本发明涉及一种超级电容。
背景技术:
当今,可以移动电子设备,如移动电话,笔记本电脑,平板电脑,数码产品,电动汽车等;正在朝着微型化,轻质量,快速充电化,大容量化等方面发展。因此,为了满足可移动电子设备发展的需要,其能量存储部件(如电池和超级电容)的相关技术也需要进一步的提升。近些年,为了提高超级电容的容量和存储能量的需要,采用了以水或是有机也作为电解液,以活性炭,炭纳米材料,石墨烯材料结构作为超级电容的技术得到了发展。然而现有技术对超级电容的的漏电电流,容量和能量比的提升还是不能满足移动电子设备的需要;单体超级电容的电压都是1.8到3.5伏特而且漏电电流都是1-5mA;根据电容存能公式:E=1/2CV2得知;电压越高存能越多,漏电电流越小使用时间越长。
技术实现要素:
本发明要解决的技术问题是提供一种超级电容,可实现其单体电压能5-200伏特之间调节。
本发明提供的一种超级电容,包括设置有第一电极集流体的第一电极和设置有第二电极集流体的第二电极,所述第一电极集流体与第二电极体平行间隔地设置,所述第一电极和第二电极之间设置有超级电容隔膜;其特征在于:
所述第一电极还包括第一超级电容扩容结构,所述第二电极还包括第二超级电容扩容结构:
所述第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的组分均包括按重量百分比的下列组分:
多孔碳材料18~35%、导电溶液0.1~12%、粘结剂1~5%、辅助溶液30~73%;其中,所述第一超级电容扩容结构与第二超级电容扩容结构的辅助溶液不互溶。
作为本发明进一步的改进:所述第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的pH值为6-12,固体含量范围为10-55%,粘度范围为10-1000cps。
作为本发明进一步的改进:所述多孔碳材料为选自活性炭、石墨烯和纳米炭管中的一种。
作为本发明进一步的改进:所述导电溶液包括:
水系电解液和水溶性电解质:所述水溶性电解质包括硫酸和硫酸盐;和
由有机溶剂构成的有机系电解液和溶于有机溶剂的有机系电解质:
所述有机系电解液为选自二甲基碳酸脂(DMC)、甲乙基碳酸脂(EMC)、碳酸乙烯脂(EC)、r-丁内酸(GBL)、碳酸丙烯脂(PC)和改性硅油中的一种;所述有机系电解质为氟硼酸锂(LiPF4)或EhNBF4。
作为本发明进一步的改进:所述硫酸盐为K2SO4或Na2SO4,所述强碱为NaOH或KOH。
作为本发明进一步的改进:所述粘结剂为选自聚四氟乙烯PTFE和羧甲基纤维素钠CMC中的一种或两者的混合物。
本发明还提供一种超级电容的制备方法,包括以下步骤:
1)配制第一电极、第二电极电解质和电解液:根据超级电容不同的工作电压和环境改变电解液与电解质的配置比例与类型;
2)将制作好的第一电极和第二电极真空加热干燥后分别迅速浸泡在第一辅助溶液和第二辅助溶液里面,加压长时间浸泡。
3)组装超级电容成品:将第一电极,超级电容隔膜,将第二电极进行组合封装。
粘结剂的作用为把导电剂,活性炭,炭纳米管,石墨烯与集电极进行紧密的粘结子在一起。导电剂是减少电极内阻扩展集电极也电解液和溶剂的接触面;辅助溶剂的作用为减少电容的漏电流和提高电容的工作电压的!同时也有扩展电容容量的作用!本发明提供的一种超级电容,提高电容工作电压。增加电容的能量比;减少电容的漏电;提高电容的工作寿命;经过改进超级电容的存电能力可以超过锂电池;可以减小现有同级别超级电容的体积和重量;可以实现移动电器的快速充电。其单体电压能5-200伏特之间调节,为漏电电流在100纳安培的双系(水系和有机系,或是2种非互溶的有机系)的超级电容。可以用于移动电子设备,如移动电话,笔记本电脑,平板电脑,数码产品,移动医疗设备,移动支付设备,能源存储,后备电源,电动汽车等。
附图说明
图1是:本发明提供的一种超级电容内部结构示意图。
图中:1、第一容量扩展结构;2、第二容量扩展结构;3、第一电极集流体;4、第二电极集流体;5、超级电容隔膜。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明提供的一种超级电容做进一步更详细的说明:
