用于超级电容器的电极构造体制造技术

提供一种超级电容器，其包括第一电极、第二电极、隔板、非水电解质和壳体。第一电极包括电连接到第一碳质涂层的第一集流体且第二电极包括电连接到第二碳质涂层的第二集流体。第一集流体和第二集流体各自包含包括导电金属的基底，其中多个纤维状触须从第一集流体的基底、第二集流体的基底、或两者向外伸出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于超级电容器的电极构造体相关申请本申请要求2016年5月20日提交的序列号62/339,147的美国临时申请的优先权，通过参考该美国临时申请以其整体并入本文中。
技术介绍
电能蓄电池被广泛地用来向电子的、电机械的、电化学的、和其它可用的装置提供动力(功率)。例如，电双层超级电容器通常采用包含浸渍有液体电解质的碳粒子(例如活性碳)的一对可极化电极。由于所述粒子的有效表面积和在所述电极之间小的间隔，可实现大的电容值。尽管如此，问题仍然存在。例如，很多电极材料要求粘合剂(例如聚四氟乙烯)的使用，该粘合剂可导致污染和所述电极的界面电阻的增大。常规的超级电容器的某些组件还对于高温是敏感的，高温可导致电解质从所述电容器泄漏，并且继而导致电容的下降和等效串联电阻(“ESR”)的增大。因此，目前存在对于改善的超级电容器的需要。
技术实现思路
按照本专利技术的一个实施方式，公开了超级电容器，其包括第一电极、第二电极、隔板、非水电解质和包含金属容器的壳体。第一电极包括电连接到第一碳质涂层的第一集流体并且第二电极包括电连接到第二碳质涂层的第二集流体。第一集流体和第二集流体各自包含包括导电金属的基底，其中多个纤维状触须(whisker)从第一集流体的基底、第二集流体的基底、或两者向外伸出。隔板位于第一电极和第二电极之间。非水电解质与第一电极和第二电极离子接触。第一电极、第二电极、隔板和电解质保持在壳体内。下面更加详细地阐述本专利技术的其它特征和方面。附图说明在说明书的余下部分中参考附图更具体地阐述本专利技术的针对本领域技术人员的完整且能够实现的公开内容(包括其最佳方式)，在图中：图1是在本专利技术的超级电容器中可采用的集流体的一个实施方式的示意图；图2是在本专利技术的超级电容器中可采用的集流体/碳质涂层的构造体的一个实施方式的示意图；图3是说明用于形成在本专利技术的超级电容器中可使用的电极组装体的一个实施方式的示意图；和图4是本专利技术的超级电容器的一个实施方式的示意图。在本说明书和图中参考符号的重复使用旨在表示本专利技术的相同或相似特征或元件。具体实施方式本领域普通技术人员应理解，本论述只是示例性实施方式的描述、并且不意图限制本专利技术的更宽的方面，所述更宽的方面体现在示例性的解释(construction)中。总的来说，本专利技术涉及包括如下的超级电容器：包含电连接到第一集流体的第一碳质涂层(例如活性碳粒子)的第一电极，和包含电连接到第二集流体的第二碳质涂层(例如活性碳粒子)的第二电极。隔板还位于第一电极和第二电极之间，并且电解质与第一电极和第二电极离子接触。第一电极、第二电极、隔板和电解质保持在由金属容器(例如圆筒形罐)形成的壳体内。本专利技术人已经发现，通过对用于形成集流体和电极的材料的特性、以及形成它们的方式进行选择性控制，可实现多种有益性质。更具体地，第一集流体和/或第二集流体包含包括导电金属的基底(例如铝)和从所述基底向外伸出的多个纤维状触须。在不受理论限制的情况下，据信，这些触须可有效地增大所述集流体的表面积并且也改善所述集流体对相应电极的粘附。这可容许在第一电极和/或第二电极中使用相对低的粘合剂含量，其可改善电荷转移且使界面电阻降低，并且结果，导致非常低的ESR值。例如，粘合剂可按碳质涂层中100份活性碳粒子计以约60份或更少、在一些实施方式中以40份或更少、和在一些实施方式中以约1-约25份的量存在。粘合剂，例如，可构成所述涂层的总重量的约15重量％或更少、在一些实施方式中约10重量％或更少、和在一些实施方式中约0.5重量％-约5重量％。实际上，在某些实施方式中，所述涂层甚至可不含粘合剂。I.集流体如上所指出的，本专利技术的超级电容器包含第一集流体和第二集流体。应该理解的是，如果期望的话、特别地如果超级电容器包括多个蓄能电池，则还可使用另外的集流体。集流体可由相同或不同的材料形成。不管怎样，各集电体典型地由含有导电金属(例如铝、不锈钢、镍、银、钯等以及它们的合金)的基底形成。铝和铝合金尤其适用于本专利技术中。基底可为箔、片、板、网等的形式。基底还可具有相对小的厚度，例如约200微米或更小、在一些实施方式中约1-约100微米、在一些实施方式中约5-约80微米、和在一些实施方式中约10-约50微米。尽管决不强制，但是任选地可例如通过洗涤、蚀刻、喷砂(blast)等使所述基底的表面粗糙化。第一和第二集流体的至少一个、和优选地两者还包含从所述基底向外伸出的多个纤维状触须。所述触须典型地由这样的材料形成：其包括碳和/或碳与所述导电金属的反应产物。例如，在一个实施方式中，所述材料包括所述导电金属的碳化物、例如碳化铝(Al4C3)。例如，参考图1，示出集流体的一个实施方式，其包含从基底1向外伸出的多个触须21。