本發(fā)明屬于新能源新材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超級電容器及其制備方法，具體涉及一種無線充電超級電容器及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人們對能源問題和環(huán)境問題的認(rèn)識愈來愈深入，對清潔新型能源的需求越來越多。作為一種新型儲能器件，超級電容器由于其循環(huán)壽命長、功率密度高、環(huán)保、安全等優(yōu)點，引起了人們的強烈關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于移動通信、電動汽車、消費電子、航空、軍事等領(lǐng)域，是新一代清潔新能源裝置的代表。
超級電容器的性能與電極材料、電解液及其使用的隔膜有關(guān)，而電極材料是其中最主要的因素，因為電極材料性能的好壞直接決定超級電容器的循環(huán)性能的好壞和容量大小。目前最常用的電極材料是碳材料，其具有良好的導(dǎo)電性、比表面積高、密度低、孔道結(jié)構(gòu)可控、價格便宜、抗化學(xué)腐蝕性能好，功率密度可達電池的10倍以上，但能量密度不及電池的十分之一，嚴(yán)重制約著超級電容器的推廣應(yīng)用。
現(xiàn)有技術(shù)中，超級電容器的充電觸點外露，但是，由于觸點會因為變形、彈性失效、生銹或異物等因素造成充電接觸不良，影響充電效果，同時，也容易造成安全事故，存在一定的安全隱患。
因此，開發(fā)一種循環(huán)壽命長、功率密度和能量密度高的無線充電超級電容器有著廣泛的市場價值和應(yīng)用前景，是推動超級電容器商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種無線充電超級電容器及其制備方法。該超級電容器制備方法簡單、價格低廉、具有較高的功率密度和能量密度，且循環(huán)壽命較長。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種無線充電超級電容器，包括正電極、負(fù)電極、設(shè)置在正電極和負(fù)電極之間的隔膜、電解液、封裝外殼和充電模塊，所述充電模塊包括無線接收器以及無線發(fā)射器，所述無線接收器安裝于所述正電極和負(fù)電極的預(yù)設(shè)位置，所述預(yù)設(shè)位置適于所述無線發(fā)射器向所述無線接收器提供無線電信號，所述無線發(fā)射器可控制地電連接于外部電源，通過對所述充電模塊的通斷，實現(xiàn)無線充電；
所述超級電容器的外形可以是紐扣型、方型和圓柱型；電極形式可以是疊層、卷繞等形式；所述封裝外殼為塑料封裝外殼或金屬封裝外殼；
所述正電極和負(fù)電極材料均為氮氟共摻雜碳材料；所述隔膜為多孔的Celgard膜、無紡布、纖維素隔膜、超細(xì)玻璃棉多孔隔膜，聚丙烯隔膜或乙烯-乙烯醇共聚物纖維隔膜；
所述電解液為四氟硼酸胺的乙腈的溶液，電解液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80-90％，所述四氟硼酸胺選自四氟硼酸甲基三乙基胺、四氟硼酸四乙基胺、四氟硼酸三甲基乙基胺或四氟硼酸二甲基二乙基胺中的一種或幾種；
一種無線充電超級電容器的制備方法，包括如下步驟：
1)氟氮碳源的制備：將乙烯基二茂鐵、四氟乙烯、2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪、乳化劑按比例混合均勻，滴在玻璃制成的模具內(nèi)，放入在惰性氛圍下的鈷60-γ場內(nèi)，采用輻射源輻照40-50分鐘使其發(fā)生輻射自由基聚合反應(yīng)；
2)初始碳化：將步驟1)中制備得到的氟氮碳源在惰性氣體氛圍保護下，于400℃～500℃下碳化2～4小時，得到初始碳化的氮氟共摻雜碳材料；
3)碳材料活化：將步驟2)中制備得到的初始碳化的氮氟共摻雜碳材料浸泡在60-80℃下質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50-60％的磷酸溶液中40-50小時，取出用去離子水洗滌過濾，真空干燥，后按質(zhì)量比為1:2在產(chǎn)物中加入KOH，并混合均勻；
4)碳化：將步驟3)中用KOH活化的氮氟共摻雜碳材料，在惰性氣體氛圍保護下，于800℃～1000℃下碳化4小時得到氮氟共摻雜碳材料；
