电容器及其制造方法技术

一种电容器及其制造方法。电容器包括二电极、二电极保护层、二活性碳层、一隔离膜及一电解液。所述二电极彼此相对配置。所述二电极保护层分别配置于所述电极的相对内侧表面上，其中所述电极保护层包括经高分子壳层包覆及键结的碳材颗粒。所述二活性碳层分别配置于所述电极保护层的相对于所述电极的另一侧。所述隔离膜配置于所述活性碳层之间。所述电解液填充于所述电极保护层之间。所述电极保护层的高分子壳层与所述电极表面是通过第一官能基团与第二官能基团连结，第一官能基团包括硫醇基，第二官能基团包括环氧基或羧酸基。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种。
技术介绍
近年来因经济快速发展与核能风险升高，使能源短缺问题需要迫切解决，且环境保护意识高涨，人类对干净再生能源的渴望，反应在太阳能、风力发电、电动车产业的蓬勃发展。而干净的天然再生能源虽有取之不尽用之不竭的优点，但随浮动能量输入使元件有非线性输出的缺点，如何有效率的储存这些能源成为各方研究重点。电容器是能量储存领域的一革命性发展，其原理是通过高比表面积的多孔洞碳材搭配极小的电极距离，形成电荷以电双层方式储存电能于电极上的新型电化学装置。超级电容器比一般电池有较高的能量密度；比传统电容器有更高的功率密度。使用上，具有可快速充放电、高循环使用寿命与环境友善等优点，使超级电容器在瞬间高功率电力需求电器、备用电力系统、各类型电动车等领域有广泛的应用前景。一般电容器主要由多孔洞活性碳、电极、隔离膜及电解液所组成，元件以直流电充电，让电能直接在电极表面以静电电荷储存，实现高电容量除了电极需具备高比表面积外，也要具有低电极阻抗。电极将直接影响电容器的好坏，故电极的研发极为重要。
技术实现思路
本专利技术提供一种，是于电极表面形成电极保护层可避免电极与电解液接触而产生的化学腐蚀现象。本专利技术提出一种电容器，其包括二电极、二电极保护层、二活性碳层、一隔离膜及一电解液。所述二电极彼此相对配置。所述二电极保护层分别配置于所述电极的相对内侧表面上，其中所述电极保护层包括经高分子壳层包覆及键结的碳材颗粒。所述二活性碳层分别配置于所述电极保护层的相对于所述电极的另一侧。所述隔离膜配置于所述活性碳层之间。所述电解液填充于所述电极保护层之间。所述电极保护层的高分子壳层与所述电极表面是通过第一官能基团与第二官能基团连结，第一官能基团包括硫醇基，第二官能基团包括环氧基或羧酸基。在本专利技术的一实施例中，上述电极保护层的高分子壳层与所述电极表面是由第一官能基团与第二官能基团通过交联而连结。在本专利技术的一实施例中，上述第一官能基团是键结于所述电极的表面。在本专利技术的一实施例中，上述高分子壳层具有第二官能基团。 在本专利技术的一实施例中，上述高分子壳层具有第一官能基团及第二官能基团。在本专利技术的一实施例中，上述高分子壳层包括多条高分子链，各高分子链的重量平均分子量为约50，000至150，000。在本专利技术的一实施例中，上述各高分子链包括聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚2-(4-乙烯基苯基)环氧乙烷或聚丙烯酸。在本专利技术的一实施例中，上述碳材颗粒包括活性碳、奈米碳管、钻石微粒、石墨粉、碳黑、碳纤、石墨烯或其混合物。在本专利技术的一实施例中，上述碳材颗粒占所述电极保护层的约85至97重量百分比(wt%)。本专利技术另提出一种电容器的制造方法。提供二电极。分别对所述二电极进行表面处理步骤，使所述二电极的表面具有第一官能基团，其中所述第一官能基团包括硫醇基。形成电极保护层于所述二电极的已经表面处理的表面上，所述电极保护层包括经高分子壳层包覆及键结的碳材颗粒。形成所述电极保护层的方法包括:将高分子链接枝至所述碳材颗粒表面以形成经改质的所述碳材颗粒，其中所述高分子链具有第二官能基团，所述第二官能基团包括环氧基或羧酸基；将经改质的所述碳材颗粒覆盖于所述电极的已经表面处理的表面上；以及添加交联剂至所述碳材颗粒的表面上，并进行交联反应，以于各电极上形成所述电极保护层。