一種高比能量超級電容器正極片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)電源領(lǐng)域，涉及一種化學(xué)電源產(chǎn)品，具體涉及一種高比能量超級電容器正極片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及一種新興的化學(xué)電源一一超級電容器。超級電容器，又稱電化學(xué)電容器，是近年來得到迅速發(fā)展的一種新型儲能器件。超級電容器通過電極表面發(fā)生快速、可逆的電荷吸附/脫附過程或電化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行能量的儲存和釋放，其能量密度是傳統(tǒng)的靜電電容器的10?100倍，功率密度是電池的10?100倍。超級電容器以其特有的性能優(yōu)勢，特別適用于短時間高功率輸出場合，如機(jī)車啟動、UPS、能量回收、激光武器、電磁炮等領(lǐng)域。
[0003]目前，現(xiàn)有技術(shù)的超級電容器主要采用兩種技術(shù)方案:第一種是雙電層電容器，這類超級電容器正負(fù)極材料均采用炭材料(活性炭、碳?xì)饽z等)，由于不涉及到電化學(xué)反應(yīng)過程，因此這類超級電容器的比功率很高，可以達(dá)到5000W/kg以上，但其比能量只有3~5Wh/kg;另一種是準(zhǔn)電容超級電容器，這類超級電容器主要采用各類金屬氧化物(N1、MnO2, RuO2)或金屬氮化物(MoNx)等作為活性材料，這類超級電容器的比能量可達(dá)8~10Wh/kg,但其比功率一般低于雙電層電容器。
[0004]無論是雙電層電容器還是準(zhǔn)電容超級電容器，其比能量一般都在10Wh/kg以下，因此難以滿足某些場合的使用需求，例如:星上霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)，其要求電源的供電功率較大，同時對電源的放電時間重量均有要求。當(dāng)采用傳統(tǒng)的雙電層電容器或準(zhǔn)電容超級電容器時，其存在重量較大的缺點(diǎn)，難以滿足使用需求。
[0005]李劼于2007年(200710035205)提出了一種超級電容電池，由于其正極活性材料中活性炭的比例高達(dá)70%，即鋰離子嵌入化合物的含量不足30%，不能充分發(fā)揮該類材料的克容量優(yōu)勢，因此造成電容電池的比能量低，同時由于活性炭的比例較高，也造成極片制備相對困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的超級電容器比能量較低的問題，提供一種高比能量超級電容器正極片，利用該正極片制備的超級電容器，不但能夠達(dá)到星上霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)對超級電容器的功率要求，而且相對于現(xiàn)有技術(shù)的超級電容器，能夠很大程度的提高其比能量，很好的滿足其對超級電容器的供電時間及壽命需求。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種高比能量超級電容器正極片，包括:活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體，該活性物質(zhì)包含:
活性炭，及多元金屬化合物；
該多元金屬化合物由LiCo02、LiNi02、LiMnOpLiNixCoyMn1 x y02中的一種或幾種組成，其中，0.8 彡 X 彡 0.2,0.4 彡 y 彡 0.1，I 彡 x+y 彡 O ;
所述的活性物質(zhì)中活性炭的比例以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計為5%?50%。本發(fā)明由于活性炭的含量在5°/『50%，因此可充分發(fā)揮鋰離子嵌入化合物的克容量優(yōu)勢，因而制成的器件比能量高，同時極片制備相對簡單。優(yōu)選地，所述的活性物質(zhì)中活性炭的比例以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計為5%?20%。
[0008]上述的正極片，其中，所述的活性炭的比表面積為300?3000m2/g ;優(yōu)選地，所述的活性炭的比表面積為1000?2000m2/g。
[0009]上述的正極片，其中，所述的活性炭的粒徑為5?50 μm ;優(yōu)選為5?20 μπι。
[0010]上述的正極片，其中，所述的集流體為腐蝕鋁箔。
[0011]上述的正極片，其中，所述鋁箔的厚度為15~40 μπι ;優(yōu)選為25~35 μπι。
[0012]本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述的高比能量超級電容器正極片的制備方法，該方法包含:
步驟I，將粘結(jié)劑置于溶劑中，充分?jǐn)嚢柚寥芙饩鶆颍?br> 步驟2，將導(dǎo)電劑倒入粘結(jié)劑溶液中，充分?jǐn)嚢瑁?br> 步驟3，將活性炭和多元金屬化合物粉末同時倒入步驟I的溶液中，充分?jǐn)嚢柚钡叫纬删鶆虻臐{料；
步驟4，將漿料均勻的涂布在集流體上，待干燥后，壓制形成電極片。
[0013]本發(fā)明由于采用了由活性炭和多元金屬化合物混合而成的高比能量超級電容器正極片，解決了傳統(tǒng)超級電容器比能量較低的問題；采用本發(fā)明的正極片制備的超級電容器，比能量高、比功率大、循環(huán)壽命長，能用于為星上霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)供電的超級電容器。
【附圖說明】
[0014]圖1為采用本發(fā)明實施例1的正極片制作的超級電容器的恒流充放電曲線。
[0015]圖2為采用本發(fā)明實施例1的正極片制作的超級電容器的循環(huán)壽命曲線。
[0016]圖3為采用本發(fā)明實施例2的正極片制作的超級電容器的恒流充放電曲線。
[0017]圖4為采用本發(fā)明實施例2的正極片制作的超級電容器的循環(huán)壽命曲線。
[0018]圖5為采用本發(fā)明實施例3的正極片制作的超級電容器的恒流充放電曲線。
[0019]圖6為采用本發(fā)明實施例3的正極片制作的超級電容器的循環(huán)壽命曲線。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0021 ] 本發(fā)明的高比能量超級電容器正極片由活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體構(gòu)成。其正極片的活性物質(zhì)由活性炭和多元金屬化合物按照一定的比例混合而成。活性物質(zhì)中活性炭的比例為5%?20%，多元金屬化合物由LiCo02、LiNi02、LiMn02、LiNixCoyMni x y02等其中的一種或幾種組成。活性炭比表面積為 1000 ? 2000m2/g，粒徑為5?20μm。集流體為腐蝕鋁箔，鋁箔的厚度為25~35μπι。所述的導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑均采用超級電容器常用的導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑。
[0022]本發(fā)明的超級電容器正極片所采用的導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑為超級電容器用常規(guī)導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑。
[0023]本發(fā)明的超級電容器正極片中導(dǎo)電劑占1_3%，粘結(jié)劑占1-5%，活性物質(zhì)占92-98%，以重量百分?jǐn)?shù)計。
[0024]實施例1
步驟I，將粘結(jié)劑置于溶劑中，充分?jǐn)嚢柚敝寥芙饩鶆颍?br> 步驟2，將導(dǎo)電劑倒入粘結(jié)劑溶液中，充分?jǐn)嚢瑁?br> 步驟3，將活性炭和多元金屬化合物粉末同時倒入上述溶液中，充分?jǐn)嚢柚钡叫纬删鶆虻臉S料；其中，多元金屬化合物為LiNi1/3Co1/3Mn1/302，活性炭的用量為以活性物質(zhì)(由活性炭和多元金屬化合物組成)的重量百分?jǐn)?shù)計為5%，活性炭的比表面積為1000~2000m2/g，粒徑為 5-20 μπι ；
步驟4，將漿料均勻的涂布在集流體上，待干燥后，壓制形成電極片，即為本發(fā)明的高比能量超級電容器正極片；其中，該集流體為腐蝕鋁箔，其厚度為25-35 μπι左右。
[0025]采用本例的正極片制成超級電容器。具體方法為:將制成的電極沖裁成所需的尺寸，作為正極片，采用碳材料制成負(fù)極片，采用紙隔膜或無紡布隔膜，采用含Li+的鹽作為電解質(zhì)，在干燥房或手套箱中組裝成超級電容器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
[0026]測試結(jié)果顯示，采用該方法制備的超級電容器正極片具有比能量高、循環(huán)壽命長等特點(diǎn)。
[0027]圖1的測試結(jié)果表明，采用該正極片組裝的超級電容器，在5Α電流下的充放電曲線幾乎為一條直線，其容量達(dá)到4200F左右。
[0028]圖2的測試結(jié)果表明，經(jīng)過5000周次的循環(huán)，超級電容器的容量保持在初始容量的94%以上。
[0029]實施例2
步驟I，將粘結(jié)劑置于溶劑中，充分?jǐn)嚢柚敝寥芙饩鶆颍?br> 步驟2，將導(dǎo)電劑倒入粘結(jié)劑溶液中，充分?jǐn)嚢瑁?br> 步驟3，將活性炭和多元金屬化合物粉末同時倒入上述溶液中，充分?jǐn)嚢柚钡叫纬删鶆虻臉S料；其中，多元金屬化合物為LiNi1/3Co1/3