实施例1
本实施例的超级电容,包括设置有第一电极集流体的第一电极和设置有第二电极集流体的第二电极,第一电极集流体与第二电极体平行间隔地设置,第一电极和第二电极之间设置有超级电容隔膜:
第一电极还包括第一超级电容扩容结构,第二电极还包括第二超级电容扩容结构:
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的组分均包括按重量百分比的下列组分:
多孔碳材料25.9%、导电溶液12%、粘结剂1.1%、辅助溶液61%;其中,所述第一超级电容扩容结构与第二超级电容扩容结构的辅助溶液不互溶。
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的pH值为6,固体含量范围为10%,粘度范围为10cps。
多孔碳材料为选自活性炭。
导电溶液包括:
水系电解液和水溶性电解质:水溶性电解质包括硫酸和硫酸盐;和
由有机溶剂构成的有机系电解液和溶于有机溶剂的有机系电解质:
有机系电解液为选自二甲基碳酸脂(DMC);有机系电解质为氟硼酸锂(LiPF4)。硫酸盐为K2SO4,强碱为NaOH。
粘结剂为选自聚四氟乙烯PTFE和羧甲基纤维素钠CMC的混合物。
超级电容的制备方法,包括以下步骤:
1)配制第一电极、第二电极电解质和电解液:根据超级电容不同的工作电压和环境改变电解液与电解质的配置比例与类型;
2)将制作好的第一电极和第二电极真空加热干燥后分别迅速浸泡在第一辅助溶液和第二辅助溶液里面,加压长时间浸泡。
3)组装超级电容成品:将第一电极,超级电容隔膜,将第二电极进行组合封装。
辅助溶液的作用为其与集流体有优良的粘合性,并且与导电基膜有良好的相容性。经过二级固化后使其具有优秀的热稳定性、电惰性,不受导电溶液中电解质的影响,从而提供低内阻、长寿命的电容电极。
实施例2
本实施例的超级电容,包括设置有第一电极集流体的第一电极和设置有第二电极集流体的第二电极,第一电极集流体与第二电极体平行间隔地设置,第一电极和第二电极之间设置有超级电容隔膜:
第一电极还包括第一超级电容扩容结构,第二电极还包括第二超级电容扩容结构:
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的组分均包括按重量百分比的下列组分:
多孔碳材料35%、导电溶液0.1%、粘结剂4%、辅助溶液60.9%;其中,所述第一超级电容扩容结构与第二超级电容扩容结构的辅助溶液不互溶。
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的pH值为12,固体含量范围为55%,粘度范围为1000cps。
多孔碳材料为石墨烯。导电溶液包括:
水系电解液和水溶性电解质:水溶性电解质包括硫酸和硫酸盐;和
由有机溶剂构成的有机系电解液和溶于有机溶剂的有机系电解质:
有机系电解液为甲乙基碳酸脂(EMC);有机系电解质为EhNBF4。
硫酸盐为Na2SO4,强碱为KOH。粘结剂为聚四氟乙烯PTFE。
超级电容的制备方法,包括以下步骤:
1)配制第一电极、第二电极电解质和电解液:根据超级电容不同的工作电压和环境改变电解液与电解质的配置比例与类型;
2)将制作好的第一电极和第二电极真空加热干燥后分别迅速浸泡在第一辅助溶液和第二辅助溶液里面,加压长时间浸泡。
3)组装超级电容成品:将第一电极,超级电容隔膜,将第二电极进行组合封装。
实施例3
本实施例的超级电容,包括设置有第一电极集流体的第一电极和设置有第二电极集流体的第二电极,第一电极集流体与第二电极体平行间隔地设置,第一电极和第二电极之间设置有超级电容隔膜:
第一电极还包括第一超级电容扩容结构,第二电极还包括第二超级电容扩容结构:
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的组分均包括按重量百分比的下列组分:
多孔碳材料20%、导电溶液6%、粘结剂1%、辅助溶液73%;其中,所述第一超级电容扩容结构与第二超级电容扩容结构的辅助溶液不互溶。
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的pH值为7,固体含量范围为20%,粘度范围为500cps。
