一種基于石墨烯材料的超級(jí)電容器及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電子設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于石墨烯材料的超級(jí)電容器及其制作方法。結(jié)構(gòu)有第一極板(1)和第二極板(3)構(gòu)成的雙極板，是將石墨烯材料吸附在三維網(wǎng)狀泡沫鎳上，形成的網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯極板；夾在雙極板中間的介質(zhì)膜(2)是玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料的薄膜；絕緣膜(4)，是在極板外側(cè)面鍍有的超高壓聚乙烯材料的膜層。利用石墨烯材料的超強(qiáng)吸附性，采用超聲輔助，將石墨烯材料吸附于網(wǎng)狀泡沫鎳集流體上，形成網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯薄膜，烘干加壓制作成極板。本發(fā)明可以最大限度的使電容器極板超薄化，實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器小型化的設(shè)想，可以提供很大的放電電流，實(shí)現(xiàn)短時(shí)間充電、長(zhǎng)循環(huán)壽命和寬工作溫度范圍。
【專利說明】一種基于石墨烯材料的超級(jí)電容器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種以石墨烯材料為極板的小體積大容量的超級(jí)電容器。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器具有電容量大、充放電壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍廣以及安全無污染等特點(diǎn)。超級(jí)電容器通常耐壓為2.5V~3V，也有耐壓為1.6V。目前主要生產(chǎn)國家有美國、德國、日本、韓國、俄羅斯和中國。從容量上看，美國Maxwell公司生產(chǎn)的超級(jí)電容器可達(dá)到
2.75V/5000F，體積巨大，需要專門供電房間放置；如果制作為5號(hào)電池大小，即直徑20mm，高50mm圓柱體，目前市場(chǎng)上比較高端超級(jí)電容器容量可達(dá)到30F。超級(jí)電容器體積要不斷縮小，以方便實(shí)際應(yīng)用，中國錦州超容公司已經(jīng)生產(chǎn)出3F/2.7V，直徑8mm，高20mm的小體積電容。在很多領(lǐng)域，比如電動(dòng)車，家用電器等，超級(jí)電容器都有很廣泛的應(yīng)用。但是，超級(jí)電容器體積和容量的矛盾一直沒有得到很好的解決，現(xiàn)存的平板型超級(jí)電容器和卷繞型超級(jí)電容器極板的選材和制作是最大的瓶頸。因此，在需要高能量輸出的或小體積電源應(yīng)用領(lǐng)域，如汽車，通信，超級(jí)電容器沒有得到普及，高污染的燃料或化學(xué)電池依然是社會(huì)的主流。如何制作一種體積小，容量大的超級(jí)電容器一直是人們十分關(guān)注的問題。
[0003]石墨烯材料是2004年發(fā)現(xiàn)的一種新型碳質(zhì)材料，它是由單層碳原子蜂窩狀排列形成的一種物質(zhì)。厚度僅僅為單層碳原子，約為0.344nm。石墨烯材料具有礦物質(zhì)中最強(qiáng)的韌性，并且硬度超過 了金剛石。石墨烯由于是單層碳原子構(gòu)成，因此具有超高的比表面積(2630m2/g)，與此同時(shí)，石墨烯也是目前發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電性最強(qiáng)的材料，電子在材料內(nèi)部運(yùn)動(dòng)速度是光速的1/300，且具有很高的載流子遷移率^lO5CmW1引入增強(qiáng)型聚合物電介質(zhì)夾層)那么，人們自然把石墨烯材料和儲(chǔ)能聯(lián)系到了一起。各個(gè)參數(shù)都證明，石墨烯材料是十分理想的電容器極板材料。這里選用一種基于活性炭材料的超級(jí)電容器進(jìn)行對(duì)比。
[0004]1.活性炭材料參數(shù):
