以导电聚合物作为阴极材料的卷绕型电解-电化学混合电容器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种以导电聚合物作为阴极材料的卷绕型电解-电化学混合电容器及其制备方法。所述的混合电容器包括圆柱形卷芯和电解液，所述圆柱形卷芯包括阳极片、阴极片和电解纸，其中：所述阳极片为铝电解电容器用阳极箔，在阳极片上设有阳极导箔条；所述阴极片为通过在阴极导电基体上负载由电化学电容器用导电聚合物作为阴极活性物质的阴极浆料所得，在阴极片上设有阴极导箔条；所述阳极片、阴极片和电解纸按由下至上呈阴极片、电解纸和阳极片的顺序依次叠置，以阳极片收尾、并在最下层的阴极片下放置电解纸，之后进行卷绕形成圆柱形卷芯。本发明专利技术所述混合电容器成本低且兼具高电压和大容量特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及混合电容器，具体涉及一种以导电聚合物作为阴极材料的卷绕型电解-电化学混合电容器及其制备方法。
技术介绍
电化学电容器因兼顾传统电容器和电池的特点，近年来备受人们关注。然而，由于受电解液分解电压的限制,单体工作电压一般不超过3V。从电容器的能量密度公式E＝1/2CU2不难看出，低工作电压意味着低能量密度。大幅度提高单体电压是电化学电容器在储能和动力领域发挥作用的当务之急。与电化学电容器相比,电解电容器的工作电压和功率密度极高，而其较低的单体容量已不能满足快速发展的电子元件行业对大容量储能器件的需求。Evans设计了一种“混合”电容器：其阳极是Ta/Ta2O5，为钽电解电容器，阴极是Ta/RuO2，为电化学电容器。电容器的阳极电压Ua、阴极电压Uc和阳极电容Ca、阴极电容Cc的关系为：Ua/Uc＝Cc/Ca，当Cc>>Ca，Ua>>Uc。即如果阴极的电容远大于阳极电容，阴极分担的电压则很小。充电时，大部分电压加在阳极氧化物电介质上而不是电解液，这就避免了电解液在高电压下的分解。因此，“混合”型电容器不必借助串联结构即可在满足高电压要求，同时保证较高的容量。但是，由于钌和钽均是稀有金属，作为电容器材料还存在成本高和环境污染的不足，而且多数情况下，RuO2为固体粉末，其电极制备工艺繁琐，故不适合作为大规模使用的储能材料。因此，采用价格低廉和环境友好的电容器电极材料代替钌和钽等稀有金属材料，以简单工艺制备高电压大容量的混合电容器是加快其在储能领域应用的快捷途径。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种成本低且兼具高电压和大容量特点的以导电聚合物作为阴极材料的卷绕型电解-电化学混合电容器及其制备方法。本专利技术所述的以导电聚合物作为阴极材料的卷绕型电解-电化学混合电容器，包括圆柱形卷芯和电解液，所述圆柱形卷芯包括阳极片、阴极片和电解纸，其中：所述阳极片为铝电解电容器用阳极箔，在阳极片上设有阳极导箔条；所述阴极片为通过在阴极导电基体上负载由电化学电容器用导电聚合物作为阴极活性物质的阴极浆料所得，在阴极片上设有阴极导箔条；所述电化学电容器用导电聚合物为选自聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯中的一种或两种以上的组合；所述阳极片、阴极片和电解纸按由下至上呈阴极片、电解纸和阳极片的顺序依次叠置，以阳极片收尾、并在最下层的阴极片下放置电解纸，之后进行卷绕形成圆柱形卷芯。上述技术方案中，所述的阴极导电基体可以是铝箔或铝电解电容器阴极箔。所述的电解液可以是选自水系电解液、有机系电解液和离子液体的一种，本申请中优选采用铝电解电容器用电解液。本专利技术还包括上述以导电聚合物作为阴极材料的卷绕型电解-电化学混合电容器的制备方法，包括圆柱形卷芯的制备，所述圆柱形卷芯的制备方法包括以下步骤：1)提供阳极片和阴极导电基体；2)提供阴极浆料，取阴极活性物质、粘结剂和导电剂按70～90wt％：5～15wt％：5～15wt％的配比制备阴极浆料，其中，所述阴极活性物质为电化学电容器用导电聚合物，所述电化学电容器用导电聚合物为选自聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯中的一种或两种以上的组合；；3)在阴极导电基体上负载阴极浆料，得到阴极片；4)将阴极片和阳极片按需要进行裁切成相应尺寸，干燥；5)分别在干燥后阴极片和阳极片上焊接阴极导箔条和阳极导箔条；6)按由下至上的顺序呈阴极片、电解纸和阳极片的顺序依次叠置，以阳极片收尾，并在最下层的阴极片下放置电解纸，之后卷绕成圆柱形，得到圆柱形卷芯。上述制作方法的步骤1)中，所述阳极片为铝电解电容器用阳极箔，所述的阴极导电基体可以是铝箔或铝电解电容器阴极箔。上述制作方法的步骤2)中，所述的粘结剂和导电剂为现有技术中的常规选择，具体地，粘结剂可以是羧甲基纤维素或聚偏氟乙烯等；导电剂具体可以是导电石墨、导电炭黑和导电乙炔黑等导电碳材料中的一种或两种的组合，当导电剂的选择为上述两种以上的组合时，它们之间的配比为任意配比。