多孔碳材料为纳米炭管。导电溶液包括:
水系电解液和水溶性电解质:水溶性电解质包括硫酸和硫酸盐;和
由有机溶剂构成的有机系电解液和溶于有机溶剂的有机系电解质:
有机系电解液为碳酸乙烯脂(EC);有机系电解质为氟硼酸锂(LiPF4)。
硫酸盐为K2SO4,强碱为KOH。粘结剂为羧甲基纤维素钠CMC。
超级电容的制备方法,包括以下步骤:
1)配制第一电极、第二电极电解质和电解液:根据超级电容不同的工作电压和环境改变电解液与电解质的配置比例与类型;
2)将制作好的第一电极和第二电极真空加热干燥后分别迅速浸泡在第一辅助溶液和第二辅助溶液里面,加压长时间浸泡。
3)组装超级电容成品:将第一电极,超级电容隔膜,将第二电极进行组合封装。
实施例4
本实施例的超级电容,包括设置有第一电极集流体的第一电极和设置有第二电极集流体的第二电极,第一电极集流体与第二电极体平行间隔地设置,第一电极和第二电极之间设置有超级电容隔膜:
第一电极还包括第一超级电容扩容结构,第二电极还包括第二超级电容扩容结构:
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的组分均包括按重量百分比的下列组分:
多孔碳材料25%、导电溶液5%、粘结剂5%、辅助溶液65%;其中,所述第一超级电容扩容结构与第二超级电容扩容结构的辅助溶液不互溶。
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的pH值为9,固体含量范围为35%,粘度范围为700cps。多孔碳材料为纳米炭管。
导电溶液包括:
水系电解液和水溶性电解质:水溶性电解质包括硫酸和硫酸盐;和
由有机溶剂构成的有机系电解液和溶于有机溶剂的有机系电解质:
有机系电解液为r-丁内酸(GBL);有机系电解质为EhNBF4。
硫酸盐为Na2SO4,强碱为KOH。粘结剂为羧甲基纤维素钠CMC。
超级电容的制备方法,包括以下步骤:
1)配制第一电极、第二电极电解质和电解液:根据超级电容不同的工作电压和环境改变电解液与电解质的配置比例与类型;
2)将制作好的第一电极和第二电极真空加热干燥后分别迅速浸泡在第一辅助溶液和第二辅助溶液里面,加压长时间浸泡。
3)组装超级电容成品:将第一电极,超级电容隔膜,将第二电极进行组合封装。
实施例5
本实施例的超级电容,包括设置有第一电极集流体的第一电极和设置有第二电极集流体的第二电极,第一电极集流体与第二电极体平行间隔地设置,第一电极和第二电极之间设置有超级电容隔膜:
第一电极还包括第一超级电容扩容结构,第二电极还包括第二超级电容扩容结构:
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的组分均包括按重量百分比的下列组分:
多孔碳材料35%、导电溶液12%、粘结剂5%、辅助溶液48%;其中,所述第一超级电容扩容结构与第二超级电容扩容结构的辅助溶液不互溶。
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的pH值为6-12,固体含量范围为45%,粘度范围为300cps。
多孔碳材料为活性炭。导电溶液包括:
水系电解液和水溶性电解质:水溶性电解质包括硫酸和硫酸盐;和
由有机溶剂构成的有机系电解液和溶于有机溶剂的有机系电解质:
有机系电解液为碳酸丙烯脂(PC);有机系电解质为EhNBF4。硫酸盐为Na2SO4,强碱为NaOH。粘结剂为羧甲基纤维素钠CMC。
超级电容的制备方法,包括以下步骤:
1)配制第一电极、第二电极电解质和电解液:根据超级电容不同的工作电压和环境改变电解液与电解质的配置比例与类型;
2)将制作好的第一电极和第二电极真空加热干燥后分别迅速浸泡在第一辅助溶液和第二辅助溶液里面,加压长时间浸泡。
3)组装超级电容成品:将第一电极,超级电容隔膜,将第二电极进行组合封装。
实施例6
本实施例的超级电容,包括设置有第一电极集流体的第一电极和设置有第二电极集流体的第二电极,第一电极集流体与第二电极体平行间隔地设置,第一电极和第二电极之间设置有超级电容隔膜:
