一种混合型超级电容器制造技术

本发明专利技术公开了一种混合型超级电容器，包括正极铝箔片、负极铝箔片、电解液和隔膜，所述正极铝箔片正反两面均涂布有正极材料，所述负极铝箔片正反两面均涂布有负极材料，所述正极材料由以下质量百分比计的组分混合制成：85-92％的活性炭、4-10％的导电剂、1-2％的分散剂和3-10％的粘结剂；所述负极材料由以下质量百分比计的组分混合制成：80-92％的钛酸锂/石墨烯复合材料、4-10％的导电剂和4-10％的粘结剂。本发明专利技术具有能快速充放电，高比能量的特点，它容量更高、循环稳定性更长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电容器，特别涉及一种混合型超级电容器。
技术介绍
作为一种新型的储能器件，超级电容器因其在功率密度、大电流充放电和长期循环使用寿命等方面的突出表现，使其成为了国家重大科技创新、新能源领域的前沿技术之一，更被列入到《国家中长期科学发展和技术发展规划纲要》(2002-2020)，具有非常重要的战略意义和现实意义。目前商业化的超级电容器主要是基于“双电层储能机理”的炭-炭双电层电容器，尽管该系列电容器在功率密度和循环使用寿命方面具有突出的表现，但是能量密度偏低的缺点却限制了其广泛应用。为此，大量的研究人员开始探讨结合锂离子电池电极材料从而在保证功率密度的前提下显著提升产品的能量密度，如锂离子电容器。在众多负极材料中，尖晶石型钛酸锂因为具有“零应变”、比容量大、充放电效率高、抗过充性能好、安全性高等优点，使得其成为一种性能优异的新型电池电容材料，在动力型锂离子电池与超级电容器领域具有广泛的应用前景。然而，受制于合适正负电极材料的选取问题，使得该新型混合型超级电容器的研究与应用受到了很大程度的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种混合型超级电容器，具有能快速充放电，高比能量的特点，它容量更高、循环稳定性更长。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种混合型超级电容器，包括正极铝箔片、负极铝箔片、电解液和隔膜，所述正极铝箔片正反两面均涂布有正极材料，所述负极铝箔片正反两面均涂布有负极材料，所述正极材料由以下质量百分比计的组分混合制成：85-92％的活性炭、4-10％的导电剂、1-2％的分散剂和3-10％的粘结剂；所述负极材料由以下质量百分比计的组分混合制成：80-92％的钛酸锂/石墨烯复合材料、4-10％的导电剂和4-10％的粘结剂。作为优选，所述活性炭的比表面积大于1500m2/g，表面官能团含量在0.5meq/g以下，平均粒径在8-10μm。控制活性炭这些参数的目的是在保证电容器正极容量的同时降低电容器的漏电流、提高活性炭材料的电极密度。作为优选，所述活性炭是以椰壳或针状焦为前驱体的活性炭。作为优选，所述钛酸锂/石墨烯复合材料中石墨烯添加量为钛酸锂的5-25％。这样能保证负极材料中容量的同时提高复合材料的导电性，过量的石墨烯不利于钛酸锂电极材料的制备。作为优选，所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种。作为优选，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚四氟乙烯中的一种或几种。作为优选，所述分散剂为羟甲基纤维素钠或海藻酸钠。作为优选，所述羟甲基纤维素钠的粘度小于300cps。这样容易实现对炭黑、活性物质的分散，粘度过高时搅拌过程容易产热最终破坏粘结剂的结构。本专利技术的制备方法步骤为：(1)将活性炭、导电剂、分散剂和粘结剂加入去离子水中，经真空高速搅拌后形成正极浆料，将正极浆料均匀涂布在正极铝箔片的正反两面上，经干燥、碾压、冲切后获得正极极片；(2)将钛酸锂/石墨烯复合材料、导电剂和粘结剂加入N-甲基吡咯烷酮中，真空高速搅拌后形成负极浆料，将负极浆料均匀涂布在负极铝箔片的正反两面上，经干燥、碾压、冲切后获得负极极片；(3)正极极片、隔膜及负极极片组合叠片后获得电芯，将电芯置于外壳中，注入电解液，封装后获得混合型超级电容器。作为优选，正极极片厚度为120-250μm，负极极片厚度为50-90μm。作为优选，所述电芯结构中，正极极片的活性物质活性炭：负极极片的活性物质钛酸锂/石墨烯复合材料的质量比为2-8:1(正极活性物质含量过低时不能充分发挥负极材料的理论容量，正极活性物质含量过高时则容易造成极片过厚，最终影响产品的循环稳定性)。优选正极极片的活性物质活性炭：负极极片的活性物质钛酸锂/石墨烯复合材料的质量比为3-5:1。本专利技术的有益效果是：通过优化不同正负电极材料的选取，从而获得容量更高、循环稳定性更长的新型混合型超级电容器。