在制备阴极浆料时，所用的溶剂为现有技术中的常规选择，具体可以是水、NMP或DMAc等无机或有机溶剂。上述制作方法的步骤3)中，通过现有常规方法将阴极浆料负载到阴极导电基体上，如可以采用涂覆或沉积的方法进行负载；在进行涂覆或沉积时，应在阴极导电基体的双面同时进行，涂覆或沉积时优选是将面密度控制在5-10mg/cm2。在负载完成之后进行干燥，即得到阴极片。上述制作方法的步骤5)中，所述的阴极导箔条和阳极导箔条均为条状铝材；具体可以采用冷压焊接或超声焊接的方式将阴极导箔条和阳极导箔条分别焊接在阴极片和阳极片上。上述制作方法的步骤6)中，一般情况下，通常在完成由下至上呈阴极片、电解纸和阳极片的叠置，并在阴极片之下放置电解纸后即可进行卷绕；也可以根据需要按上述叠置顺序继续往上进行叠置，直至阴极片的层数达到所需要求。本步骤中，根据需要将叠置好的阴极片、电解纸和阳极片置于卷绕机上卷绕成圆柱形。上述方法仅是获得圆柱形卷芯，本专利技术所述的以导电聚合物作为阴极材料的卷绕型电解-电化学混合电容器的制备方法在获得圆柱形卷芯之后还包括按常规技术对圆柱形卷芯进行含浸电解液、封装工序。具体地，将所得圆柱形卷芯置于60-80℃干燥箱中烘烤1-3h，之后迅速转移到含浸缸中，密封抽真空20-60min，然后加压0.8-1.2MPa，保压30-50min；之后取出卷芯，甩掉多余电解液，在圆柱形卷芯的阴极导箔条和阳极导箔条上冲孔，用钉铆机在阴极导箔条和阳极导箔条钉铆，套上铝壳，用封口机对铝壳进行封口。其中，所述的电解液可以是选自水系电解液、有机系电解液和离子液体的一种，本申请中优选采用铝电解电容器用电解液。与现有技术相比，本专利技术提供了一种结构新颖的高电压大容量电解-电化学混合电容器的设计，以铝电解电容器用阳极箔为阳极，通过铝电解电容器提供超高电压；以电化学电容器用导电聚合物电极材料涂覆或沉积于导电基体上作为阴极，通过电化学电容器提供相对较高的容量；采用卷绕的方式可以增加阴阳极的接触面积从而增加混合电容器的容量，由于导电聚合物具有快速储存和传递电流的作用，被用作阴极电极材料可以大大增加阴极的电容，从而得到兼具高电压和大容量特点的混合电容器。本专利技术突破了传统电化学电容器的储能方式，能有效提高混合电容器的电化学性能。附图说明图1为本专利技术所述以导电聚合物作为阴极材料的卷绕型电解-电化学混合...

【技术保护点】
以导电聚合物作为阴极材料的卷绕型电解‑电化学混合电容器，包括圆柱形卷芯和电解液，其特征在于：所述圆柱形卷芯包括阳极片(3)、阴极片(2)和电解纸(1)，其中：所述阳极片(3)为铝电解电容器用阳极箔，在阳极片(3)上设有阳极导箔条(5)；所述阴极片(2)为通过在阴极导电基体上负载由电化学电容器用导电聚合物作为阴极活性物质的阴极浆料所得，在阴极片(2)上设有阴极导箔条(4)；所述电化学电容器用导电聚合物为选自聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯中的一种或两种以上的组合；所述阳极片(3)、阴极片(2)和电解纸(1)按由下至上呈阴极片(2)、电解纸(1)和阳极片(3)的顺序依次叠置，以阳极片(3)收尾、并在最下层的阴极片(2)下放置电解纸(1)，之后进行卷绕形成圆柱形卷芯。

【技术特征摘要】
1.以导电聚合物作为阴极材料的卷绕型电解-电化学混合电容器，包
括圆柱形卷芯和电解液，其特征在于：所述圆柱形卷芯包括阳极片(3)、阴
极片(2)和电解纸(1)，其中：
所述阳极片(3)为铝电解电容器用阳极箔，在阳极片(3)上设有阳极导
箔条(5)；
所述阴极片(2)为通过在阴极导电基体上负载由电化学电容器用导电
聚合物作为阴极活性物质的阴极浆料所得，在阴极片(2)上设有阴极导箔条
(4)；所述电化学电容器用导电聚合物为选自聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯中的
一种或两种以上的组合；
所述阳极片(3)、阴极片(2)和电解纸(1)按由下至上呈阴极片(2)、电解
纸(1)和阳极片(3)的顺序依次叠置，以阳极片(3)收尾、并在最下层的阴极
片(2)下放置电解纸(1)，之后进行卷绕形成圆柱形卷芯。
2.根据权利要求1所述的以导电聚合物作为阴极材料的卷绕型电解-
电化学混合电容器，其特征在于：所述的阴极导电基体为铝箔或铝电解电
容器阴极箔。
3.根据权利要求1所述的以导电聚合物作为阴极材料的卷绕型电解-
电化学混合电容器，其特征在于：所述的电解液为选自水系电解液、有机
系电解液和离子液体的一种。
4.根据权利要求1所述的以导电聚合物作为阴极材料的卷绕型电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄有国，胡丽娜，昝亚辉，王红强，李庆余，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西;45