[0005]活性炭材料比表面積:1500m2/g ；
[0006](多孔)活性碳材料比電容:130F/g；
[0007]總孔容:0.8316ml/g ；
[0008]平均孔徑:1.880nm ；
[0009]平均粒徑:5.19 μ m。
[0010]利用該材料制備的超級(jí)電容器參數(shù)如下:
[0011]容量:6F；
[0012]耐壓:2.5V;
[0013]直流內(nèi)阻:150mΩ;
[0014]交流內(nèi)阻:58mΩ ；
[0015]漏電流:〈3mA;
[0016]外形參數(shù):直徑12mm,高20mm。[0017]2.石墨烯材料參數(shù)
[0018]石墨烯材料比表面積:2630m2/g ；
[0019]石墨烯材料比電容(最大):205F/g ；
[0020]石墨烯材料平均粒徑:納米級(jí)；
[0021]由于石墨烯材料具有超大比表面積，在制備電容器時(shí)不需要采用類似活性炭材料的多孔結(jié)構(gòu)。
[0022]聚丙烯(PP)是一種無毒無色的高結(jié)晶聚合物，結(jié)晶度高，結(jié)構(gòu)規(guī)整，具有很好的熱力學(xué)性能、電學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，玻纖增強(qiáng)聚丙烯拉伸強(qiáng)度可達(dá)65MPa?90MPa，彎曲強(qiáng)度可達(dá)到70MPa?120MPa，彎曲模量可達(dá)到3000MPa?4500MPa。同時(shí)，它是一種具有很高介電系數(shù)的材料，同時(shí)具有很高的擊穿電壓，可以用來制備電氣絕緣制品。玻纖增強(qiáng)的聚丙烯的各方面性能都有顯著提升，可以大幅增加聚丙烯的韌性?？梢猿惺軓?qiáng)度很高的工藝加工。聚乙烯(PE)與聚丙烯有類似的性質(zhì)，超高壓聚乙烯材料由于超高分子聚乙烯的優(yōu)良性能，可以應(yīng)用于薄膜制品，工程塑料等很多領(lǐng)域。更為重要的是，處理過的玻纖增強(qiáng)聚丙烯和超高壓聚乙烯材料具有超強(qiáng)的強(qiáng)度和韌性，而且具有較高的耐壓能力，可以承受由于電容極板結(jié)構(gòu)超薄而引起的強(qiáng)放電現(xiàn)象。由它們參與制作的超級(jí)電容器，使電容器的厚度大大降低，并且可以近似任意卷繞壓縮極板，以滿足對(duì)超級(jí)電容器小型化的要求。
[0023]通過上述分析選用新型材料石墨烯制備超級(jí)電容器極板，引入增強(qiáng)型聚合物作為介質(zhì)層和絕緣層，設(shè)計(jì)一種超薄柔性復(fù)合帶狀極板的結(jié)構(gòu)。超級(jí)電容器已經(jīng)普及于一些領(lǐng)域，但基于石墨烯材料超級(jí)電容器市場(chǎng)上還沒有成品。超級(jí)電容器小型化，達(dá)到廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中的目的還是一個(gè)急需解決的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是制作出一種小體積，大容量的電容。設(shè)計(jì)一種基于石墨烯材料的網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯材料作為超級(jí)電容器極板，首次引入玻纖增強(qiáng)聚丙烯薄膜作為超級(jí)電容器電介質(zhì)，并引入超高壓聚乙烯材料進(jìn)行鍍膜作為絕緣膜，采用密合式卷繞工藝，最終設(shè)計(jì)一種超薄柔性復(fù)合帶狀極板的結(jié)構(gòu)，從而用其制造小體積大容量的超級(jí)電容器。
[0025]上述目的通過以下的技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)。
[0026]超級(jí)電容器制作流程可概括為:配料、混漿、制極板、裁片、組裝、注液、活化、檢測(cè)、包裝。而制做基于石墨烯材料的超容量電容器主要環(huán)節(jié)分為四部分:網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯極板制作工藝、超薄柔性復(fù)合帶狀極板復(fù)合結(jié)構(gòu)制作工藝，超級(jí)電容器電容的卷繞工藝和后續(xù)處理工作。針對(duì)我們超級(jí)電容小型化的目的，電容器各組成部分的選材以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無疑是最重要的環(huán)節(jié)。
