專利名稱：膠體鉛碳超級電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種膠體鉛碳超級電容器。 隨著全球經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，資源和能源日漸短缺，生態(tài)環(huán)境日益惡化，人類 將更加依賴于太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能或氫能等可再生能源。其中，在太陽能和風(fēng)能等儲能 系統(tǒng)中應(yīng)用的鉛蓄電池存在壽命短(約300 500次)、工作溫度范圍窄等缺陷，嚴(yán)重影響 了配套產(chǎn)品的正常使用，所以需要開發(fā)新型儲能技術(shù)來滿足這些應(yīng)用領(lǐng)域的要求。 本發(fā)明的目的在于提供一種膠體鉛碳超級電容器技術(shù)，可以大大拓寬工作溫度范 圍，與采用AGM隔膜的酸性超級電容器比較，深循環(huán)使用壽命可以延長一倍以上，且便于制 造、可靠性高。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施達(dá)到 —種膠體鉛碳超級電容器，該超級電容器的負(fù)極采用活性炭負(fù)極(以活性炭作為 活性物質(zhì))，正極采用鉛正極(以Pb02作為活性物質(zhì))，隔板采用PVC-Si02，電解質(zhì)采用膠 體電解質(zhì)。 膠體電解質(zhì)的成分包括氣相二氧化硅2 8wt. % 、聚丙烯酰胺1 3. 5wt. % 、磷 酸O. 5 2wt. %、硫酸81 92wt. %和去離子水2 llwt. %，各組分之和為100%。
活性炭負(fù)極物料由導(dǎo)電炭黑、活性炭、CMC、粘結(jié)劑和水混合而成?；钚蕴控?fù)極物 料中各組分的具體組成可以為導(dǎo)電炭黑0. 1 5wt. %、活性炭80 90wt. %、 CMCO. 1 5wt. %、粘結(jié)劑(如LA132)0. 1 5wt. %，其余為水。 正極物料由鉛粉、短纖維、導(dǎo)電炭黑、稀硫酸和水混合而成。正極物料鉛膏中各組 分的組成可以為鉛粉80 90wt. %、短纖維0. 01 0. 5wt. %、導(dǎo)電炭黑0. 1 5wt. %、 稀硫酸(1. 1 1. 4g/cm3) 1 5wt. %，余量為水。 本發(fā)明中活性炭負(fù)極容量略大于正極容量，如活性炭負(fù)極容量為正極容量的 101 120%。
膠體鉛碳超級電容器的制備方法為將正極物料配好后涂覆在鉛合金板柵上制成
鉛正極；將活性炭負(fù)極物料配好后涂覆在鉛帶或鉛合金電極基體上，烘干制得活性炭負(fù)極；
將正負(fù)極片用PVC-Si02隔板按照正負(fù)相間的方式排列，放入鉛碳超級電容器殼體中，采用
真空注液法注入均勻混合后的膠體電解質(zhì)，制得膠體鉛碳超級電容器。鉛碳超級電容器的充放電制度是按0. 01 0. 2C倍率在1. 85V 2. 35V電壓范
圍內(nèi)恒壓限流充放電。 將鉛粉、短纖維、導(dǎo)電炭黑、木素磺酸鈉和硫酸鋇按照一定的比例進(jìn)行均勻干混， 接著加入適量調(diào)節(jié)水進(jìn)行濕混，隨后加入適量的稀硫酸和去離子水，攪拌一定時(shí)間后即制 成鉛膏，用雙面涂板機(jī)涂覆在鉛合金板柵上，即可制成鉛正極。
背景技術(shù)：
發(fā)明內(nèi)容
將導(dǎo)電炭黑與活性炭按照一定的比例進(jìn)行均勻干混，加入以水為溶劑的CMC和粘
結(jié)劑充分混合后的混合物；然后，分別將混合后的鉛膏和活性炭混合物涂敷在鉛帶或鉛合
金電極基體的不同區(qū)域上，在50 8(TC的溫度下烘干，即可制成活性炭負(fù)極。 將所述正負(fù)極片用PVC-Si02隔板按照正負(fù)相間的方式排列，放入鉛碳超級電容器
殼體中，采用真空注液法注入均勻混合后的由氣相二氧化硅、聚丙烯酰胺、磷酸、硫酸和去
離子水按照一定比例組成的膠體電解質(zhì)，這樣即可制成膠體鉛碳超級電容器；其中活性炭