将二活性碳层分别覆盖于所述电极保护层的相对于所述电极的另一侧。将所述二电极相对配置，使所述二活性碳层置于所述二电极的相对内侧，并于所述二活性碳层之间配置一隔离膜。注入电解液于所述二电极保护层之间。在本专利技术的一实施例中，上述各高分子壳层包括多条高分子链，各高分子链的重量平均分子量为约50，000至150，000。在本专利技术的一实施例中，上述各高分子链包括聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚2-(4-乙烯基苯基)环氧乙烷或聚丙烯酸。在本专利技术的一实施例中，上述碳材颗粒包括活性碳、奈米碳管、钻石微粒、石墨粉、碳黑、碳纤、石墨烯或其混合物。在本专利技术的一实施例中，上述碳材颗粒占所述电极保护层的约85至97wt%。在本专利技术的一实施例中，上述表面处理步骤包括使用硫醇类的有机酸或硫醇类的有机胺。本专利技术又提出一种电容器的制造方法。提供二电极。形成电极保护层于各电极的其中一表面上，所述电极保护层包括经高分子壳层包覆及键结的碳材颗粒。形成所述电极保护层的方法包括:将高分子链接枝至所述碳材颗粒表面以形成经改质的所述碳材颗粒，其中所述高分子链具有第一官能基团及第二官能基团，所述第一官能基团包括环氧基或羧酸基，所述第二官能基团包括硫醇基；将经改质的所述碳材颗粒覆盖于各电极的其中一表面上；以及添加交联剂至所述碳材颗粒的表面上，并进行交联反应，以于各电极上形成所述电极保护层。将二活性碳层分别覆盖于所述电极保护层的相对于所述电极的另一侧。将所述二电极相对配置，使所述二活性碳层置于所述二电极的相对内侧，并于所述二活性碳层之间配置一隔离膜。注入电解液于所述二电极保护层之间。在本专利技术的一实施例中，上述各高分子链的重量平均分子量为约50，000至150，000。在本专利技术的一实施例中，上述各高分子链包括聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚2-(4-乙烯基苯基)环氧乙烷或聚丙烯酸。在本专利技术的一实施例中，上述碳材颗粒包括活性碳、奈米碳管、钻石微粒、石墨粉、碳黑、碳纤、石墨烯或其混合物。在本专利技术的一实施例中，上述碳材颗粒占所述电极保护层的约85至97wt%。本专利技术将作为电极保护层的碳复合材料层覆盖于金属电极表面和活性碳层之间。在一实施例中，本专利技术是将具有环氧基或羧酸基的高分子链接枝于碳材颗粒表面，并对电极进行表面处理步骤使其表面具有硫醇基。然后，通过使环氧基-环氧基或羧酸基-羧酸基之间以及环氧基或羧酸基与硫醇基之间的交联反应，而将碳材定型于电极上。在另一实施例中，可使碳材颗粒表面的高分子壳层同时具有用于自我交联的基团(环氧基或羧酸基)以及用于吸附于基材表面的基团(硫醇基)，以将碳材自组涂装于电极表面。此碳复合材料层可作为活性碳层与金属电极之间的粘合层，亦可当作金属电极对酸性电解液的保护层。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1A至IF为依据本专利技术一实施例所绘示的电容器的制造方法的剖面示意图。图2A至2B为依据本专利技术一实施例所绘示的于电极上形成电极保护层的制造方法的剖面示意图。图3为实例I与比较例I的电流-电压(CV)图。图4为实例I与比较例I的电化学阻抗(EIS)图。附图标记说明10:电容器100、200:电极101、106:官能基团102:碳材颗粒103:高分子壳层104:经改质的碳材颗粒105:高分子链107:交联108、208:电极保护层110、210:活性碳层112:隔离膜114:电解液300:经改质的碳材颗粒302:碳材颗粒304:高分子壳层306:高分子链308:交联具体实施例方式图1A至IF为依据本专利技术一实施例所绘示的电容器的制造方法的剖面示意图。首先，请参照图1A，对电极(或称集电板)100进行表面处理步骤，使电极100表面具有官能基团101。