第一电极还包括第一超级电容扩容结构,第二电极还包括第二超级电容扩容结构:
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的组分均包括按重量百分比的下列组分:
多孔碳材料24%、导电溶液16%、粘结剂3%、辅助溶液57%;其中,所述第一超级电容扩容结构与第二超级电容扩容结构的辅助溶液不互溶。
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的pH值为11,固体含量范围为50%,粘度范围为70cps。
多孔碳材料为纳米炭管。导电溶液包括:
水系电解液和水溶性电解质:水溶性电解质包括硫酸和硫酸盐;和
由有机溶剂构成的有机系电解液和溶于有机溶剂的有机系电解质:
有机系电解液为改性硅油;有机系电解质为EhNBF4。硫酸盐为K2SO4,强碱为KOH。粘结剂为选自聚四氟乙烯PTFE。
超级电容的制备方法,包括以下步骤:
1)配制第一电极、第二电极电解质和电解液:根据超级电容不同的工作电压和环境改变电解液与电解质的配置比例与类型;
2)将制作好的第一电极和第二电极真空加热干燥后分别迅速浸泡在第一辅助溶液和第二辅助溶液里面,加压长时间浸泡。
3)组装超级电容成品:将第一电极,超级电容隔膜,将第二电极进行组合封装。
实施例7
本实施例的超级电容,包括设置有第一电极集流体的第一电极和设置有第二电极集流体的第二电极,第一电极集流体与第二电极体平行间隔地设置,第一电极和第二电极之间设置有超级电容隔膜:
第一电极还包括第一超级电容扩容结构,第二电极还包括第二超级电容扩容结构:
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的组分均包括按重量百分比的下列组分:
多孔碳材料27%、导电溶液3%、粘结剂4.5%、辅助溶液65.5%;其中,所述第一超级电容扩容结构与第二超级电容扩容结构的辅助溶液不互溶。
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的pH值为6-12,固体含量范围为40%,粘度范围为20cps。
多孔碳材料为纳米炭管。导电溶液包括:
水系电解液和水溶性电解质:水溶性电解质包括硫酸和硫酸盐;和
由有机溶剂构成的有机系电解液和溶于有机溶剂的有机系电解质:
有机系电解液为碳酸丙烯脂(PC);有机系电解质为EhNBF4。
硫酸盐为Na2SO4,强碱为KOH。粘结剂为聚四氟乙烯PTFE。
超级电容的制备方法,包括以下步骤:
1)配制第一电极、第二电极电解质和电解液:根据超级电容不同的工作电压和环境改变电解液与电解质的配置比例与类型;
2)将制作好的第一电极和第二电极真空加热干燥后分别迅速浸泡在第一辅助溶液和第二辅助溶液里面,加压长时间浸泡。
3)组装超级电容成品:将第一电极,超级电容隔膜,将第二电极进行组合封装。
实施例8
本实施例的超级电容,包括设置有第一电极集流体的第一电极和设置有第二电极集流体的第二电极,第一电极集流体与第二电极体平行间隔地设置,第一电极和第二电极之间设置有超级电容隔膜:
第一电极还包括第一超级电容扩容结构,第二电极还包括第二超级电容扩容结构:
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的组分均包括按重量百分比的下列组分:
多孔碳材料22%、导电溶液11%、粘结剂3%、辅助溶液64%;其中,所述第一超级电容扩容结构与第二超级电容扩容结构的辅助溶液不互溶。
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的pH值为8,固体含量范围为26%,粘度范围为50cps。
多孔碳材料为石墨烯。导电溶液包括:
水系电解液和水溶性电解质:水溶性电解质包括硫酸和硫酸盐;和
由有机溶剂构成的有机系电解液和溶于有机溶剂的有机系电解质:
有机系电解液为改性硅油;有机系电解质为EhNBF4。硫酸盐为K2SO4,强碱为NaOH。粘结剂为羧甲基纤维素钠CMC。
超级电容的制备方法,包括以下步骤:
1)配制第一电极、第二电极电解质和电解液:根据超级电容不同的工作电压和环境改变电解液与电解质的配置比例与类型;
