混合超级电容器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可快速充放电的高比能量的钛酸锂／活性炭混合超级电容器，属于电化学储能技术创新，该混合超级电容器包括正极、负极、隔膜、电解液和外壳，其中负极的活性材料为钛酸锂／碳复合材料，正极的活性材料为活性炭，电解液以锂盐（ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４）为电解质，以乙烯碳酸酯（ＥＣ）、丙烯碳酸酯（ＰＣ）、二甲基碳酸酯（ＤＭＣ）和乙基甲基碳酸酯（ＥＭＣ）的多元混合物为溶剂，外壳为铝塑膜软包装或钢壳或铝壳。本发明专利技术的优点在该混合超级电容器在大电流充放电下能够保持更高的容量，更好的循环稳定性和更长的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学能源
，特别涉及一种可快速充放电的高比能量的超级电容，具体涉及负极采用钛酸锂，正极采用活性碳组成的混合超级电容及其制备方法。
技术介绍
随人口的急剧增长和社会经济的迅速发展，资源和能源日渐短缺，环境保护日益受到重视，能源的开发和节省成为当今世界的一个重要课题。能源是人类社会存在和发展的基础，以矿物能源为基础的当今社会愈来愈频繁地遭遇能源匾乏以及环境污染危机。同时，伴随着信息化高科技时代的来临，能源应用形态正在发生变化，可再生、无污染、小型分立的可移动高性能电源需求快速增长。目前市场上常见电池体系如碱锰、银锌等一次电池，铅酸、镍鎘、镍氢、锂离子电池等其共同特点是具有较高的能量密度相对较大，但它们的功率密度很低，充电时间长。因而在许多对功率密度要求较高的储能装置应用领域(如航天领域和现代化武器装备等)，这些传统的蓄电池根本不能满足需求。因此人们期待着具有高能量、高功率、长寿命的新型绿色储能器件的出现。 电化学混合电容器(EHSC)是一种介于超级电容器和电池之间的新型贮能元件，它具有比超级电容器更高的比容量或比能量及比电池更高的功率密度，是混合动力车、动力电源的最佳选择之一。其材料和体系的构筑是研究的重点。近年来，尖晶石型钛酸锂作为新型储能电池的电极材料日益受到重视，这是因为尖晶石型钛酸锂在锂离子嵌入和脱出前后的晶格常数变化很小，被称为锂离子嵌入的"零应变材料"，因而具有优异的循环稳定性。同时，钛酸锂还具有抗过充性能和热稳定性能好、安全性高和比容量大、不与电解液发生反应、资源丰富、清洁环保、容易制备、成本低等特点，是一种优异的新型电池电容材料，在储能电池和电容领域有广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提出一种快速充放电的高比能量的钛酸锂/活性碳混合超级电容器，该混合超级电容在大电流充放电下能够保持更好的容量，更好的循环稳定性和更长的使用寿命；并且同时提出一种该混合超级电容器正极与负极的制备方法。本专利技术所采用的技术方案为一种混合超级电容器，包括正极、负极、电解液、隔膜和外壳，所述的正极为由较大表面积的多孔结构的活性碳、导电剂和粘结剂组成、正反面涂覆在铝箔上制成的正电极片，所述的负极为由钛酸锂、导电剂和粘结剂组成、正反面涂覆在铝箔上制成的负电极片，所述的正电极片与负电极片悬浮在电解液中，所述的电解液的溶质为磷氟酸锂、高氯酸锂和硼氟酸锂三种锂盐中的至少一种锂盐，电解液的溶剂为乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯或乙基甲基碳酸酯溶剂中的一种或多种混合物，所述的隔膜为置于电解液中用以分隔正极与负极，所述的隔膜为具有微孔的聚丙烯、聚乙烯或聚丙烯与聚乙烯的混合物所构成的单层或多层的复合薄膜或具有纤维的纸质薄膜，所述的外壳为铝塑膜软包装或钢壳或铝壳。 —种混合超级电容器的制备方法，包括正电极片的制备方法和负电极片的制备方 法，步骤如下 (1)正电极片的制备方法将质量比为80% 90%的活性碳、5% 15%的导电剂 和5% 10%的粘接剂溶解在水溶液或N-甲基吡咯烷酮中，球磨搅拌形成正极浆料，将浆 料均匀涂布在铝箔的正反面上，经干燥、滚压剪切制成正电极片； (2)负电极片的制备方法将质量比为75% 90%的钛酸锂、5% 20%的导电剂 和5% 10%的粘接剂溶解在水溶液或N-甲基吡咯烷酮中，球磨搅拌形成负极浆料，将浆 料均匀涂布在铝箔的正反面上，经干燥、滚压剪切制成负电极片。 本专利技术所述的钛酸锂为金属或碳掺杂包覆改性过的钛酸锂，优选为钛酸锂/碳 (Li4Ti5012/C)复合物，更优选为用导电碳黑SuperP-Li作为反应前躯体合成的改性纳米钛 酸锂，该钛酸锂具有尖晶石结构且其粒度小于lum。 本专利技术所述的导电剂为导电碳黑SuperP-Li或导电石墨KS6中的一种或两种，所 述的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡胶(SBR)或羧甲基纤维素 (CMC)中的一种或几种的混合物。 