一種多孔碳作為陰極材料的電解-電化學(xué)混合電容器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電解電容器和電化學(xué)電容器電子元器件領(lǐng)域，具體涉及一種多孔碳作為陰極材料的電解-電化學(xué)混合電容器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]
電化學(xué)電容器低的工作電壓導(dǎo)致了其能量密度很低。低電壓運(yùn)行不論從電化學(xué)電容器的電化學(xué)性能還是從安全性能以及成本來考慮都是不理想的。因此，大幅度提高單體電壓是電化學(xué)電容器在儲能和動力領(lǐng)域發(fā)揮作用的當(dāng)務(wù)之急。電解電容器具有高工作電壓、超高的充放電速率、高功率密度、長壽命以及制備工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，而儲存能量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足大規(guī)模儲能的要求，且較低的單體容量限制了其在電子儲能元件行業(yè)中的應(yīng)用范圍。
[0003]Evans設(shè)計的Ta/Ta205 || Ru02/Ta型電解-電化學(xué)混合電容器兼顧電解電容器高電壓和電化學(xué)電容器高容量的優(yōu)點(diǎn)，其陽極Ta/Ta205為一電解電容器，陰極是Ta/Ru02為一電化學(xué)電容器。以Ta/Ta205作為陽極雖然可以獲得較高的比容量，但Ta2O5為顆粒狀材料，Ta/Ta205則為燒結(jié)式的電極材料且通過鉭金屬氧化而得，其僅適用于疊片式小型電容器，因此即使Ta/Ta205電極的比容量高，但表面積不可能做得很大，因而整個陽極的電容并不高，導(dǎo)致單體混合電容器的容量也同樣不高。由C二 f W知，要增加陽極的電容，可采取增加陽極表面積^的措施。陰極材料RuO2為固體粉末，其電極制備工藝繁瑣，還存在成本高和環(huán)境污染的缺點(diǎn)，故不適合作為大規(guī)模使用的儲能材料，而電化學(xué)電容器多孔碳電極材料不失為一種優(yōu)良的選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]
針對上述混合電容器的生產(chǎn)狀況和問題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多孔碳作為陰極材料的電解-電化學(xué)混合電容器及其制備方法。
[0005]本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
一種多孔碳作為陰極材料的卷繞型軟包裝的高電壓大容量電解-電化學(xué)混合電容器，由卷芯、電解液和外殼組成，所述的卷芯為由里到外的陽極片/電解紙/陰極片/電解紙四層卷繞形成的一種圓柱狀結(jié)構(gòu)；
所述的電解液為水系電解液、有機(jī)系電解液或離子液體的一種；
所述的外殼為鋁質(zhì)圓筒狀。
[0006]所述混合電容器以鋁電解電容器用陽極箔作為陽極，以一種導(dǎo)電箔材基體負(fù)載電化學(xué)電容器用多孔碳電極材料作為陰極。陽極為一電解電容器，擁有超高電壓；陰極為一電化學(xué)電容器，具有較高的容量。陽極和陰極均具備卷繞條件，故由兩層或多層電解紙和陰陽極片以卷繞的方式制備而成。
[0007]上述一種多孔碳作為陰極材料的卷繞型軟包裝的高電壓大容量電解-電化學(xué)混合電容器的制備方法，包括以下步驟:
(I)制漿:將電化學(xué)電容器多孔碳電極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按一定質(zhì)量比加入盛有相關(guān)溶劑的容器充分混合分散，形成陰極漿料；
所述的多孔碳電極材料、粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑按(80~90%): (5-10%): (5-10%)的質(zhì)量比混合分散形成；
所述的多孔碳電極材料為活性炭、碳?xì)饽z、碳化物衍生炭、介孔碳材料、碳納米管、石墨稀等多孔碳材料中的一種或幾種；
所述的粘結(jié)劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚偏氟乙烯(PVDF)粉體、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉體、聚四氟乙烯(PTFE)粉體或乳液等分子量在100萬到1000萬的高分子聚合物中的一種；
所述的導(dǎo)電劑為導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電乙炔黑等導(dǎo)電碳材料中的一種或幾種；