[0027]超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)是雙電層電容結(jié)構(gòu)。因此，制備新型超級(jí)電容器也需要按照雙電層結(jié)構(gòu)選材制作。所謂超級(jí)電容器極板的制作工藝，包括電容器極板的選材及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。很顯然，根據(jù)超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)選材的主要環(huán)節(jié)，就是雙極材料以及中間電介質(zhì)的材料選擇。超級(jí)電容器和傳統(tǒng)電解電容比較類似，主要區(qū)別在于極板的材料。市場(chǎng)上存在的超級(jí)電容器極板材料主要是碳質(zhì)材料，多孔活性炭材料應(yīng)用比較廣泛。本發(fā)明選用新型碳質(zhì)材料石墨烯作為極板材料；選用三維網(wǎng)狀泡沫鎳為集流體材料；將石墨烯材料吸附在三維網(wǎng)狀泡沫鎳上，形成網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯極板，如圖1所示。通過理論分析，選用玻纖增強(qiáng)聚丙烯薄膜作為超級(jí)電容器介質(zhì)膜，外部選用超高壓聚乙烯材料進(jìn)行鍍膜工藝。采用密合式卷繞工藝，最終形成超薄復(fù)合柔性帶狀極板。示意圖如圖2，3所示。
[0028]電容卷繞工藝提出使用密合式卷繞工藝，如圖4所示。可以根據(jù)需要按不同大小切割，纏繞不同圈數(shù)，最終應(yīng)用于生產(chǎn)中相應(yīng)領(lǐng)域。
[0029]接下來，還需要進(jìn)行一系列后續(xù)工作，包括注液，封口，裝配卷邊，最后進(jìn)行性能測(cè)試。
[0030]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下。
[0031]一種基于石墨烯材料的超級(jí)電容器，結(jié)構(gòu)有，第一極板I和第二極板3構(gòu)成雙極板、夾在雙極板中間的介質(zhì)膜2和絕緣膜4 ;其特征在于，所述的第一極板I和第二極板3，是將石墨烯材料吸附在三維網(wǎng)狀泡沫鎳上，形成的網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯極板；所述的介質(zhì)膜2，是玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料的薄膜；所述的絕緣膜4，是在第一極板I或/和第二極板3的外側(cè)面鍍有的超高壓聚乙烯材料的膜層。
[0032]所述的第一極板I和第二極板3，極板厚度為I μ m?1000 μ m ;所述的介質(zhì)膜2，厚度為10 μ m?1600 μ m ;所述的絕緣膜4,厚度為6 μ m?850 μ m。
[0033]所述的基于石墨烯材料的超級(jí)電容器，可以是超薄柔性復(fù)合帶狀極板的超級(jí)電容器，電容器厚度為20 μ m?3000 μ m ;也可以是超薄柔性復(fù)合卷繞極板的超級(jí)電容器，電容器的直徑為Icm?10cm。
[0034]本發(fā)明方法的技術(shù)方案如下。
[0035]一種基于石墨烯材料的超級(jí)電容器的制造方法，有極板制作、帶狀極板復(fù)合結(jié)構(gòu)制作、絕緣膜制備的過程；其特征在于，
[0036]所述的極板制作，將石墨烯混入質(zhì)量濃度10%的聚四氟乙烯乳液，攪拌制成勻漿；再加入水?dāng)嚢柚频没旌弦海⑹够旌弦褐械氖舛葹?0?80g/L ;將網(wǎng)狀泡沫鎳浸入混合液中，采用超聲輔助，將石墨烯材料吸附于網(wǎng)狀泡沫鎳集流體上，形成網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯薄膜；將薄膜在真空條件下烘干2小時(shí)，再將吸附石墨烯材料的網(wǎng)狀泡沫鎳壓片，制備好網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯極板作為第一極板I和第二極板3 ;所述的帶狀極板復(fù)合結(jié)構(gòu)制作，是將玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料高壓成膜，作為介質(zhì)膜2 ;按順序?qū)⒌谝粯O板1、介質(zhì)膜2、第二極板3疊合；所述的絕緣膜4制備，是采用鍍膜工藝在極板的外側(cè)面鍍上超高壓聚乙烯薄膜作為絕緣膜4 ;加壓成型制備成超薄柔性復(fù)合帶狀極板的超級(jí)電容器。