5)正、負(fù)電極的制備：按質(zhì)量比9:2:1:5的比例分別稱取氮氟共摻雜碳材料、乙炔黑、PTFE乳液、乙醇，混合，超聲1小時使其形成均勻的漿料。接著將漿料轉(zhuǎn)移至輥壓機上制成薄片，取適量置于1cm×1cm集流體上，在10MPa壓力下壓制成正、負(fù)電極。最后將該正、負(fù)電極放入真空烘箱，在110-120℃下烘干，待用；
6)超級電容器組裝：將上述步驟中制備得到的正負(fù)電極上涂敷導(dǎo)電膠，引出導(dǎo)線，導(dǎo)線上安裝無線接收器，然后將其與隔膜、電解液一起封裝在外殼里，得到超級電容器；
其中，步驟1)中所述乙烯基二茂鐵、四氟乙烯、2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪、乳化劑的質(zhì)量之比為3:1:2:0.1；所述乳化劑選自十二烷基苯磺酸鈉、聚氧丙烯聚乙烯甘油醚、壬基酚聚氧乙烯醚；
所述惰性氛圍為氮氣氛圍、氬氣氛圍、氦氣氛圍、氖氣氛圍中的一種或幾種；
所述集流體為泡沫鎳、沖孔鍍鎳鋼帶、鋼帶或不銹鋼網(wǎng)中的一種或幾種；
由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：
(1)本發(fā)明提供的無線充電超級電容器制備方法簡單，對設(shè)備要求不高；
(2)本發(fā)明提供的無線充電超級電容器，循環(huán)壽命長、功率密度和能量密度高；
(3)本發(fā)明提供的無線充電超級電容器，電極材料采用新的碳源，并同時摻雜N/F，有利于提高超級電容器循環(huán)壽命和能量密度；先將二茂鐵引入到大分子中，后通過初始碳化、酸處理、碳化等步驟制備得到的電極材料比表面積大，有利于提高超級電容器的容量和功率密度；
(4)本發(fā)明提供的無線充電超級電容器，利用無線發(fā)射與接收技術(shù)，實現(xiàn)了無線充電，避免了充電觸點外露，由于觸點變形、彈性失效、生銹或異物等因素造成的充電接觸不良及可能引起的安全事故。
具體實施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明產(chǎn)品作進一步詳細(xì)的說明。
本實施例中所使用到的原料來自于國藥集團化學(xué)試劑有限公司。
實施例1：
一種無線充電超級電容器，包括氮氟共摻雜碳材料制得的正電極、氮氟共摻雜碳材料制得的負(fù)電極、設(shè)置在正電極和負(fù)電極之間的多孔的Celgard膜、溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80％的四氟硼酸甲基三乙基胺的乙腈溶液、封裝外殼和充電模塊，所述充電模塊包括無線接收器以及無線發(fā)射器，所述無線接收器安裝于所述正電極和負(fù)電極的預(yù)設(shè)位置，所述預(yù)設(shè)位置適于所述無線發(fā)射器向所述無線接收器提供無線電信號，所述無線發(fā)射器可控制地電連接于外部電源，通過對所述充電模塊的通斷，實現(xiàn)無線充電；
所述超級電容器的外形是紐扣型；電極形式是疊層形式；所述封裝外殼為塑料封裝外殼；
一種無線充電超級電容器的制備方法，包括如下步驟：
1)氟氮碳源的制備：將乙烯基二茂鐵300g、四氟乙烯100g、2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪200g、十二烷基苯磺酸鈉10g混合均勻，滴在玻璃制成的模具內(nèi)，放入在惰性氛圍下的鈷60-γ場內(nèi)，采用輻射源輻照40分鐘使其發(fā)生輻射自由基聚合反應(yīng)；
2)初始碳化：將步驟1)中制備得到的氟氮碳源在氮氣氛圍保護下，于400℃下碳化2小時，得到初始碳化的氮氟共摻雜碳材料；
3)碳材料活化：將步驟2)中制備得到的初始碳化的氮氟共摻雜碳材料浸泡在60℃下質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％的磷酸溶液中40小時，取出用去離子水洗滌過濾，在真空中100℃下干燥24小時，后稱取產(chǎn)物200g，再在產(chǎn)物中加入KOH 400g，并混合均勻；
4)碳化：將步驟3)中用KOH活化的氮氟共摻雜碳材料，在氮氣氛圍保護下，于800℃下碳化4小時得到氮氟共摻雜碳材料；