負(fù)極容量略大于正極容量。 本發(fā)明在鉛碳超級電容器中采用膠體電解質(zhì)，其與鉛碳超級電容器的負(fù)極(特別 是以活性炭作為活性物質(zhì)的炭負(fù)極)之間以及與鉛碳超級電容器的其他構(gòu)件之間協(xié)同作 用，帶來了顯著的效果。如膠體電解質(zhì)與活性炭的相互作用時(shí)，氣相二氧化硅與活性炭顆粒 之間的致密接觸使得納米級活性炭不會(huì)在充放電過程中發(fā)生團(tuán)聚，相同涂覆量的極片容量 可以增加10%以上；納米級氣相二氧化硅還使電解液在活性炭表面的濃度分布相對均勻， 避免電解液分層現(xiàn)象；活性炭在充放電過程中不會(huì)發(fā)生體積上的變化，使得與活性炭接觸 的膠態(tài)二氧化硅能夠保持固定的形態(tài)和電解液數(shù)量，具體實(shí)驗(yàn)證實(shí)本發(fā)明比采用AGM隔板 制作的鉛碳超電容的使用壽命延長1倍以上。 本發(fā)明通過在鉛碳超級電容器中引入膠體電解質(zhì)，可以大大緩解電解液分層及 正極活性物質(zhì)軟化脫落現(xiàn)象，有效提高鉛碳超級電容器的放電容量和高低溫性能(-30 65°C )，顯著延長循環(huán)壽命，常溫100% DOD循環(huán)壽命可以達(dá)到3000次以上，55。C 100% D0D 循環(huán)壽命可以達(dá)到1600次以上，5C放電容量可以達(dá)到額定容量的70%以上，_401:放電容 量可以達(dá)到常溫放電容量的50%以上。


圖1是本發(fā)明膠體鉛碳超級電容器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明膠體鉛碳超級電容器側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1-鉛正極；2-活性炭負(fù)極；3-PVC_Si02隔板。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明的突出特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，僅在于說明本發(fā)明 的實(shí)施內(nèi)容而不限于本發(fā)明。
實(shí)施例1 將82wt. %鉛粉、0. 08wt. %短纖維、0. 5wt. %導(dǎo)電炭黑進(jìn)行均勻干混，接著加入原 料重量比為8wt. %的去離子水進(jìn)行濕混，隨后加入8. 6wt. %密度為1. 4g/cm3的硫酸溶液， 補(bǔ)水至100% ;然后將這些鉛膏用雙面涂板機(jī)涂覆在鉛合金板柵上，高溫高濕固化、干燥后， 即可制成鉛正極。 將88wt. %活性炭與1. 6wt. %導(dǎo)電炭黑進(jìn)行均勻干混，加入1. 5wt. % CMC、 3. 5wt. % LA132與5wt. %去離子水的混合物，補(bǔ)水至100% ，再將混合后的膏狀物雙面涂敷 在0. 5mm厚的鉛帶基體上，在50 8(TC的溫度下烘干，即可制成活性炭負(fù)極。
將所述正負(fù)極片用PVC-Si02隔板按照正負(fù)相間的方式排列，放入鉛碳超級電容器 殼體中，設(shè)定活性炭負(fù)極容量為正極容量的103%，采用真空注液法注入均勻混合后的由氣相二氧化硅(5. 4wt. % )、聚丙烯酰胺(1. 8wt. % )、磷酸(2. lwt. % )、稀硫酸(85. 6wt. % ) 和去離子水(5. lwt. % )組成的膠體電解質(zhì)，這樣即可制成膠體鉛碳超級電容器，具體結(jié)構(gòu) 如圖l所示。 按O. 2C倍率在1. 85V 2. 35V電壓范圍內(nèi)恒壓限流充電，0. 2C倍率恒流放電，常
溫100% DOD循環(huán)壽命可以達(dá)到3000次以上，55。C 100% D0D循環(huán)壽命可以達(dá)到1600次以
上，5C放電容量可以達(dá)到額定容量的70%以上，_401:放電容量可以達(dá)到常溫放電容量的
45%以上。 實(shí)施例2 將83wt. %鉛粉、0. 08wt. %短纖維、0. 6wt. %導(dǎo)電炭黑進(jìn)行均勻干混，接著加入原 料重量比為8wt. %的去離子水進(jìn)行濕混，隨后加入8. 5wt. %密度為1. 4g/cm3的硫酸溶液， 補(bǔ)水至100% ;然后將這些鉛膏用雙面涂板機(jī)涂覆在鉛合金板柵上，高溫高濕固化、干燥后， 即可制成鉛正極。 將87wt. %活性炭與1. 8wt. %導(dǎo)電炭黑進(jìn)行均勻干混，加入1. 5wt. % CMC、
3. 5wt. % LA132與6wt. %去離子水的混合物，補(bǔ)水至100% ，再將混合后的膏狀物雙面涂敷
在0. 5mm厚的鉛帶基體上，在50 8(TC的溫度下烘干，即可制成活性炭負(fù)極。 將所述正負(fù)極片用PVC-Si02隔板按照正負(fù)相間的方式排列，放入鉛碳超級電容器
殼體中，設(shè)定活性炭負(fù)極容量為正極容量的106%，采用真空注液法注入均勻混合后的由氣
相二氧化硅(6. Owt. % )、聚丙烯酰胺(1. 8wt. % )、磷酸(2. lwt. % )、稀硫酸(85. Owt. % )
