一种多孔碳作为阴极材料的电解-电化学混合电容器及其制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电解电容器和电化学电容器电子元器件领域，具体涉及一种多孔碳作为阴极材料的电解-电化学混合电容器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]
电化学电容器低的工作电压导致了其能量密度很低。低电压运行不论从电化学电容器的电化学性能还是从安全性能以及成本来考虑都是不理想的。因此，大幅度提高单体电压是电化学电容器在储能和动力领域发挥作用的当务之急。电解电容器具有高工作电压、超高的充放电速率、高功率密度、长寿命以及制备工艺简单等优点，而储存能量还远远不能满足大规模储能的要求，且较低的单体容量限制了其在电子储能元件行业中的应用范围。
[0003]Evans设计的Ta/Ta205 || Ru02/Ta型电解-电化学混合电容器兼顾电解电容器高电压和电化学电容器高容量的优点，其阳极Ta/Ta205为一电解电容器，阴极是Ta/Ru02为一电化学电容器。以Ta/Ta205作为阳极虽然可以获得较高的比容量，但Ta2O5为颗粒状材料，Ta/Ta205则为烧结式的电极材料且通过钽金属氧化而得，其仅适用于叠片式小型电容器，因此即使Ta/Ta205电极的比容量高，但表面积不可能做得很大，因而整个阳极的电容并不高，导致单体混合电容器的容量也同样不高。由C二 f W知，要增加阳极的电容，可采取增加阳极表面积^的措施。阴极材料RuO2为固体粉末，其电极制备工艺繁琐，还存在成本高和环境污染的缺点，故不适合作为大规模使用的储能材料，而电化学电容器多孔碳电极材料不失为一种优良的选择。
【发明内容】
[0004]
针对上述混合电容器的生产状况和问题，本发明要解决的技术问题是提供一种多孔碳作为阴极材料的电解-电化学混合电容器及其制备方法。
[0005]本发明提供的技术方案为:
一种多孔碳作为阴极材料的卷绕型软包装的高电压大容量电解-电化学混合电容器，由卷芯、电解液和外壳组成，所述的卷芯为由里到外的阳极片/电解纸/阴极片/电解纸四层卷绕形成的一种圆柱状结构；
所述的电解液为水系电解液、有机系电解液或离子液体的一种；
所述的外壳为铝质圆筒状。
[0006]所述混合电容器以铝电解电容器用阳极箔作为阳极，以一种导电箔材基体负载电化学电容器用多孔碳电极材料作为阴极。阳极为一电解电容器，拥有超高电压；阴极为一电化学电容器，具有较高的容量。阳极和阴极均具备卷绕条件，故由两层或多层电解纸和阴阳极片以卷绕的方式制备而成。
[0007]上述一种多孔碳作为阴极材料的卷绕型软包装的高电压大容量电解-电化学混合电容器的制备方法，包括以下步骤:
(I)制浆:将电化学电容器多孔碳电极材料、导电剂和粘结剂按一定质量比加入盛有相关溶剂的容器充分混合分散，形成阴极浆料；
所述的多孔碳电极材料、粘结剂和导电剂按(80~90%): (5-10%): (5-10%)的质量比混合分散形成；
所述的多孔碳电极材料为活性炭、碳气凝胶、碳化物衍生炭、介孔碳材料、碳纳米管、石墨稀等多孔碳材料中的一种或几种；
所述的粘结剂为羧甲基纤维素钠(CMC)、聚偏氟乙烯(PVDF)粉体、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉体、聚四氟乙烯(PTFE)粉体或乳液等分子量在100万到1000万的高分子聚合物中的一种；
所述的导电剂为导电石墨、导电炭黑、导电乙炔黑等导电碳材料中的一种或几种；
所述的溶剂为水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)等无机或有机溶剂中的一种或几种；
所述的浆料的混合分散方法为超声或机械搅拌的一种或两种联用。
