电双层电容器制造技术

提供了一种电双层电容器。该电双层电容器包括：至少一对阳极和阴极、使阳极和阴极彼此隔开的隔离件以及浸渍阳极、隔离件和阴极的电解质，其中阳极和阴极具有不同的表面面积。通过控制电极材料来改变电极的电压变化速率和/或表面面积，使得电解质的操作电压增加并且因此能量密度增加。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电双层电容器，并且具体而言，涉及由于以拓宽操作电压范围的方式控制电极的电阻特性而在实现改进的寿命特性的同时能够具有高能量密度的一种电双层电容器。
技术介绍
一般而言，电双层电容器(以下称为EDLC)是采用具有不同电极性的电荷层对 (即，电双层)的能量存储器件。EDLC承担半永久充电/放电，由于其相对于一般电容器具有优良的输出特性而需要短充电/放电时间，并且由于其的高耐用性和稳定性而具有相当长的寿命。一般而言，EDLC被提供有单元电池，该单元电池是通过在两个相对的电极(阴极和阳极)之间插入隔离件并且然后将得到的结构浸入到电解质中而构造的。根据在电双层中积累的电荷量，来确定EDLC的电容水平。因此，如以下等式所指示的，电容可以根据电介质的特性而变化C= ε · S/d其中，C指代电容、ε指代电介质的介电常数、S指代电极的表面面积以及D指代相对电极之间的距离。可存储能量的数量与电双层的面积成比率。因此，诸如活性碳的具有高的比表面面积(specific area surface)的材料适用于电极。然而，由于诸如活性碳的材料具有低电导率，因此将具有高电导率的导电剂添加到活性碳。具体而言，EDLC的电极组成如下在其表面上具有许多孔隙的多孔电极材料，以便引起电解质离子的吸附或解吸附；电连接多孔电极材料的颗粒以及连接多孔电极材料和金属电流收集器的导电剂；以及粘合以上材料的粘合剂。尽管该EDLC相对于一般蓄电池具有更好的输出特性，但是只要放电开始，就经历逐步电压下降，并因此其在每个电池上具有低操作电压。因此，与一般蓄电池相比，EDLC具有低能量存储密度。如在蓄电池中一样，也可以认为作为能量存储指数的能量密度(即，被存储的能量数量)是用于在EDLC中比较能量的量的合适指数。可以通过将由以下等式获取的能量水平除以EDLC的总容量来获取能量密度。能量(J)= 1/2CV2其中C表示每个电池的电容(F)，而V表示应用于电池的电压。能量水平与电容V和电压V2成比率。“C”由电极材料来确定，并且“V”由使用的电解质来确定。关于这方面，目前正在开发具有高电容(C)水平的电极材料和具有高可用电压水平的电解质。
技术实现思路
本专利技术的一方面提供一种电双层电容器，通过控制EDLC的电极材料，能够增加电解质的可用电压水平并且因此增加能量密度。根据本专利技术的一方面，提供一种电双层电容器，包括至少一对阳极和阴极；隔离件，所述隔离件使阳极和阴极彼此分隔；以及电解质，在所述电解质中浸渍阳极、隔离件和阴极，其中阳极和阴极具有不同的表面面积。阴极的表面面积可以小于阳极的表面面积。阳极和阴极可以具有几乎相同的厚度。在充电和放电时，阳极和阴极可以具有不同的电压变化速率。被充电/放电的阳极的电压变化速率可以小于被充电/放电的阴极的电压变化速率。阳极和阴极在质量和厚度方面可以相互不同。阳极可以具有比阴极的质量更大的质量。阳极和阴极可以具有不同的封装密度。 阳极和阴极可以由不同的电极材料来形成。附图说明从结合附图的以下详细描述，本专利技术的上述和其他方面、特征及其他优点将更容易被理解，其中图1是示出根据本专利技术一个示例性实施例的电双层电容器中的单元电池的横截面图；图2是示出在充电操作期间电池的电位随时间变化的曲线图(以下称为“充电电位-时间曲线图”)；图3是关于在其中阳极的表面面积比阴极的表面面积大的电池的充电电位-时间曲线图；图4是关于在其中阴极的表面面积比阳极的表面面积小的电池的充电电位-时间曲线图；以及图5是关于在其中阳极具有较大的表面面积并且阴极具有较小的表面面积的电池的充电电位-时间曲线图。具体实施例方式现在将参照附图，详细地描述本专利技术的示例性实施例。