才能實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的目的可以通過以下措施達(dá)到一種太陽(yáng)能儲(chǔ)能用超級(jí)電容器，包括正極、負(fù)極和集流體，正極采用氫氧化鎳的鍍鎳沖孔鋼帶拉漿式正極，負(fù)極采用活性炭的鍍鎳沖孔鋼帶拉漿式負(fù)極。其中正極的漿料組成及重量百分比為氫氧化鎳7095%，導(dǎo)電劑315%，粘結(jié)劑110%，羧甲基纖維素鈉15%(各組分用量之和滿足100%);優(yōu)選為氫氧化鎳83%，乙炔黑7%，石墨3°/。，粘結(jié)劑5%，羧甲基纖維素鈉2%;負(fù)極的漿料組成及重量百分比為活性炭7095°/。，導(dǎo)電劑220%，粘結(jié)劑210%，羧甲基纖維素鈉15%(各組分用量之和滿足100%);優(yōu)選為活性炭82.5%，石墨10%，粘結(jié)劑6%，羧甲基纖維素鈉2.5%。粘結(jié)劑通常選用聚四氟乙烯(PTFE)，導(dǎo)電劑有很多種，如石墨、乙炔黑、導(dǎo)電炭等。正極槳料中還可加入正極漿料質(zhì)量2~8%的鈷和1~5%的鋅以提高性能，但鈷的價(jià)格較高。本發(fā)明超級(jí)電容器的一個(gè)特點(diǎn)是正極容量為負(fù)極容量1.21.8倍。超級(jí)電容正極采用鎳電極，屬于電池型正極，其壽命要比活性炭電極壽命短，為了保證電容器的使用壽命，本發(fā)明降低電容器活性炭的用量，將正極容量設(shè)計(jì)為負(fù)極容量的1.21.8倍。本發(fā)明超級(jí)電容器的一個(gè)特點(diǎn)是正極極片單獨(dú)化成。正極單獨(dú)化成解決了正極組成電容器化成時(shí)負(fù)極析氫過程中對(duì)電極活性物質(zhì)影響，從而避免了活性炭利用率下降和電極內(nèi)阻升高的問題。正極單獨(dú)化成也使正極在制作過程中引入的雜質(zhì)離子溶入電解液，降低電容器的漏電流。以上的措施可以提高電容器的性能，同時(shí)降低電容器的成本。一種超級(jí)電容器的制備方法，將正、負(fù)極槳料用水和好后，涂覆在集流體鍍鎳沖孔鋼帶上，干燥并壓片制成正極片或負(fù)極片；將正極片化成，包上隔膜，按正、負(fù)極容量比為L(zhǎng)21.8:1的比例組裝成電容器芯子，入殼，注入電解液，制得太陽(yáng)能儲(chǔ)能用超級(jí)電容器。和膏時(shí)，先將正極漿料中的氫氧化鎳、乙炔黑和石墨混勻，再加入粘結(jié)劑、羧甲基纖維素鈉溶液和水進(jìn)行和膏，至固液比L21.6:h負(fù)極為先活性炭和石墨混勻，再加入水、粘結(jié)劑和羧甲基纖維素鈉溶液進(jìn)行和膏，至固液比1.21.6:1。拉漿時(shí)將和好的漿料涂覆在鍍鎳沖孔鋼帶上，其中集流體鍍鎳沖孔鋼帶上鍍鎳層的厚度為52(Him。涂覆過漿料的正、負(fù)極集流體采用循環(huán)風(fēng)干燥，其中正極的干燥溫度為120160'C，負(fù)極干燥溫度為80120°C。正極片化成時(shí)，正極采用氫氧化鎳，負(fù)極采用鎳、銅或不銹鋼金屬板，電解液采用510mol/L的KOH或NaOH溶液，還可以添加少量LiOH，含量在5~20g/L。一般可采用1C充電、2C放電的化成制度。電解液可采用常規(guī)超級(jí)電容器的電解液，一般為510mol/L的KOH或NaOH溶液。本發(fā)明的超級(jí)電容器用作太陽(yáng)能儲(chǔ)能用，所以對(duì)電容器的容量，能量密度要求比較高。而目前市面的超級(jí)電容器大部分都是利用超級(jí)電容器高功率輸出這一特性，所以對(duì)電容器的容量較低，基本上是6000F以下的產(chǎn)品，功率密度為0.83kw/kg，能量密度為310wh/kg。要作為太陽(yáng)能儲(chǔ)能用，最小單元為80000F。電容器的壽命也視電容器類型而定，對(duì)稱型超級(jí)電容器壽命為50萬(wàn)次以上，但是比能量低，不適合作儲(chǔ)能用，而不對(duì)稱的超級(jí)電容器壽命只有8萬(wàn)次以上，比能量高。