一种混合超级电容器及其制造方法

专利名称：一种混合超级电容器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种混合超级电容器及其制造方法。
背景技术：
超级电容器是一种能量密度比传统静电电容器高得多、功率密度和循环寿 命远超过蓄电池的储能装置，在电子玩具、信息产品、家用电器、电动工具、 电动汽车、武器装备、航空航天、电力蓄能等领域具有广泛的应用。但是超级 电容器能量密度较低，限制了其作为大功率电源的使用和快速发展。超级电容 器通过电极界面电双层或电极的准电容法拉第反应特性储存电能。超级电容器 可分为对称型和非对称型，其中，前者的正、负极储能原理相同或相似，但因
能量密度较低(如EDLC )、原料昂贵(如Ru02赝电容器)和循环性能不稳定(如 导电聚合物赝电容器)等原因而限制了其发展；后者一个电极基于电双层原理 而另一个电极利用可逆法拉第反应储存电能，因其能量密度有可能达到蓄电池 水平而成为目前研究开发的热点，如AC/跳、AC/Mn02、 AC/Fe203、 LiJi5012/AC、 AC/Polymers等。非对称型超级电容器又称为混合超级电容器或混合电化学电容 器。在混合超级电容器研究开发中，大量工作主要借鉴水系二次电池所用的过 渡金属氧化物正极材料，和工作电压较高但内阻较大的有机电解液体系，而对

发明内容
本发明的目的是提供一种容量密度和能量密度均较大倍数地高于碱性电解 液电双层电容器，并且具有良好的大功率性能和循环稳定性的水系混合超级电 容器及其制造方法。
本发明涉及的混合超级电容器为负极采用储氢合金材料；正极采用电双 层电容器用碳材料，或具有准电容特性材料，或此两种材料的复合材料；电解 液釆用6mol . L_1~8mol . L_1氢氧化钾或氢氧化钠水溶液。
本发明涉及的混合超级电容器的制造方法为将电双层电容器用碳材料与 石墨粉按(9Q 50) : (10~ 50)质量比混合，加少量水润湿，加入聚四氟乙烯含
量为活性炭与导电剂质量之和o.5 %~ 15 y。的聚四氟乙烯乳液，搅拌均匀，涂覆
于不锈钢网上，或将混合浆料烘干制成粉状充填于泡沫镍中，接着在10 15Mpa 压力下压制，然后裁剪、烘干、称重得正极片；裁剪理论电容量为正极实验电 双层电容量IO倍以上的储氢合金片为负极，或采用具有准电容特性的氧化镍或
3二氧化锰作为正极，或者采用电双层电容器用碳材料与氧化镍或二氧化锰制成
复合材料作为正极；采用6mol . L—'-8mo1 . L—1氢氧化钾或氢氧化钠水溶液作电 解液；采用聚丙烯薄膜作隔膜，组装即得混合超级电容器。
本发明制造的混合超级电容器的工作电压可达1. 4V以上，其容量大小决定 于正极材料的比容量和使用量，其能量密度可以数倍于碱性水系电解液电双层 电容器，并具有良好的大电流性能和循环稳定性；其工作过程中负极发生可逆 吸/析氢反应，正极发生电双层可逆充/放电或准电容可逆法拉第反应，但工作 过程中并不消耗支持电解质。这种混合超级电容器可以用作电动车电源、电动 工具电源、信息设备电源、武器装备脉沖电源、光伏电站蓄电池等。


图1为本发明实施例1制作的混合超级电容器的循环伏安曲线。
图2为本发明实施例1制作的混合超级电容器的恒电流充放电曲线(充放 电电流为0. 02A)。
图3为本发明实施例1制作的混合超级电容器的电化学阻抗谱。
具体实施例方式
实施例
混合超级电容器的负极为储氢合金材料；正极为电双层电容器用碳材料； 电解质为6mo1 L—'氢氧化钾水溶液。
取35 mg活性炭(A.R，上海胶体化学试剂厂)、10 mg石墨(A.R，上海胶 体化学试剂厂)研磨混合10 min，滴加少量去离子水润湿，加入含5 mg粘结剂 的市售聚四氟乙烯乳液(含60 % PTFE，广州+〉柏化工厂)，搅拌至无分散粉末， 在80 。C下干燥至恒重得干浆料粉。接着，称取20 mg干浆料粉充填于10 mm x 20隱的泡沫镍集流体(广西梧州三和新材料科技有限公司)中，用BY-IO手扳 式液压制样机(湖南湘潭市中山仪器厂)在10-15 Mpa压力下压制5 niin得正 极片。裁剪有效尺寸为10 mm x 20誦储氢合金片(广西贵港捷力电池有限公 司4是供)作为正才及，裁剪尺寸为15 mm x 25 mm聚丙烯薄膜(江苏常州绝缘材 料总厂)作为隔膜。将正极片、隔膜、负极片用塑料夹具叠加一起，浸泡于6mo1
.L—i氢氧化钾(A.R，广东汕头市西陇化工厂)水溶液中，置于DZF-6020真空 干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)中在<133 pa真空度下保持30 min，取 出即得储氢合金/活性炭混合超级电容器模型。然后，在CHI660A电化学工作站
(上海辰华仪器有限公司)上测定其电化学性能，其循环伏安曲线、恒电流充 放电曲线、电化学阻抗谱测定结果依次参见图1、 2、 3。
权利要求
1.一种混合超级电容器，其特征在于混合超级电容器为负极采用储氢合金材料；正极采用电双层电容器用碳材料，或具有准电容特性材料，或此两种材料的复合材料；电解质采用6mol·L-1～8mol·L-1氢氧化钾或氢氧化钠水溶液。
2. —种如权利要求l所述的混合超级电容器的制造方法，其特征在于具体步骤为将电双层电容器用碳材料与石墨粉按90 50 : 10 50质量比混合，加少量水润湿，加入聚四氟乙烯含量为活性炭与导电剂质量之和O. 5 %~15 %的聚四氟乙烯乳液，搅拌均匀，涂覆于不锈钢网上，或将混合浆料烘干制成粉状充填于泡沫镍中，接着在10 15Mpa压力下压制，然后裁剪、烘干、称重得正极片；裁剪理论电容量为正极实验电双层电容量10倍以上的储氢合金片为负极，或采用具有准电容特性的氧化镍或二氧化锰作负极，或者采用电双层电容器用碳材料与氧化镍或二氧化锰制成复合材料作负极；采用6mo1 . !/ 8mo1 . L—'氢氧化钾或氢氧化钠水溶液作电解液；采用聚丙烯薄膜作隔膜，组装即得混合超级电谷為。
全文摘要
本发明公开了一种混合超级电容器及其制造方法。混合超级电容器为负极采用储氢合金材料；正极采用电双层电容器用碳材料，或具有准电容特性的物质或其与碳材料的复合材料；电解质采用6mol·L^-1～8mol·L^-1氢氧化钾或氢氧化钠水溶液。本发明所制造的混合超级电容器容量密度和能量密度均可以较大倍数地高于碱性水系电解液电双层电容器，并且具有良好的大功率性能和循环稳定性；可以用作电动车电源、电动工具电源、信息设备电源、武器装备脉冲电源、光伏电站蓄电池等。
文档编号H01G9/035GK101515507SQ20091011394
公开日2009年8月26日 申请日期2009年3月27日 优先权日2009年3月27日
发明者杨建文, 洪英英, 陈永珍 申请人:桂林工学院