然而，本专利技术可以用很多不同的形式来实现，并且不应当被解释为受限于本文阐述的实施例。而是，提供这些实施例是使得本公开更加透彻和完整，并且将把本专利技术的范围完全传达给本领域的技术人员。图1是示出根据本专利技术一个示例性实施例的电双层电容器中的单元电池的横截面图。根据本专利技术一个示例性实施例的电双层电容器一般包括一个或多个单元电池。通过在两个电极(即阳极20和阴极30)之间插入隔离件40并且然后将得到的结构浸入到电解质来构造该单元电池。在这种情况下，电极由主要是活性碳组成的电极材料来形成。具体而言，通过将电极材料挤压成板形式并且然后将得到的板冲压或切割成合适的尺寸，来准备电极。可替选地，可以通过将电极材料涂覆(涂布)或者固定到薄箔片型金属电流收集器并且然后将得到的结构冲压或切割为合适的尺寸，来准备电极。电极材料20主要由多孔活性碳颗粒来形成。电极材料具有多孔结构，其包含碳 (C)作为其主要材料，还包含诸如氧、氢、氮、硫等的其他元素。在这些其他元素中，氧、氢等被主要引入到诸如蒸汽活化或化学活化的活化处理中，以及氮、硫等主要来源于诸如石油、 煤等的原材料。将导电剂和粘合剂添加到电极材料，并且可以进一步在其中添加分散介质。导电剂用于在活性碳颗粒之间或者在活性碳颗粒与金属电流收集器之间的电连接。导电剂可以采用诸如碳黑、乙炔黑和细石墨粉的颗粒相导电剂、诸如纤维和纳米纤维的纤维相导电剂或者以上的混合物，当然并不限于此。粘合剂用于在活性碳颗粒之间或者在活性碳颗粒与金属电流收集器之间的粘合。 粘合剂可以使用聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)或者以上的混合物，当然不限于此。可以将诸如分散介质的添加剂选择性地添加到电极材料。分散介质可以使用水或者诸如乙醇、甲基吡咯烷酮等的有机溶剂，当然不限于此。图2是关于电池的充电电位-时间曲线图。图2示出当具有相同表面面积的阳极和阴极的超级电容器被充电时的电位变化。根据电解质分解电压来确定电池电压EWft。在阳极的电压达到电解质分解电压之前终止对电池的充电。此处，“电压变化速率”指在电极被充电/放电时每单位时间上电压变化的速率，并且可以表示如下电压变化速率=I最终电压-起始电压I /时间电压变化速率与组成电极的活性材料的表面面积成反比。表面面积越大，则其达到相同电位水平的时间就越长。因此，电压变化速率下降。相反，表面面积越小，则电压变化速率则变得越大。在阳极和阴极具有相同表面面积的情形中，阳极的电压变化速率(e+)等于阴极的电压变化速率(e_)。通过t = (E+/e+)来计算对阳极充电所花费的时间(t)(以下也称为阳极充电持续时间)。而且，由于在阳极达到电解质分解电压之前终止充电，因此对阴极充电所花费的时间是t (以下也称为阴极充电持续时间)，这与阳极的相等。因此，可以通过以下等式计算对阴极充电的电位E_ = e_Xt = E+也就是说，由于阴极和阳极具有相同的表面面积，因此阴极和阳极在充电持续时间、电压变化速率、充电的电能(E+)方面彼此相同，并且通过以下等式来计算电池电压E 电池=E++E— = E+ X 2图3是关于具有大表面面积的阳极的电池的充电电位-时间曲线图。参考图3，在图2所示的EDLC电池的阳极的尺寸增加、同时其阴极的尺寸不变的情形中可以看出操作电位的变化。阳极的表面面积的增加使阳极的电位变化速率降低。假定根据现有技术对阳极充电所花费的时间是“t”，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电双层电容器，包括：至少一对阳极和阴极；隔离件，所述隔离件使所述阳极和所述阴极彼此分隔；以及电解质，在所述电解质中浸渍所述阳极、所述隔离件和所述阴极，其中，所述阳极和所述阴极具有不同的表面面积。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗承铉，金倍均，克雷格·米耶斯，
申请(专利权)人：三星电机株式会社，
类型：发明
国别省市：KR