本發(fā)明的超級(jí)電容器為水系不對(duì)稱型超級(jí)電容器，壽命一般都在IO次左右。本發(fā)明的超級(jí)電容器功率密度為1000w/kg，其能量密度為14wh/kg，在同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先地位。目前市場(chǎng)上的超級(jí)電容器價(jià)格高，容量低，無(wú)法用作太陽(yáng)能儲(chǔ)能用。本發(fā)明的超級(jí)電容器針對(duì)太陽(yáng)能儲(chǔ)能用對(duì)電流要求不高的前提，通過使用廉價(jià)的替代材料，使得超級(jí)電容器成本降低40%。本發(fā)明得到的超級(jí)電容器不僅性能優(yōu)異，而且成本低，易于推廣應(yīng)用。具體實(shí)施例方式實(shí)施例l1、和膏正極和膏，漿料的各成分配比為氫氧化鎳83%，乙炔黑79G，石墨30%，粘結(jié)劑(PTFE)59&，羧甲基纖維素鈉2%。氫氧化鎳、石墨、乙炔黑按上述比例混合均勻后，加入PTFE、3wt96羧甲基纖維素鈉溶液、水，固液比保持在1.4:1，攪拌2h。負(fù)極和膏，漿料的各成分配比為活性炭82.5%，石墨10%，粘結(jié)劑(PTFE)6先，羧甲基纖維素鈉2.5%?；钚蕴俊⑹瓷鲜霰壤旌暇鶆蚝?，加入PTFE、3%羧甲基纖維素鈉溶液、水，固液比保持在2.1:1。2、拉槳:將上述和好的正負(fù)漿料涂覆在鍍鎳沖孔鋼帶上，沖孔鋼帶鍍鎳層厚度為l(^m。正極走帶速度為20m/h，負(fù)極走帶速度為30m/h。3、干燥:采用循環(huán)風(fēng)干燥，正極干燥溫度14(TC,負(fù)極干燥溫度為10(TC。4、壓片干燥后的極片20MPa滾壓。5、正極化成:化成正極用氫氧化鎳正極，負(fù)極采用鎳金屬板做負(fù)極，電解液為7mol/L的K0H溶液。采用1C充電，2C放電的化成制度。6、組裝:正負(fù)極套PP/PE復(fù)合隔膜后，按容量1.2:1的比例組裝成電容器芯子，入殼后，制成80000F電容器。7、注液注7mol/L的K0H溶液。超級(jí)電容器10A充電至1.5V，10A放電至0.8V，循環(huán)壽命達(dá)9萬(wàn)次以上。該超級(jí)電容器功率密度為1000w/kg，其能量密度為14wh/kg。根據(jù)各種原材料的價(jià)格和超級(jí)電容器實(shí)際用量，將本發(fā)明超級(jí)電容器與傳統(tǒng)的超級(jí)電容器做材料成本比，結(jié)果如表l所示。表l1.5V，80000F超級(jí)電容器的成本比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例21、和膏正極和膏，漿料的各成分配比為氫氧化鎳83%，乙炔黑7%，石墨3%,粘結(jié)劑(PTFE)5呢，羧甲基纖維素鈉2%。氫氧化鎳、石墨、乙炔黑按上述比例混合均勻后，加入PTFF、3討％羧甲基纖維素鈉溶液、適量的水，固液比保持在1.4:1，攪拌2h。負(fù)極和膏，槳料的各成分配比為活性炭82.5%，石墨10%，粘結(jié)劑(PTFE)69&,羧甲基纖維素鈉2.5%?；钚蕴?、石墨按上述比例混合均勻后，加入PTFE、3wt%羧甲基纖維素鈉溶液、適量的水，固液比保持在2.1:1。2、拉漿:將上述和好的正負(fù)漿料涂覆在鍍鎳沖孔鋼帶上，沖孔鋼帶鍍鎳層的厚度為10pm。正極走帶速度為20m/h，負(fù)極走帶速度為30m/h。3、干燥:采用循環(huán)風(fēng)干燥，正極干燥溫度14(TC，負(fù)極干燥溫度為10(TC。4、壓片干燥后的極片20MPa滾壓。5、正極化成:化成正極用氫氧化鎳正極，負(fù)極采用鎳金屬板做負(fù)極，電解液為7mol/L的K0H溶液。采用1C充電，2C放電的化成制度。6、組裝:正負(fù)極容量按1.4:1的比例組裝成電容器芯子，入殼后，制成80000F電容器。