[0037]聚四氟乙烯乳液可以使用聚四氟乙烯占60%、密度1.48?1.53g/cm3的現(xiàn)有商品；將吸附石墨烯材料的網(wǎng)狀泡沫鎳壓片，可以用2?20MPa壓力進(jìn)行壓片。
[0038]在制備成超薄柔性復(fù)合帶狀極板的超級(jí)電容器之后，可以利用現(xiàn)有的密合式卷繞工藝進(jìn)行卷繞，經(jīng)切割、注液、封口、裝配卷邊，將超級(jí)電容器制作成超薄柔性復(fù)合卷繞極板的形式。外層超高壓聚乙烯的絕緣膜4與內(nèi)層網(wǎng)孔鎖膜石墨烯的極板緊密相連(參見圖4)。
[0039]基于石墨烯材料超級(jí)電容器實(shí)例體積為直徑20mm,高50mm圓柱體。超級(jí)電容器容量可達(dá)到260F左右；可提供較大放電電流范圍，根據(jù)負(fù)載單體不同，峰值電流范圍在IOA?IOOOAo
[0040]制作過程中，石墨烯材料可以利用現(xiàn)有的化學(xué)方法制備；玻纖增強(qiáng)聚丙烯薄膜，超高壓聚乙烯材料，以及三維網(wǎng)狀泡沫鎳也可以利用現(xiàn)有工藝和設(shè)備制作。后續(xù)注液裝配處理也與現(xiàn)有的電容器的處理方法相同。
[0041]本發(fā)明有以下有益效果
[0042]1、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的超級(jí)電容器所用極板材料基于新型石墨烯材料，利用石墨烯材料本身超薄的物理特性和超強(qiáng)的儲(chǔ)能特性實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器小型化的設(shè)想。
[0043]2、相比于現(xiàn)存的電極材料涂覆工藝，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯電極，可以最大限度的使電容器極板超薄化。
[0044]3、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的超薄柔性復(fù)合帶狀極板，選用超薄的電介質(zhì)材料和絕緣層鍍膜材料，采用密合式卷繞工藝，空間占用率很低，而且具有極強(qiáng)的機(jī)械性能和較高的擊穿電壓?？梢愿鶕?jù)需求任意改變纏繞工藝(包括圈數(shù)，形狀，尺寸)。
[0045]4、本發(fā)明具有體積小，容量大的優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)不同使用環(huán)境和需求自主加工適當(dāng)大小、適當(dāng)容量的超級(jí)電容器。
[0046]5、本發(fā)明具有循環(huán)壽命長(zhǎng)，可以達(dá)到上萬次，并能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)間充電。
[0047]6、本發(fā)明可以提供很大的放電電流。
[0048]7、本發(fā)明充放電由于是完全是物理過程，因此工作溫度范圍廣，可以再_40°C?+100°C正常工作。
[0049]8、本發(fā)明是無污染的新型電池，可以回收再利用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]圖1是網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯極板顯微鏡下圖片
[0051]圖2是四層結(jié)構(gòu)超薄柔性復(fù)合帶狀極板的超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0052]圖3是基于石墨烯材料超級(jí)電容制作流程圖。
