一种电双层电容的碳电极及其制造方法和电双层电容技术

一种电双层电容的碳电极，其包括金属底箔、第一碳电极层和第二碳电极层。金属底箔具有彼此相对的第一表面和第二表面，且第一表面和第二表面上均分布有多个孔洞。第一碳电极层和第二碳电极层分别设于所述第一表面和所述第二表面上，其中所述第一碳电极层和所述第二碳电极层均为单层结构，所述第一碳电极层和所述第二碳电极层嵌入所述孔洞，使所述第一碳电极层与所述金属底箔之间以及所述第二碳电极层与所述金属底箔的间具有复数个导电介面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电双层电容器，尤其涉及一种电双层电容的碳电极及其制造方法以及具有所述电双层电容的碳电极的电双层电容。
技术介绍
电双层电容器又叫超级电容器，是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。电双层电容器用途广泛，例如，用作起重装置的电力平衡电源，可提供超大电流的电力；用作车辆启动电源，启动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的蓄电池；用作车辆的牵引能源，可以生产电动汽车、替代传统的内燃机改造现有的无轨电车；用在军事上可保证坦克车、装甲车等战车的顺利启动(尤其是在寒冷的冬季)、作为镭射武器的脉动能源。此外还可用于其他机电设备的储能能源。电双层电容器是建立在界面电双层理论基础上的一种全新电容器。众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷，从而产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两电极的表面形成紧密的电荷层，即电双层，它所形成的电双层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而亦产生电容效应，紧密的电双层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。为了强化电双层电容器的表现，具有超大比表面积的活性碳常被用来作为电双层电容器的电极。尽管电双层电容器具有前述优势，但是，当前的活性碳电极仍有介面附着力不佳，介面接触阻抗过高等缺点。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种电双层电容的碳电极，此碳电极为由活性碳电极层和导电金属底箔构成的三明治结构，导电金属底箔表面有孔洞分布，活性碳电极层则包括活性碳、导电碳及黏结剂。本专利技术还提供一种电双层电容的碳电极的制造方法，具体是将由活性碳、导电碳及黏结剂所制成的浆料透过例如涂布的方式被覆在导电金属底箔上，使活性碳和导电碳进入导电金属底箔的孔洞，导电金属底箔的孔洞可增加与活性碳电极层的接触介面面积，进而提升介面附着力，降低介面接触阻抗，并提高电双层电容的使用寿命。本专利技术通过如下方案实现，一种电双层电容的碳电极，其包括金属底箔、第一碳电极层和第二碳电极层，金属底箔具有彼此相对的第一表面和第二表面，且第一表面和第二表面上均具有复数个孔洞，第一碳电极层和第二碳电极层分别设于所述第一表面和所述第二表面上，其中所述第一碳电极层和所述第二碳电极层均为单层结构，所述第一碳电极层和所述第二碳电极层嵌入所述孔洞，使所述第一碳电极层与所述金属底箔的间以及所述第二碳电极层与所述金属底箔的间具有复数个导电介面。优选的，所述单层结构是由活性碳、导电碳和黏结剂组成，且所述活性碳的含量为100重量份，所述导电碳的含量大于0重量份且不大于30重量份，所述黏结剂的含量为10～12重量份。优选的，金属底箔为厚度5μm～30μm的铝箔，且前述孔洞的孔径范围为200nm～5μm。优选的，黏结剂为聚苯乙烯-丁二烯或聚苯乙烯-丁二烯和聚四氟乙烯的混合物。优选的，导电碳为由乙炔碳黑组成的立体结构。优选的，活性碳的比表面积为1000m2/g～3000m2/g，活性碳的粒径范围为500nm～10μm。优选的，所述金属底箔还包括直接配置于所述第一表面和所述第二表面上的保护层，且所述保护层是对所述金属底箔进行磷酸盐皮膜处理所获得。本专利技术还提供一种电双层电容的碳电极的制造方法，包括以下步骤：提供金属底箔，其具有彼此相对的第一表面和第二表面，且第一表面和第二表面均具有多个孔洞；将含有活性碳、导电碳和黏结剂的浆料涂布于所述第一表面和所述第二表面上，使活性碳和导电碳分别嵌入前述孔洞。优选的，所述制造方法还包含对所述金属底箔进行磷酸盐皮膜处理，使得所述第一表面和所述第二表面上形成保护层。本专利技术还提供一种电双层电容，包括所述的电双层电容的碳电极。附图说明图1是根据本专利技术的一种实施方式所绘示的一种电双层电容的碳电极。图2是圆筒型电双层电容的构造示意图。图3是1F电双层电容碳电极于高温老化过程中的交流阻抗变化趋势。