7、注液:注7mol/L的K0H溶液。超級(jí)電容器10A充電至1.8V，10A放電至0.8V，循環(huán)壽命達(dá)ll萬(wàn)次以上。根據(jù)各種原材料的價(jià)格和超級(jí)電容器實(shí)際用量，將本發(fā)明超級(jí)電容器與傳統(tǒng)的超級(jí)電容器做材料成本比較，，結(jié)果如表2所示。表21.8V，80000F超級(jí)電容器的成本比較<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1、一種太陽(yáng)能儲(chǔ)能用超級(jí)電容器，包括正極、負(fù)極和集流體，其特征在于正極采用氫氧化鎳的鍍鎳沖孔鋼帶拉漿式正極，負(fù)極采用活性炭的鍍鎳沖孔鋼帶拉漿式負(fù)極。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于正極的漿料組成及重量百分比為氫氧化鎳7095°/。，導(dǎo)電劑315%，粘結(jié)劑110%，羧甲基纖維素鈉15%。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于負(fù)極的漿料組成及重量百分比為活性炭7095%，導(dǎo)電劑220%，粘結(jié)劑210%,羧甲基纖維素鈉15%。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于正極容量為負(fù)極容量1.21.8倍。5、一種權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于將正、負(fù)極漿料用水和好后，涂覆在集流體鍍鎳沖孔鋼帶上，干燥并壓片制成正極片或負(fù)極片；將正極片化成，包上隔膜，按正、負(fù)極容量比為L(zhǎng)21.8:1的比例組裝成電容器芯子，入殼，注入電解液，制得太陽(yáng)能儲(chǔ)能用超級(jí)電容器。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于正極漿料用水和至固液比1.21.6:1，負(fù)極漿料用水和至固液比1.21.6:1。7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述的集流體鍍鎳沖孔鋼帶上鍍鎳層的厚度為520pm。8、根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于涂覆過漿料的正、負(fù)極集流體采用循環(huán)風(fēng)干燥，其中正極的干燥溫度為120160°C，負(fù)極干燥溫度為80120°C。9、根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于正極片化成時(shí)，正極采用氫氧化鎳，負(fù)極采用鎳、銅或不銹鋼金屬板，電解液采用510mol/L的KOH或NaOH溶液。10、根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述的電解液為510mol/L的KOH或NaOH溶液。全文摘要本發(fā)明公開了一種太陽(yáng)能儲(chǔ)能用超級(jí)電容器，包括正極、負(fù)極和集流體，正極采用氫氧化鎳的鍍鎳沖孔鋼帶拉漿式正極，負(fù)極采用活性炭的鍍鎳沖孔鋼帶拉漿式負(fù)極。本發(fā)明還公開了該太陽(yáng)能儲(chǔ)能用超級(jí)電容器的制備方法。本發(fā)明得到的超級(jí)電容器不僅性能優(yōu)異，而且成本低，易于推廣應(yīng)用。文檔編號(hào)H01G9/00GK101383226SQ20081015612公開日2009年3月11日申請(qǐng)日期2008年9月28日優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日發(fā)明者凌付冬,全孫,蘇迎東申請(qǐng)人:江蘇雙登集團(tuán)有限公司