5)正、負(fù)電極的制備：分別稱取90g氮氟共摻雜碳材料、20g乙炔黑、10g PTFE乳液、50g乙醇，混合，超聲1小時使其形成均勻的漿料。接著將漿料轉(zhuǎn)移至輥壓機上制成薄片，取適量置于1cm×1cm泡沫鎳上，在10MPa壓力下壓制成正、負(fù)電極。最后將該正、負(fù)電極放入真空烘箱，在110℃下烘干，待用；
6)超級電容器組裝：將上述步驟中制備得到的正負(fù)電極上涂敷導(dǎo)電膠，引出導(dǎo)線，導(dǎo)線上安裝無線接收器，然后將其與多孔的Celgard膜、溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80％的四氟硼酸甲基三乙基胺的乙腈溶液一起封裝在外殼里，得到超級電容器；
經(jīng)采用新威CT-3008型高精度電池/電容性能測試系統(tǒng)采用恒流充放電模式進行充放電性能測試，本實施例提供的超級電容器電流密度為100mA/g；電壓范圍為0.8～1.9V，測試溫度為22±1℃時，在0.8～1.9V范圍內(nèi)呈現(xiàn)對稱性良好的鋸齒形曲線，極間電壓與時間呈現(xiàn)近乎線性的變化，說明其可逆性好；在電壓范圍為0.8～1.9V，充放電電流為200mA/g，測試溫度為22±1℃時循環(huán)性能很穩(wěn)定，另外，測得此超級電容的比能量可高達48Wh/kg。
實施例2
一種無線充電超級電容器，包括氮氟共摻雜碳材料制得的正電極、氮氟共摻雜碳材料制得的負(fù)電極、設(shè)置在正電極和負(fù)電極之間的無紡布、溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85％的四氟硼酸四乙基胺的乙腈溶液、封裝外殼和充電模塊，所述充電模塊包括無線接收器以及無線發(fā)射器，所述無線接收器安裝于所述正電極和負(fù)電極的預(yù)設(shè)位置，所述預(yù)設(shè)位置適于所述無線發(fā)射器向所述無線接收器提供無線電信號，所述無線發(fā)射器可控制地電連接于外部電源，通過對所述充電模塊的通斷，實現(xiàn)無線充電；
所述超級電容器的外形是方型；電極形式是卷繞形式；所述封裝外殼為金屬封裝外殼；
一種無線充電超級電容器的制備方法，包括如下步驟：
1)氟氮碳源的制備：將乙烯基二茂鐵300g、四氟乙烯100g、2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪200g、聚氧丙烯聚乙烯甘油醚10g混合均勻，滴在玻璃制成的模具內(nèi)，放入在氬氣氛圍下的鈷60-γ場內(nèi)，采用輻射源輻照45分鐘使其發(fā)生輻射自由基聚合反應(yīng)；
2)初始碳化：將步驟1)中制備得到的氟氮碳源在氬氣氛圍保護下，于420℃下碳化2.5小時，得到初始碳化的氮氟共摻雜碳材料；
3)碳材料活化：將步驟2)中制備得到的初始碳化的氮氟共摻雜碳材料浸泡在65℃下質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55％的磷酸溶液中45小時，取出用去離子水洗滌過濾，在真空中110℃下干燥24小時，稱取產(chǎn)物100g，在產(chǎn)物中加入KOH 200g，并混合均勻；
4)碳化：將步驟3)中用KOH活化的氮氟共摻雜碳材料，在氖氣氛圍保護下，于850℃下碳化4小時得到氮氟共摻雜碳材料；
5)正、負(fù)電極的制備：分別稱取90g氮氟共摻雜碳材料、20g乙炔黑、10gPTFE乳液、50g乙醇，混合，超聲1小時使其形成均勻的漿料。接著將漿料轉(zhuǎn)移至輥壓機上制成薄片，取適量置于1cm×1cm沖孔鍍鎳鋼帶上，在10MPa壓力下壓制成正、負(fù)電極。最后將該正、負(fù)電極放入真空烘箱，在115℃下烘干，待用；
6)超級電容器組裝：將上述步驟中制備得到的正負(fù)電極上涂敷導(dǎo)電膠，引出導(dǎo)線，導(dǎo)線上安裝無線接收器，然后將其與無紡布、溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85％的四氟硼酸四乙基胺的乙腈溶液一起封裝在外殼里，得到超級電容器；
實施例3
一種無線充電超級電容器，包括氮氟共摻雜碳材料制得的正電極、氮氟共摻雜碳材料制得的負(fù)電極、設(shè)置在正電極和負(fù)電極之間的纖維素隔膜、溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82％的四氟硼酸三甲基乙基胺的乙腈溶液、封裝外殼和充電模塊，所述充電模塊包括無線接收器以及無線發(fā)射器，所述無線接收器安裝于所述正電極和負(fù)電極的預(yù)設(shè)位置，所述預(yù)設(shè)位置適于所述無線發(fā)射器向所述無線接收器提供無線電信號，所述無線發(fā)射器可控制地電連接于外部電源，通過對所述充電模塊的通斷，實現(xiàn)無線充電；