附图说明图1是本专利技术功率密度和能量密度的Ragone图。具体实施方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的具体说明。本专利技术中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。本专利技术所使用的正极活性材料(活性炭，市售)规格型号为：AC-1，AC-2，AC-3，AC-4，而负极活性材料(钛酸锂/石墨烯复合材料，制备方法参见CN102569769B专利技术专利公开的内容)规格型号为：LTO-1，LTO-2，LTO-3，LTO-4，具体材料的性能参数指标如表1和表2所示。表1：正极活性炭主要性能参数表2：负极钛酸锂/石墨烯复合材料主要性能参数实施例1本专利技术的制备过程如下：(1)称取活性炭(AC-1)89kg、导电剂(Super P)5kg、粘结剂(SBR)5kg和分散剂(CMC)1kg，以去离子水为溶剂，依次将分散剂、导电剂、活性炭和粘结剂加入10L的真空高速拌浆机中，以3500rpm的速度将混合物进行真空高速搅拌4-6h，在此期间通过添加去离子水调节浆料的粘度，并控制浆料的固含量在20-40％之间得正极浆料。将正极浆料采用连续涂布机的方式均匀的涂布在正极铝箔片(腐蚀箔)的正反两面上，涂布过程极片厚度控制为260μm，干燥温度为110℃，涂布速率为5m/min，将干燥后的电极采用连续碾压机在40t的压力、5m/min的碾压速率条件下进行碾压，碾压后电极厚度控制在240μm，并将上述电极冲切成(50-60)mm*(70-80)mm的正极极片。(2)称取钛酸锂/石墨烯复合材料(LTO-1)90kg，导电剂(Super P)5kg，粘结剂(PVDF)5kg，依次按顺序加入N-甲基吡咯烷酮溶液中，通过控制溶剂的加入量使浆料的粘度和固含量分别维持在5000cps和60％，通过真空高速搅拌机在真空、3500rpm的条件下搅拌4-6h，得到负极浆料。将负极浆料采用双面连续涂布的方式涂布在负极铝箔片(腐蚀箔)上，涂布厚度、涂布速率以及干燥温度分别维持在90μm、5m/min和130℃。将上述电极经碾压、冲切后即可得到负极极片，其中碾压与冲切条件与正极制备相同，负极极片厚度控制在65μm左右。(3)将上述正、负电极极片、PP/PE/PP型多层隔膜(美国Celgard公司产)采用“弓型”叠片方式叠成75*55*6.2mm的电芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合型超级电容器，包括正极铝箔片、负极铝箔片、电解液和隔膜，其特征在于：所述正极铝箔片正反两面均涂布有正极材料，所述负极铝箔片正反两面均涂布有负极材料，所述正极材料由以下质量百分比计的组分混合制成：85‑92％的活性炭、4‑10％的导电剂、1‑2％的分散剂和3‑10％的粘结剂；所述负极材料由以下质量百分比计的组分混合制成：80‑92％的钛酸锂/石墨烯复合材料、4‑10％的导电剂和4‑10％的粘结剂。

【技术特征摘要】
1.一种混合型超级电容器，包括正极铝箔片、负极铝箔片、电解液和隔膜，
其特征在于：所述正极铝箔片正反两面均涂布有正极材料，所述负极铝箔
片正反两面均涂布有负极材料，所述正极材料由以下质量百分比计的组分
混合制成：85-92％的活性炭、4-10％的导电剂、1-2％的分散剂和3-10％的
粘结剂；所述负极材料由以下质量百分比计的组分混合制成：80-92％的钛
酸锂/石墨烯复合材料、4-10％的导电剂和4-10％的粘结剂。
2.根据权利要求1所述的一种混合型超级电容器，其特征在于：所述活性
炭的比表面积大于1500m2/g，表面官能团含量在0.5meq/g以下，平均粒径
在8-10μm。
3.根据权利要求1所述的一种混合型超级电容器，其特征在于：所述钛酸
锂/石墨烯复合材料中石墨烯添加量为钛酸锂的5-25％。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种混合型超级电容器，其特征在于：
所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种混合型超级电容器，其特征在于：
所述粘结剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚四氟乙烯中的一种或几种。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种混合型超级电容器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮殿波，杨斌，傅冠生，
申请(专利权)人：宁波南车新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33