本专利技术所述的正极由80% _90%的活性碳，5% _15%的导电剂和5% _10%的粘 接剂组成，且正极各组分的质量百分比之和为100% ;所述的负极由75% 90%的钛酸 锂、5 % 20 %的导电剂和5 % 10 %的粘接剂组成，且负极各组分的质量百分比之和为 100%。所述的组成正极材料质量与组成负极的材料质量之比为2 5 : 1，优选为3 4 : i。 本专利技术的有益效果是针对钛酸锂本身导电率低的特点，采用金属或者碳掺杂 改性钛酸锂为负极材料，以活性碳为正极材料，使得制备的混合超级电容在大电流充放 电下能够保持更好的容量，更好的循环稳定性和更长的使用寿命；特别是采用导电碳黑 SuperP-Li作为反应前躯体改性合成的纳米钛酸锂/碳复合材料明显大大提高了该材料的 导电率，使得该混合超级电容的大电流充放电性能得到大大地改善。附图说明 下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的优选实施例的结构示意图； 图2是本专利技术实施例1的充放电曲线图； 图3是本专利技术实施例1的循环寿命图； 图中1、正电极片；2、负电极片；3、电解液；4、隔膜。具体实施例方式现在结合附图和优选实施例对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的 示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。 实施案例1 将活性碳、导电剂(SuperP-Li+KS6)和粘结剂(SBR+CMC)按质量比85 : 10 : 5 的比例称取，以水溶液为溶剂，将此混合物以3000rpm的速度在真空中高速搅拌3 5小时 形成均匀的浆料物后，均匀的正反面的涂布在铝箔上，在10(TC的环境温度下干燥后在滚压机上压平，剪切制成正电极片1。 按质量比将85 %的通过溶胶_凝胶法用导电碳黑SuperP-Li作为反应前躯体碳源 合成的钛酸锂/碳复合物，10%的导电剂(SuperP-Li+KS6) 、5%的粘结剂(SBR+CMC)溶解在 水溶液中，用搅拌机以3000rpm的速度在真空中高速搅拌4 8小时，得到负极浆料。将浆 料涂布在铝箔经干燥、滚压、剪切制成负电极片2。 采用NKK公司研发的、型号为TF4035的隔膜为混合超级电容的隔膜4。电解液3 采用以1M LiCl(^为溶质，以丙烯碳酸酯(PC)为溶剂。控制正、负电极片厚度，将正、负极 活性材料质量比为3 : 1的正、负极极片焊接极耳、贴胶，然后将正、负极片用隔膜隔开以 叠片方式组合成电芯；电芯经过热冷压整形；再装入铝塑膜外壳中，顶封、侧封口 ；然后在 手套箱中注电解液并封口 ；化成后再二次封口 ；裁边整形，得到成品超级电容器。如图2所 示，在60mAg—1的测试电流下，电容器的比容量为83. 1Fg—、经过500次循环后，容量保持在 98. 7%。 实施案例2 将活性碳、导电剂(SuperP-Li+KS6)和粘结剂(SBR+CMC)按质量比85 : 10 : 5的 比例称取，以水溶液为溶剂，将此混合物以3000rpm的速度在真空中高速搅拌3 5小时成 均匀的浆料物后，均匀涂布在铝箔上，IO(TC干燥后在滚压机上压平，剪切制成正电极片1。 按质量比将85 %的通过溶胶_凝胶法用导电碳黑SuperP-Li作为反应前躯体碳源 合成的钛酸锂/碳复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合超级电容器，包括正极、负极、电解液（３）、隔膜（４）和外壳，其特征在于：所述的正极为由较大表面积的多孔结构的活性碳、导电剂和粘结剂组成涂覆料、正反面涂覆在铝箔上制成的正电极片（１），所述的负极为由钛酸锂、导电剂和粘结剂组成涂覆料、正反面涂覆在铝箔上制成的负电极片（２），所述的正电极片（１）与负电极片（２）悬浮在电解液（３）中，所述的电解液（３）的溶质为磷氟酸锂、高氯酸锂和硼氟酸锂三种锂盐中的至少一种锂盐，电解液（３）的溶剂为乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯或乙基甲基碳酸酯溶剂中的一种或多种混合物，所述的隔膜（４）为置于电解液（３）中用以分隔正极与负极，所述的隔膜（４）为具有微孔的聚丙烯、聚乙烯或聚丙烯与聚乙烯的混合物所构成的单层或多层的复合薄膜或具有纤维的纸质薄膜，所述的外壳为铝塑膜软包装或钢壳或铝壳。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高立军，杨陆香，丁帮助，
申请(专利权)人：常州康维电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]