所述超級電容器的外形是圓柱型；電極形式是疊層形式；所述封裝外殼為塑料封裝外殼；
一種無線充電超級電容器的制備方法，包括如下步驟：
1)氟氮碳源的制備：將乙烯基二茂鐵300g、四氟乙烯100g、2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪200g、壬基酚聚氧乙烯醚10g混合均勻，滴在玻璃制成的模具內(nèi)，放入在氦氣氛圍下的鈷60-γ場內(nèi)，采用輻射源輻照42分鐘使其發(fā)生輻射自由基聚合反應(yīng)；
2)初始碳化：將步驟1)中制備得到的氟氮碳源在氖氣氛圍保護下，于460℃下碳化3小時，得到初始碳化的氮氟共摻雜碳材料；
3)碳材料活化：將步驟2)中制備得到的初始碳化的氮氟共摻雜碳材料浸泡在70℃下質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56％的磷酸溶液中48小時，取出用去離子水洗滌過濾，在真空中100℃下干燥24小時，后稱取產(chǎn)物100g，在產(chǎn)物中加入KOH 200g，并混合均勻；
4)碳化：將步驟3)中用KOH活化的氮氟共摻雜碳材料，在氖氣氛圍保護下，于900℃下碳化4小時得到氮氟共摻雜碳材料；
5)正、負(fù)電極的制備：稱取90g氮氟共摻雜碳材料、20g乙炔黑、10g PTFE乳液、50g乙醇，混合，超聲1小時使其形成均勻的漿料。接著將漿料轉(zhuǎn)移至輥壓機上制成薄片，取適量置于1cm×1cm鋼帶上，在10MPa壓力下壓制成正、負(fù)電極。最后將該正、負(fù)電極放入真空烘箱，在114℃下烘干，待用；
6)超級電容器組裝：將上述步驟中制備得到的正負(fù)電極上涂敷導(dǎo)電膠，引出導(dǎo)線，導(dǎo)線上安裝無線接收器，然后將其與纖維素隔膜、溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82％的四氟硼酸三甲基乙基胺的乙腈溶液一起封裝在外殼里，得到超級電容器；
實施例4
一種無線充電超級電容器，包括氮氟共摻雜碳材料制得的正電極、氮氟共摻雜碳材料制得的負(fù)電極、設(shè)置在正電極和負(fù)電極之間的超細(xì)玻璃棉多孔隔膜、溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88％的四氟硼酸二甲基二乙基胺的乙腈溶液、封裝外殼和充電模塊，所述充電模塊包括無線接收器以及無線發(fā)射器，所述無線接收器安裝于所述正電極和負(fù)電極的預(yù)設(shè)位置，所述預(yù)設(shè)位置適于所述無線發(fā)射器向所述無線接收器提供無線電信號，所述無線發(fā)射器可控制地電連接于外部電源，通過對所述充電模塊的通斷，實現(xiàn)無線充電；
所述超級電容器的外形是紐扣型；電極形式是卷繞形式；所述封裝外殼為塑料封裝外殼；
一種無線充電超級電容器的制備方法，包括如下步驟：
1)氟氮碳源的制備：將乙烯基二茂鐵300g、四氟乙烯100g、2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪200g、十二烷基苯磺酸鈉10g混合均勻，滴在玻璃制成的模具內(nèi)，放入在氮氣氛圍下的鈷60-γ場內(nèi)，采用輻射源輻照48分鐘使其發(fā)生輻射自由基聚合反應(yīng)；
2)初始碳化：將步驟1)中制備得到的氟氮碳源在氦氣氛圍保護下，于480℃下碳化3.4小時，得到初始碳化的氮氟共摻雜碳材料；
3)碳材料活化：將步驟2)中制備得到的初始碳化的氮氟共摻雜碳材料浸泡在72℃下質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56％的磷酸溶液中47小時，取出用去離子水洗滌過濾，在真空中100℃下干燥24h，后稱取產(chǎn)物100g，再在產(chǎn)物中加入KOH 200g，并混合均勻；
4)碳化：將步驟3)中用KOH活化的氮氟共摻雜碳材料，在氖氣氛圍保護下，于960℃下碳化4小時得到氮氟共摻雜碳材料；