[0008](2)负载浆料:将(I)制备的多孔碳电极材料复合浆料负载于阴极导电箔材基体正反两面上，在80-120°C烘干3-8h，即形成阴极片；
所述的负载方法为涂覆或沉积；
所述的阴极导电箔材基体为铝箔或铝电解电容器阴极箔；
所述的浆体负载双面面密度控制在5-lOmg/cm2。
[0009](3)裁片:用分切机将(2)制成的阴极片和铝电解电容器阳极箔裁切成一定的规格，将裁切好的极片放入鼓风干燥烘箱中干燥l_2h ;
(4)焊接导箔条:将导箔条焊接在阴阳极极片上。
[0010]所述导箔条为铝质细条状；
所述的导箔焊接工艺为冷压焊接或超声焊接的一种。
[0011](5)卷绕:将准备好的阴阳极极片和电解纸，按照阳极片、电解纸、阴极片、电解纸的顺序上下排列叠放，然后在卷绕机上进行卷绕，制成圆柱状卷芯；
(6)含浸与封装:将(5)制成的卷芯置于60-80°C恒温干燥箱烘烤l_3h ;烘烤结束后，迅速转移到含浸缸中，密封抽真空20-60min，注入电解液，再次抽真空30_40min，然后加压1.2-1.5MPa，保压20_30min，循环抽真空-加压过程3_5次；最后拿出卷芯，甩掉多余电解液，立即铆接上盖板，迅速装入外壳并封口。
[0012]所述的盖板形式为牛角型或螺栓型中的一种。
[0013]本发明的优点为:本发明提供的一种新颖的高电压大容量电解-电化学混合电容器，以铝电解电容器用阳极箔作为阳极；以一种导电箔材基体负载电化学电容器用多孔碳电极材料作为阴极。阳极为一电解电容器，拥有超高电压；阴极为一电化学电容器，具有较高的容量。阳极和阴极均具备卷绕条件，故以卷绕的方式制备混合电容器，可增大阴阳极有效接触面积。因此，这种电解电化学混合电容器同时具有超高电压和较大的单体容量的优点。
【附图说明】
[0014]图1为本发明电解-电化学混合电容器剖面图；
其中:1 一招壳；2—盖板；3—卷芯；
图2为本发明电解-电化学混合电容器卷芯结构示意图。
[0015]其中:4一招电解电容器阳极箔；5—负载有多孔碳材料的阴极片；6 —电解纸；7—阳极导箔条；8—阴极导箔条；3—卷芯。
【具体实施方式】
[0016]下面以具体实施例对本发明作进一步说明，这些实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
[0017]实施例1
(O制浆:将电化学电容器活性炭(AC)电极材料、导电剂(SP)和粘结剂(CMC)按83:10:7的质量比加入盛有水的容器，利用高速搅拌机充分混合分散，形成阴极浆料；
(2)负载浆料:将活性炭复合浆料在6mg/cm2的双面面密度下涂覆于铝箔正反两面上，在90°C烘干6h，即形成负载有多孔碳材料的阴极片5 ;
(3)裁片:用分切机将铝电解电容器阳极箔4裁切成1050mmX24mm的规格，将(I)制成的阴极片裁切成IlOOmmX24mm的规格，再将裁切好的极片放入鼓风干燥烘箱中干燥Ih ；
(4)焊接导箔条:将45_长的铝质阳极导箔条7和阴极导箔条8分别冷压焊接在阳极极片和阴极极片距一端650mm的位置；
(5)卷绕:按照图2将准备好的阴阳极极片和电解纸6，按照阳极片、电解纸、阴极片、电解纸的顺序上下排列，然后在卷绕机上进行卷绕，制成圆柱状卷芯3 ;
(6)含浸与封装:将(5)制成的卷芯3置于65°C恒温干燥箱烘烤2h;然后迅速转移到含浸缸中，密封抽真空30min，注入电解液，再次抽真空35min，然后加压1.2MPa，保压25min，循环抽真空-加压过程3次；最后拿出卷芯3，甩掉多余电解液，立即铆接牛角型盖板2，迅速装入0 25mmXL35mm铝壳I并封口。
[0018]上述实施例因选择不同耐压值的阳极箔，使制得的混合电容器电压可高达几十伏甚至数百伏。同时阴极活性炭(AC)电极材料引入使阴极容量显著