所述的溶劑為水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)等無機(jī)或有機(jī)溶劑中的一種或幾種；
所述的漿料的混合分散方法為超聲或機(jī)械攪拌的一種或兩種聯(lián)用。
[0008](2)負(fù)載漿料:將(I)制備的多孔碳電極材料復(fù)合漿料負(fù)載于陰極導(dǎo)電箔材基體正反兩面上，在80-120°C烘干3-8h，即形成陰極片；
所述的負(fù)載方法為涂覆或沉積；
所述的陰極導(dǎo)電箔材基體為鋁箔或鋁電解電容器陰極箔；
所述的漿體負(fù)載雙面面密度控制在5-lOmg/cm2。
[0009](3)裁片:用分切機(jī)將(2)制成的陰極片和鋁電解電容器陽極箔裁切成一定的規(guī)格，將裁切好的極片放入鼓風(fēng)干燥烘箱中干燥l_2h ;
(4)焊接導(dǎo)箔條:將導(dǎo)箔條焊接在陰陽極極片上。
[0010]所述導(dǎo)箔條為鋁質(zhì)細(xì)條狀；
所述的導(dǎo)箔焊接工藝為冷壓焊接或超聲焊接的一種。
[0011](5)卷繞:將準(zhǔn)備好的陰陽極極片和電解紙，按照陽極片、電解紙、陰極片、電解紙的順序上下排列疊放，然后在卷繞機(jī)上進(jìn)行卷繞，制成圓柱狀卷芯；
(6)含浸與封裝:將(5)制成的卷芯置于60-80°C恒溫干燥箱烘烤l_3h ;烘烤結(jié)束后，迅速轉(zhuǎn)移到含浸缸中，密封抽真空20-60min，注入電解液，再次抽真空30_40min，然后加壓1.2-1.5MPa，保壓20_30min，循環(huán)抽真空-加壓過程3_5次；最后拿出卷芯，甩掉多余電解液，立即鉚接上蓋板，迅速裝入外殼并封口。
[0012]所述的蓋板形式為牛角型或螺栓型中的一種。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:本發(fā)明提供的一種新穎的高電壓大容量電解-電化學(xué)混合電容器，以鋁電解電容器用陽極箔作為陽極；以一種導(dǎo)電箔材基體負(fù)載電化學(xué)電容器用多孔碳電極材料作為陰極。陽極為一電解電容器，擁有超高電壓；陰極為一電化學(xué)電容器，具有較高的容量。陽極和陰極均具備卷繞條件，故以卷繞的方式制備混合電容器，可增大陰陽極有效接觸面積。因此，這種電解電化學(xué)混合電容器同時具有超高電壓和較大的單體容量的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明電解-電化學(xué)混合電容器剖面圖；
其中:1 一招殼；2—蓋板；3—卷芯；
圖2為本發(fā)明電解-電化學(xué)混合電容器卷芯結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]其中:4一招電解電容器陽極箔；5—負(fù)載有多孔碳材料的陰極片；6 —電解紙；7—陽極導(dǎo)箔條；8—陰極導(dǎo)箔條；3—卷芯。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面以具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，這些實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0017]實(shí)施例1
(O制漿:將電化學(xué)電容器活性炭(AC)電極材料、導(dǎo)電劑(SP)和粘結(jié)劑(CMC)按83:10:7的質(zhì)量比加入盛有水的容器，利用高速攪拌機(jī)充分混合分散，形成陰極漿料；
(2)負(fù)載漿料:將活性炭復(fù)合漿料在6mg/cm2的雙面面密度下涂覆于鋁箔正反兩面上，在90°C烘干6h，即形成負(fù)載有多孔碳材料的陰極片5 ;
(3)裁片:用分切機(jī)將鋁電解電容器陽極箔4裁切成1050mmX24mm的規(guī)格，將(I)制成的陰極片裁切成IlOOmmX24mm的規(guī)格，再將裁切好的極片放入鼓風(fēng)干燥烘箱中干燥Ih ；
(4)焊接導(dǎo)箔條:將45_長的鋁質(zhì)陽極導(dǎo)箔條7和陰極導(dǎo)箔條8分別冷壓焊接在陽極極片和陰極極片距一端650mm的位置；
(5)卷繞:按照圖2將準(zhǔn)備好的陰陽極極片和電解紙6，按照陽極片、電解紙、陰極片、電解紙的順序上下排列，然后在卷繞機(jī)上進(jìn)行卷繞，制成圓柱狀卷芯3 ;
(6)含浸與封裝:將(5)制成的卷芯3置于65°C恒溫干燥箱烘烤2h;然后迅速轉(zhuǎn)移到含浸缸中，密封抽真空30min，注入電解液，再次抽真空35min，然后加壓1.2MPa，保壓25min，循環(huán)抽真空-加壓過程3次；最后拿出卷芯3，甩掉多余電解液，立即鉚接牛角型蓋板2，迅速裝入0 25mmXL35mm鋁殼I并封口。
[0018]上述實(shí)施例因選擇不同耐壓值的陽極箔，使制得的混合電容器電壓可高達(dá)幾十伏甚至數(shù)百伏。同時陰極活性炭(AC)電極材料引入使陰極容量顯著