5)正、負(fù)電極的制備：分別稱取90g氮氟共摻雜碳材料、20g乙炔黑、10g PTFE乳液、50g乙醇，混合，超聲1小時使其形成均勻的漿料。接著將漿料轉(zhuǎn)移至輥壓機上制成薄片，取適量置于1cm×1cm不銹鋼網(wǎng)上，在10MPa壓力下壓制成正、負(fù)電極。最后將該正、負(fù)電極放入真空烘箱，在117℃下烘干，待用；
6)超級電容器組裝：將上述步驟中制備得到的正負(fù)電極上涂敷導(dǎo)電膠，引出導(dǎo)線，導(dǎo)線上安裝無線接收器，然后將其與超細(xì)玻璃棉多孔隔膜、溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88％的四氟硼酸二甲基二乙基胺的乙腈溶液一起封裝在外殼里，得到超級電容器；
實施例5
一種無線充電超級電容器，包括氮氟共摻雜碳材料制得的正電極、氮氟共摻雜碳材料制得的負(fù)電極、設(shè)置在正電極和負(fù)電極之間的聚丙烯隔膜、溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90％的四氟硼酸甲基三乙基胺的乙腈溶液、封裝外殼和充電模塊，所述充電模塊包括無線接收器以及無線發(fā)射器，所述無線接收器安裝于所述正電極和負(fù)電極的預(yù)設(shè)位置，所述預(yù)設(shè)位置適于所述無線發(fā)射器向所述無線接收器提供無線電信號，所述無線發(fā)射器可控制地電連接于外部電源，通過對所述充電模塊的通斷，實現(xiàn)無線充電；
所述超級電容器的外形是方型；電極形式是疊層形式；所述封裝外殼為塑料金屬封裝外殼；
一種無線充電超級電容器的制備方法，包括如下步驟：
1)氟氮碳源的制備：將乙烯基二茂鐵300g、四氟乙烯100g、2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪200g、聚氧丙烯聚乙烯甘油醚10g混合均勻，滴在玻璃制成的模具內(nèi)，放入在氬氣氛圍下的鈷60-γ場內(nèi)，采用輻射源輻照50分鐘使其發(fā)生輻射自由基聚合反應(yīng)；
2)初始碳化：將步驟1)中制備得到的氟氮碳源在氮氣氛圍保護下，于500℃下碳化4小時，得到初始碳化的氮氟共摻雜碳材料；
3)碳材料活化：將步驟2)中制備得到的初始碳化的氮氟共摻雜碳材料浸泡在80℃下質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％的磷酸溶液中50小時，取出用去離子水洗滌過濾，在真空中100℃下干燥24h，后稱取產(chǎn)物100g，再在產(chǎn)物中加入KOH 200g，并混合均勻；
4)碳化：將步驟3)中用KOH活化的氮氟共摻雜碳材料，在氦氣氛圍保護下，于1000℃下碳化4小時得到氮氟共摻雜碳材料；
5)正、負(fù)電極的制備：分別稱取90g氮氟共摻雜碳材料、20g乙炔黑、10g PTFE乳液、50g乙醇，混合，超聲1小時使其形成均勻的漿料。接著將漿料轉(zhuǎn)移至輥壓機上制成薄片，取適量置于1cm×1cm泡沫鎳上，在10MPa壓力下壓制成正、負(fù)電極。最后將該正、負(fù)電極放入真空烘箱，在120℃下烘干，待用；
6)超級電容器組裝：將上述步驟中制備得到的正負(fù)電極上涂敷導(dǎo)電膠，引出導(dǎo)線，導(dǎo)線上安裝無線接收器，然后將其與聚丙烯隔膜、溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90％的四氟硼酸甲基三乙基胺的乙腈溶液一起封裝在外殼里，得到超級電容器；
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制；凡本行業(yè)的普通技術(shù)人員均可按以上所述而順暢地實施本發(fā)明；但是，凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，可利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而作出的些許更動、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實施例；同時，凡依據(jù)本發(fā)明的實質(zhì)技術(shù)對以上實施例所作的任何等同變化的更動、修飾與演變等，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的保護范圍之內(nèi)。