具体实施方式以下将参照附图更全面地描述本专利技术的示范性实施方式；然而，本专利技术可按不同的形式体现，且不局限于本文阐述的实施方式。为了进行清楚的说明，附图所示的结构，尺寸可能有所夸大；也就是说，附图不一定是按真实比例绘制的。如图1所示，一种电双层电容的碳电极100包括金属底箔102、第一碳电极层104和第二碳电极层106；金属底箔102的厚度可介于5μm到30μm的间，其材料没有特别限制，举例而言，铝箔是常见的实例之一；金属底箔102具有彼此相对的第一表面102a和第二表面102b，且第一表面102a和第二表面102b上分布有多个孔洞102c；孔洞102c是透过化学或电化学等方式，对原本具有平整上下表面的金属底箔102进行腐蚀所产生的；前述过程的腐蚀深度可达到5μm，孔洞102c的孔径范围则介于200nm～5μm的间。第一碳电极层104是含有活性碳110、导电碳120和黏结剂(未标示)的单层结构；第一碳电极层104被覆于金属底箔102的第一表面102a上，其中活性碳l10和导电碳120分别嵌入前述孔洞102c，使第一碳电极层104与金属底箔102的间形成复数个导电介面。类似地，第二碳电极层106也是含有活性碳110、导电碳120和黏结剂(未标示)的单层结构。第二碳电极层106被覆于金属底箔102的第二表面102b上，其中活性碳110和导电碳120分别嵌入前述孔洞102c，使第二碳电极层106与金属底箔102的间形成复数个导电介面。第一碳电极层104和第二碳电极层106中所含的活性碳110可为市售产品，或者可以是以任何已知方法合成的活性碳产物；活性碳110的比表面积为1000m2/g～3000m2/g，活性碳110的粒径范围为500nm～10μm。第一碳电极层104和第二碳电极层106中所含的导电碳120可以是碳黑、石墨等具导电性质的碳材料；在本实施例中，导电碳120是由乙炔碳黑构成的立体结构；就此立体结构而言，其一次粒径为10nm～100nm，其二次粒径为100nm～500nm；导电碳120可能分布于活性碳110的堆积孔隙中，或是位于金属底箔102的孔洞102c中，负责传递电场。第一碳电极层104和第二碳电极层106中所含的黏结剂并没有特别限制，只要是能够固定活性碳110和导电碳120的材料均可使用；在本实施例中，黏结剂为颗粒状的聚苯乙烯-丁二烯橡胶或颗粒状的聚苯乙烯-丁二烯橡胶和纤维状聚四氟乙烯的混合物；颗粒状聚苯乙烯-丁二烯橡胶可于活性碳110、导电碳120、金属底箔102的介面提供附着力；纤维状的聚四氟乙烯则以其网状结构将活性碳110和导电碳120固定于其中，并可嵌入金属底箔102的孔洞102c，使碳电极层锚定金属底箔102表面，且聚四氟乙烯织维具有延展性，可赋予碳电极层可烧性，以承受碳电极于卷绕时的弯曲形变。碳电极层中各成份的相对比例需视实际应用时所使用的成份作适当调整；大致上，以活性碳110的重量份为100份计，导电碳120的重量份大于0且不大于30份，而黏结剂的重量份为10～12份；例如，活性碳110的重量份为100份本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电双层电容的碳电极，其特征在于，包括：金属底箔，其具有彼此相对的第一表面和第二表面，且所述第一表面和所述第二表面上均具有复数个孔洞；以及第一碳电极层和第二碳电极层分别设于所述第一表面和所述第二表面上，其中所述第一碳电极层和所述第二碳电极层均为单层结构，所述第一碳电极层和所述第二碳电极层嵌入所述孔洞，使所述第一碳电极层与所述金属底箔之间以及所述第二碳电极层与所述金属底箔的间具有复数个导电介面。

【技术特征摘要】
1.一种电双层电容的碳电极，其特征在于，包括：金属底箔，其具有彼此相对的第一表面和第二表面，且所述第一表面和所述第二表面上均具有复数个孔洞；以及第一碳电极层和第二碳电极层分别设于所述第一表面和所述第二表面上，其中所述第一碳电极层和所述第二碳电极层均为单层结构，所述第一碳电极层和所述第二碳电极层嵌入所述孔洞，使所述第一碳电极层与所述金属底箔之间以及所述第二碳电极层与所述金属底箔的间具有复数个导电介面。2.根据权利要求1所述的电双层电容的碳电极，其特征在于，所述单层结构是由活性碳、导电碳和黏结剂组成，且所述活性碳的含量为100重量份，所述导电碳的含量大于0重量份且不大于30重量份，所述黏结剂的含量为10～12重量份。3.根据权利要求1所述的电双层电容的碳电极，其特征在于，所述金属底箔为厚度5μm～30μm的铝箔，且所述孔洞的孔径范围为200nm～5μm。4.根据权利要求1所述的电双层电容的碳电极，其特征在于，所述黏结剂为聚苯乙烯-丁二烯或聚苯乙烯-丁二烯和聚四氟乙烯的混合物。5.根据权利要求1所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩良河，
申请(专利权)人：韩良河，
类型：发明
国别省市：江西;36