[0053]圖4是四層結(jié)構(gòu)超薄柔性復(fù)合帶狀極板卷繞過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]實(shí)施例1四層結(jié)構(gòu)超薄柔性復(fù)合帶狀極板的超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)
[0055]圖1給出四層結(jié)構(gòu)超薄柔性復(fù)合帶狀極板的超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)，其中I為第一極板，2為介質(zhì)膜；3為第二極板；4為絕緣膜。
[0056]第一極板I和第二極板3，是將石墨烯材料吸附在三維網(wǎng)狀泡沫鎳上，形成的網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯極板；介質(zhì)膜2，是玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料的薄膜；絕緣膜4，是在第一極板I或/和第二極板3的外側(cè)面鍍有的超高壓聚乙烯材料的膜層。即，絕緣膜4可以鍍覆在第一極板I和第二極板3中任一極板的外側(cè),也可以在第一極板I和第二極板3外側(cè)都鍍覆絕緣膜4。
[0057]第一極板I和第二極板3的極板厚度可選擇I μ m?1000 μ m范圍；介質(zhì)膜2的厚度可選擇10 μ m?1600 μ m范圍；絕緣膜4的厚度可選擇6 μ m?850 μ m范圍。
[0058]基于石墨烯材料的超級(jí)電容器可以是超薄柔性復(fù)合帶狀極板的超級(jí)電容器，電容器厚度為20 μ m?3000 μ m ;也可以是超薄柔性復(fù)合卷繞極板的超級(jí)電容器，電容器的直徑為 Icm ?IOcm0
[0059]實(shí)施例2本發(fā)明原理思路與總體工藝流程[0060]本發(fā)明旨在制作一種新型電池代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃料及化學(xué)電池應(yīng)用于相應(yīng)電器。首先我們必須考慮到兩點(diǎn):一是制作的超級(jí)電容器能不能保證供能的需求；二是本發(fā)明所得超容量電池體積能不能達(dá)到小型化的標(biāo)準(zhǔn)。我們通過選擇石墨烯材料作為超級(jí)電容器極板材料，發(fā)明一種網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯極板，以此來大幅提高超級(jí)電容的儲(chǔ)能性能；通過引入具有高耐壓性，高強(qiáng)度，高韌性，并且具有超薄特性的增強(qiáng)型聚合物材料作為超級(jí)電容介質(zhì)膜及絕緣膜材料，設(shè)計(jì)超薄復(fù)合柔性帶狀極板達(dá)到大幅度縮小超級(jí)電容器體積的目的。
[0061 ] 以手機(jī)電池為例，通過計(jì)算測(cè)量，本發(fā)明所制備超超級(jí)電容器最大容量為260F，通過與傳統(tǒng)手機(jī)化學(xué)電池對(duì)比計(jì)算，該容量可以滿足手機(jī)一天的使用。此外，本發(fā)明超級(jí)電容器體積控制在5號(hào)電池左右大小，即直徑20mm,高50mm圓柱型電容器,完全符合小型化的設(shè)想。石墨烯材料極板厚度典型值為Iym?1000 μ m ;介質(zhì)膜厚度典型值為10 μ m?1600μπι;絕緣膜厚度為6μπι?850μπι;制得超薄柔性復(fù)合帶狀極板厚度為20μπι?3000 μ m左右；注液封裝后得到新型超級(jí)電容容量范圍為:76F?260F。
[0062]本發(fā)明總體工藝流程如下:(如圖3所示)
[0063]1.利用化學(xué)方法制備石墨烯材料。
[0064]2.利用現(xiàn)有工藝制備玻纖增強(qiáng)聚丙烯薄膜，超高壓聚乙烯材料，以及三維網(wǎng)狀泡沫鎳。
[0065]3.制備網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯極板。
[0066]4.制備超薄柔性復(fù)合帶狀極板。
[0067]5.利用密合式卷繞工藝對(duì)極板隔膜進(jìn)行卷繞。
[0068]6.后續(xù)注液裝配處理。
[0069]實(shí)施例3網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯極板的制作