如果期望的话，所述触须21可任选地从嵌入在所述基底1内的种子(籽源，seed)部分3伸出。与所述触须21类似，所述种子部分3也可由这样的材料形成：其包括碳和/或碳与所述导电金属的反应产物，例如所述导电金属的碳化物(例如碳化铝)。在基底上形成所述触须的方式可合意地改变。例如，在一个实施方式中，使基底的导电金属与烃化合物进行反应。这样的烃化合物的实例可包括，例如，烷烃化合物，例如甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、戊烷等；烯烃化合物，例如乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等；炔烃化合物，例如乙炔；以及前述物质的衍生物或任意组合。如下通常是合意的：所述烃化合物在所述反应期间为气态形式的。因此，使用在加热时为气态形式的烃化合物例如甲烷、乙烷和丙烷可为合意的。尽管不是必须的，但是所述烃化合物典型地以约0.1份至约50重量份、和在一些实施方式中约0.5重量份至约30重量份的范围被使用，基于100重量份的所述基底。为了引发通过所述烃和导电金属的反应，通常将所述基底在于约300℃或更高、在一些实施方式中约400℃或更高、和在一些实施方式中约500℃-约650℃的温度下的气氛中加热。加热时间取决于所选择的确切温度，但是典型地在约1小时至约100小时的范围内。所述气氛典型地包含相对低的氧气量以使介电膜在基底表面上的形成最小化。例如，所述气氛的氧气含量可为约1体积％或更小。II.碳质涂层本专利技术的超级电容器还包括分别电连接到第一和第二集流体的第一和第二碳质涂层。尽管它们可由相同或不同类型的材料形成并且可包括一个或多个层，但是所述碳质涂层各自通常包含包括活化粒子的至少一个层。例如，在某些实施方式中，活性碳层可直接位于集流体上面并且任选地可为碳质涂层的唯一层。合适的活性碳粒子的实例可包括，例如，基于椰子壳的活性碳，基于石油焦炭的活性碳，基于沥青的活性碳，基于聚偏二氯乙烯的活性碳，基于酚醛树脂的活性碳，基于聚丙烯腈的活性碳，和来自天然来源例如煤、木炭(charcoal)或其它天然有机来源的活性碳。在某些实施方式中，为了帮助改善某些类型的电解质在经历一个或多个充电-放电循环之后的离子迁移率，选择性地控制活性碳粒子的某些方面例如它们的粒度分布、表面积和孔尺寸分布可为合意的。例如，所述粒子的至少50体积％(D50尺寸)可具有范围在约0.01-约30微米、在一些实施方式中约0.1-约20微米、和在一些实施方式中约0.5-约10微米之内的尺寸。所述粒子的至少90体积％(D90尺寸)可同样地具有范围在约2-约4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.超级电容器，其包括：包括电连接到第一碳质涂层的第一集流体的第一电极；包括电连接到第二碳质涂层的第二集流体的第二电极，其中第一集流体和第二集流体各自包含包括导电金属的基底，其中多个纤维状触须从第一集流体的基底、第二集流体的基底、或两者向外伸出；位于第一电极和第二电极之间的隔板；与第一电极和第二电极离子接触的非水电解质；和将第一电极、第二电极、隔板和电解质保持在其内部的壳体，其中壳体包括金属容器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.20 US 62/339,1471.超级电容器，其包括：包括电连接到第一碳质涂层的第一集流体的第一电极；包括电连接到第二碳质涂层的第二集流体的第二电极，其中第一集流体和第二集流体各自包含包括导电金属的基底，其中多个纤维状触须从第一集流体的基底、第二集流体的基底、或两者向外伸出；位于第一电极和第二电极之间的隔板；与第一电极和第二电极离子接触的非水电解质；和将第一电极、第二电极、隔板和电解质保持在其内部的壳体，其中壳体包括金属容器。2.如权利要求1所述的超级电容器，其中所述导电金属为铝或其合金。3.如权利要求1所述的超级电容器，其中所述第一集流体的基底、所述第二集流体的基底、或两者具有约200微米或更小的厚度。4.如权利要求1所述的超级电容器，其中多个纤维状触须从所述第一集流体的基底和所述第二集流体的基底向外伸出。5.如权利要求1所述的超级电容器，其中所述触须包含所述导电金属的碳化物。6.如权利要求5所述的超级电容器，其中所述触须包含碳化铝。7.如权利要求1所述的超级电容器，其中所述触须从嵌入在所述基底内的种子部分伸出。8.如权利要求1所述的超级电容器，其中所述第一碳质涂层、所述第二碳质涂层、或两者包含活性碳粒子。9.如权利要求8所述的超级电容器，其中所述活性碳粒子的至少50体积％具有约0.01-约30微米的尺寸。10.如权利要求8所述的超级电容器，其中所述活性碳粒子具有约900m2/g至约3,000m2/g的BET表面积。11.如权利要求8所述的超级电容器，其中所述活性碳粒子包含多个孔，其中具有约2纳米或更小尺寸的孔的量为总孔体积的约5...

【专利技术属性】
技术研发人员：JR克诺普斯奈德，B拉瓦尔，
申请(专利权)人：阿维科斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US