和去離子水(5. lwt. % )組成的膠體電解質(zhì)，這樣即可制成膠體鉛碳超級電容器。 按O. 2C倍率在1.85V 2. 35V電壓范圍內(nèi)恒壓限流充電，0. 2C倍率恒流放電，循
環(huán)壽命和5C放電容量同實(shí)施例1， _401:放電容量可以達(dá)到常溫放電容量的50%以上。 實(shí)施例3 將84wt. %鉛粉、0. 08wt. %短纖維、0. 4wt. %導(dǎo)電炭黑進(jìn)行均勻干混，接著加入原 料重量比為7wt. %的去離子水進(jìn)行濕混，隨后加入7. 7wt. %密度為1. 4g/cm3的硫酸溶液， 補(bǔ)水至100% ;然后將這些鉛膏用雙面涂板機(jī)涂覆在鉛合金板柵上，高溫高濕固化、干燥后， 即可制成鉛正極。 將88wt. %活性炭與1. 6wt. %導(dǎo)電炭黑進(jìn)行均勻干混，加入1. 5wt. % CMC、
3. 5wt. % LA132與5wt. %去離子水的混合物，補(bǔ)水至100% ，再將混合后的膏狀物雙面涂敷
在0. 5mm厚的鉛帶基體上，在50 8(TC的溫度下烘干，即可制成活性炭負(fù)極。 將所述正負(fù)極片用PVC-Si02隔板按照正負(fù)相間的方式排列，放入鉛碳超級電容器
殼體中，設(shè)定活性炭負(fù)極容量為正極容量的110%，采用真空注液法注入均勻混合后的由氣
相二氧化硅(6. 8wt. % )、聚丙烯酰胺(1. 8wt. % )、磷酸(2. lwt. % )、稀硫酸(84. 2wt. % )
和去離子水(5. lwt. % )組成的膠體電解質(zhì)，這樣即可制成膠體鉛碳超級電容器。 按O. 2C倍率在1.85V 2. 35V電壓范圍內(nèi)恒壓限流充電，0. 2C倍率恒流放電，循
環(huán)壽命和5C放電容量同實(shí)施例1， _401:放電容量可以達(dá)到常溫放電容量的56%以上。
權(quán)利要求
一種膠體鉛碳超級電容器，其特征在于該超級電容器的負(fù)極采用活性炭負(fù)極，正極采用鉛正極，隔板采用PVC-SiO2，電解質(zhì)采用膠體電解質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠體鉛碳超級電容器，其特征在于所述的膠體電解質(zhì)的成分 包括氣相二氧化硅2 8wt. %、聚丙烯酰胺1 3. 5wt. %、磷酸0. 5 2wt. %、硫酸81 92wt. %和去離子水2 llwt. %。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有活性炭負(fù)極的鉛碳超級電池，其特征在于所述的活性炭 負(fù)極物料由導(dǎo)電炭黑、活性炭、CMC、粘結(jié)劑和水混合而成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的含有活性炭負(fù)極的鉛碳超級電池，其特征在于鉛正極物料由 鉛粉、短纖維、導(dǎo)電炭黑、稀硫酸和水混合而成。
5. 權(quán)利要求1所述的膠體鉛碳超級電容器的制備方法，其特征在于將正極物料配好后 涂覆在鉛合金板柵上制成鉛正極；將活性炭負(fù)極物料配好后涂覆在鉛帶或鉛合金電極基體 上，烘干制得活性炭負(fù)極；將正負(fù)極片用PVC-Si(^隔板按照正負(fù)相間的方式排列，放入鉛碳 超級電容器殼體中，采用真空注液法注入均勻混合后的膠體電解質(zhì)，制得膠體鉛碳超級電 容器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的膠體鉛碳超級電容器的制備方法，其特征在于鉛碳超級電容 器的充放電制度是按0. 01 0. 2C倍率在1. 85V 2. 35V電壓范圍內(nèi)恒壓限流充放電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種膠體鉛碳超級電容器，該超級電容器的負(fù)極采用活性炭負(fù)極，正極采用鉛正極，隔板采用PVC-SiO2，電解質(zhì)采用膠體電解質(zhì)。本發(fā)明的膠體鉛碳超級電容器，顯著提高了放電容量和高低溫性能，常溫100％DOD循環(huán)壽命可以達(dá)到3000次以上，55℃100％DOD循環(huán)壽命可以達(dá)到1600次以上，5C放電容量可以達(dá)到額定容量的70％以上，-40℃放電容量可以達(dá)到常溫放電容量的50％以上。
文檔編號H01G9/155GK101763950SQ200910212790
公開日2010年6月30日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者佘沛亮, 楊善基 申請人:南京雙登科技發(fā)展研究院有限公司