[0070]本發(fā)明利用新型材料石墨烯，來制作超級(jí)電容器。所述的極板制作，是通過化學(xué)方法制備石墨烯，混入10%質(zhì)量濃度的聚四氟乙烯乳液，均勻攪拌3小時(shí)，制成漿料；將漿料加入水?dāng)嚢璧玫交旌弦?，加入水的量?yīng)使每500毫升混合液中含有石墨烯10?40g，攪拌后將網(wǎng)狀泡沫鎳浸入混合液中，利用石墨烯材料的超強(qiáng)吸附性，采用超聲輔助，將石墨烯材料吸附于網(wǎng)狀泡沫鎳集流體上，形成網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯薄膜；將薄膜在真空條件下烘干2小時(shí)，20MPa高壓降厚度至I μπι?1000 μπι，制備好網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯極板，如圖1所示。利用石墨烯材料的吸附性和這種網(wǎng)孔鎖膜的方法，可以最大限度使電容器電極超薄化。效果明顯優(yōu)于現(xiàn)有的涂覆工藝。
[0071]實(shí)施例4超薄柔性復(fù)合帶狀極板結(jié)構(gòu)排布和制作
[0072]本發(fā)明提出選用玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料作為超級(jí)電容器介質(zhì)膜，并引入超高壓聚乙烯材料為基于石墨烯材料極板進(jìn)行鍍膜。超薄柔性復(fù)合極板結(jié)構(gòu)排布如下:
[0073]如圖2所示，先將玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料高壓成膜，作為介質(zhì)膜2，膜厚度控制在10 μ m?1600 μ m。其上下分別放置網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯極板I和3。超級(jí)電容器具體電解質(zhì)可以根據(jù)具體需求在電極間充入。利用真空鍍膜工藝，在第二極板3上鍍上超高壓聚乙烯薄膜作為絕緣膜4，通過傳統(tǒng)工藝對(duì)極板進(jìn)行表面處理、噴涂后80°C烘干I個(gè)半小時(shí)，使絕緣膜厚度控制在6 μ m?850 μ m。形成一種:石墨烯材料極板(第一極板I)——玻纖增強(qiáng)聚丙烯介質(zhì)膜2—石墨烯材料極板(第二極板3)—超高壓聚乙烯絕緣膜4的四層結(jié)構(gòu)，如圖3所示。最后高壓成型，形成超薄柔性復(fù)合帶狀極板超級(jí)電容器。這里選取典型參數(shù)，所制作的超薄柔性復(fù)合帶狀極板厚度為20 μ m?3000 μ m左右，并可以根據(jù)需要和生產(chǎn)設(shè)備條件適當(dāng)調(diào)整。
[0074]實(shí)施例5基于石墨烯材料超級(jí)電容器密合式卷繞工藝
[0075]本發(fā)明仿照紙質(zhì)電容制作工藝，對(duì)基于石墨烯材料超級(jí)電容器進(jìn)行卷繞工作。由于所制備的超薄柔性復(fù)合帶狀極板的超強(qiáng)機(jī)械性質(zhì)，可以采用密合式卷繞工藝，任意強(qiáng)度地對(duì)極板進(jìn)行壓縮卷繞，大大縮小了成品電容器所占用的空間，從而變相地提高了其儲(chǔ)能的能力。
[0076]利用上述超級(jí)電容，石墨烯材料極板一玻纖增強(qiáng)聚丙烯介質(zhì)膜一石墨烯材料極板——超高壓聚乙烯絕緣膜，按順序一次排列進(jìn)行卷繞，如圖2所示。本發(fā)明是4層膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行卷繞工藝，按照類似紙質(zhì)電容工藝的方法進(jìn)行卷繞，如圖3所示為基于石墨烯材料超級(jí)電容器制作流程圖，圖4為密合式卷繞工藝示意圖。一、將制備好的4層膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行疊片工藝；二、采用IOOMPa左右強(qiáng)度，利用電容卷繞機(jī)進(jìn)行極板卷繞?？刂凭硇闹睆綖?_，卷繞圈數(shù)根據(jù)儀器限度控制在10?900圈左右。由于加入了增強(qiáng)型聚合物夾層(介質(zhì)膜層)，整個(gè)超薄復(fù)合柔性帶狀極板具有超強(qiáng)的韌性，提高設(shè)備的卷繞壓力，可以層與層之間緊貼進(jìn)行超高壓卷繞，來保證盡可能壓縮空間。而且，由于選擇的介質(zhì)膜和絕緣膜材料具有很好的耐壓能力，完全可以承受由于整體復(fù)合極板變薄而產(chǎn)生的強(qiáng)放電問題。