电极100的材料例如是不锈钢、铝、铜、金、银、镍、钛或其合金。表面处理步骤例如是使用硫醇类的有机酸或硫醇类的有机胺来处理电极100表面。官能基团101例如是硫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容器，包括：二电极，彼此相对配置；二电极保护层，分别配置于所述电极的相对内侧表面上，其中所述电极保护层包括经高分子壳层包覆及键结的碳材颗粒；二活性碳层，分别配置于所述电极保护层的相对于所述电极的另一侧；一隔离膜，配置于所述活性碳层之间；以及一电解液，填充于所述电极保护层之间，其中，所述电极保护层的所述高分子壳层与所述电极表面是通过第一官能基团与第二官能基团连结，所述第一官能基团包括硫醇基，所述第二官能基团包括环氧基或羧酸基。

【技术特征摘要】
2011.12.15 TW 100146543;2012.06.08 TW 1011206861.一种电容器,包括: 二电极，彼此相对配置； 二电极保护层，分别配置于所述电极的相对内侧表面上，其中所述电极保护层包括经高分子壳层包覆及键结的碳材颗粒； 二活性碳层，分别配置于所述电极保护层的相对于所述电极的另一侧； 一隔离膜，配置于所述活性碳层之间；以及 一电解液，填充于所述电极保护层之间， 其中，所述电极保护层的所述高分子壳层与所述电极表面是通过第一官能基团与第二官能基团连结，所述第一官能基团包括硫醇基，所述第二官能基团包括环氧基或羧酸基。2.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述电极保护层的所述高分子壳层与所述电极表面是由所述第一官能基团与所述第二官能基团通过交联而连结。3.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述第一官能基团是键结于所述电极的表面。4.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述高分子壳层具有所述第二官能基团。5.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述高分子壳层具有所述第一官能基团及所述第二官能基团。6.如权利要求1所述的电容器，`其特征在于，所述高分子壳层包括多条高分子链，各高分子链的重量平均分子量为50，000至150，000。7.如权利要求6所述的电容器，其特征在于，各高分子链包括聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚2-(4-乙烯基苯基)环氧乙烷或聚丙烯酸。8.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述碳材颗粒包括活性碳、奈米碳管、钻石微粒、石墨粉、碳黑、碳纤、石墨烯或其混合物。9.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述碳材颗粒占所述电极保护层的85至97重量百分比。10.一种电容器的制造方法，包括: 提供二电极； 分别对所述二电极进行表面处理步骤，使所述二电极的表面具有第一官能基团，其中所述第一官能基团包括硫醇基； 形成电极保护层于所述二电极的已经表面处理的表面上，所述电极保护层包括经高分子壳层包覆及键结的碳材颗粒，其中形成所述电极保护层的方法，包括: 将高分子链接枝至所述碳材颗粒表面以形成经改质的所述碳材颗粒，其中所述高分子链具有第二官能基团，所述第二官能基团包括环氧基或羧酸基； 将经改质的所述碳材颗粒覆盖于所述电极的已经表面处理的表面上；以及添加交联剂至所述碳材颗粒的表面上，并进行交联反应，以于各电极上形...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡协和，辛玉麟，林有铭，陈立基，王美华，张智光，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：