[0077]也可以根據(jù)需要的容量、大小和形狀任意卷繞。
[0078]實(shí)施例6后續(xù)工作處理
[0079]在卷繞好了超級(jí)電容器后，類似普通電容制作工藝，可以根據(jù)需要進(jìn)行后續(xù)的注液，電解液選取典型液體電解液即可。隨后進(jìn)行鉚接，封裝等工作，制作完成。
【權(quán)利要求】
1.一種基于石墨烯材料的超級(jí)電容器，結(jié)構(gòu)有，第一極板(I)和第二極板(3)構(gòu)成雙極板、夾在雙極板中間的介質(zhì)膜(2)和絕緣膜(4);其特征在于，所述的第一極板(I)和第二極板(3)，是將石墨烯材料吸附在三維網(wǎng)狀泡沫鎳上，形成的網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯極板；所述的介質(zhì)膜(2)，是玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料的薄膜；所述的絕緣膜(4)，是在第一極板(I)或/和第二極板(3)的外側(cè)面鍍有的超高壓聚乙烯材料的膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯材料的超級(jí)電容器，其特征是，所述的第一極板⑴和第二極板⑶，極板厚度為I μ m~1000 μ m ;所述的介質(zhì)膜⑵，厚度為10 μ m~1600 μ m ;所述的絕緣膜⑷，厚度為6 μ m~850 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于石墨烯材料的超級(jí)電容器，其特征是，所述的基于石墨烯材料的超級(jí)電容器，是超薄柔性復(fù)合帶狀極板的超級(jí)電容器，電容器厚度為20μπ?~3000 μ mD
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于石墨烯材料的超級(jí)電容器，其特征是，所述的基于石墨烯材料的超級(jí)電容器，是超薄柔性復(fù)合卷繞極板的超級(jí)電容器，電容器的直徑為Icm~IOcm0
5.一種權(quán)利要求1的基于石墨烯材料的超級(jí)電容器的制造方法，有極板制作、帶狀極板復(fù)合結(jié)構(gòu)制作、絕緣膜制備的過程；其特征在于，所述的極板制作，是將石墨烯混入質(zhì)量濃度10%的聚四氟乙烯乳液，攪拌制成勻漿；再加入水?dāng)嚢柚频没旌弦?，并使混合液中的石墨烯濃度?0~80 g/L ;將網(wǎng)狀泡沫鎳浸入混合液中，采用超聲輔助，將石墨烯材料吸附于網(wǎng)狀泡沫鎳集流體上，形成網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯薄膜；將薄膜在真空條件下烘干2小時(shí)，再將吸附石墨烯材料的網(wǎng)狀泡沫鎳壓片，制備好網(wǎng)孔鎖膜超薄石墨烯極板作為第一極板(I)和第二極板(3);所述的帶狀極板復(fù)合結(jié)構(gòu)制作，是將玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料高壓成膜，作為介質(zhì)膜⑵；按順序?qū)⒌谝粯O板(I)、介質(zhì)膜(2)、第二極板(3)疊合；所述的絕緣膜(4)制備，是采用鍍膜工藝在極板的外側(cè)面鍍上超高壓聚乙烯薄膜作為絕緣膜(4);加壓成型制備成超薄柔性復(fù)合帶狀極板的超級(jí)電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于石墨烯材料的超級(jí)電容器的制造方法，其特征是，在制備成超薄柔性復(fù)合帶狀極板的超級(jí)電容器之后，利用密合式卷繞工藝進(jìn)行卷繞，經(jīng)切割、注液、封口、裝配卷邊，將超級(jí)電容器制作成超薄柔性復(fù)合卷繞極板的形式。
【文檔編號(hào)】H01G11/36GK104021946SQ201410260949
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】田小建, 吳月明, 吳戈, 高博 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)