2)将制作好的第一电极和第二电极真空加热干燥后分别迅速浸泡在第一辅助溶液和第二辅助溶液里面,加压长时间浸泡。
3)组装超级电容成品:将第一电极,超级电容隔膜,将第二电极进行组合封装。
实施例9
本实施例的超级电容,包括设置有第一电极集流体的第一电极和设置有第二电极集流体的第二电极,第一电极集流体与第二电极体平行间隔地设置,第一电极和第二电极之间设置有超级电容隔膜:
第一电极还包括第一超级电容扩容结构,第二电极还包括第二超级电容扩容结构:
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的组分均包括按重量百分比的下列组分:
多孔碳材料30%、导电溶液10%、粘结剂2%、辅助溶液58%;其中,所述第一超级电容扩容结构与第二超级电容扩容结构的辅助溶液不互溶。
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的pH值为9,固体含量范围为25%,粘度范围为100cps。
多孔碳材料为选自活性炭、石墨烯和纳米炭管中的一种。
导电溶液包括:
水系电解液和水溶性电解质:水溶性电解质包括硫酸和硫酸盐;和
由有机溶剂构成的有机系电解液和溶于有机溶剂的有机系电解质:
有机系电解液为r-丁内酸(GBL);有机系电解质为EhNBF4。硫酸盐为Na2SO4,强碱为KOH。粘结剂为选自聚四氟乙烯PTFE和羧甲基纤维素钠CMC中的一种或两者的混合物。
超级电容的制备方法,包括以下步骤:
1)配制第一电极、第二电极电解质和电解液:根据超级电容不同的工作电压和环境改变电解液与电解质的配置比例与类型;
2)将制作好的第一电极和第二电极真空加热干燥后分别迅速浸泡在第一辅助溶液和第二辅助溶液里面,加压长时间浸泡。
3)组装超级电容成品:将第一电极,超级电容隔膜,将第二电极进行组合封装。
实施例10
本实施例的超级电容,包括设置有第一电极集流体的第一电极和设置有第二电极集流体的第二电极,第一电极集流体与第二电极体平行间隔地设置,第一电极和第二电极之间设置有超级电容隔膜:
第一电极还包括第一超级电容扩容结构,第二电极还包括第二超级电容扩容结构:
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的组分均包括按重量百分比的下列组分:
多孔碳材料31%、导电溶液7%、粘结剂2%、辅助溶液60%;其中,所述第一超级电容扩容结构与第二超级电容扩容结构的辅助溶液不互溶。
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的pH值为7,固体含量范围为35%,粘度范围为200cps。
多孔碳材料为纳米炭管。导电溶液包括:
水系电解液和水溶性电解质:水溶性电解质包括硫酸和硫酸盐;和
由有机溶剂构成的有机系电解液和溶于有机溶剂的有机系电解质:
有机系电解液为碳酸乙烯脂(EC);有机系电解质为氟硼酸锂(LiPF4)。
硫酸盐为K2SO4,强碱为KOH。粘结剂为选自聚四氟乙烯PTFE和羧甲基纤维素钠CMC的混合物。
超级电容的制备方法,包括以下步骤:
1)配制第一电极、第二电极电解质和电解液:根据超级电容不同的工作电压和环境改变电解液与电解质的配置比例与类型;
2)将制作好的第一电极和第二电极真空加热干燥后分别迅速浸泡在第一辅助溶液和第二辅助溶液里面,加压长时间浸泡。
3)组装超级电容成品:将第一电极,超级电容隔膜,将第二电极进行组合封装。
实施例11
本实施例的超级电容,包括设置有第一电极集流体的第一电极和设置有第二电极集流体的第二电极,第一电极集流体与第二电极体平行间隔地设置,第一电极和第二电极之间设置有超级电容隔膜:
第一电极还包括第一超级电容扩容结构,第二电极还包括第二超级电容扩容结构:
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的组分均包括按重量百分比的下列组分:
多孔碳材料31%、导电溶液8%、粘结剂4%、辅助溶液57%;其中,所述第一超级电容扩容结构与第二超级电容扩容结构的辅助溶液不互溶。
第一超级电容扩容结构和第二超级电容扩容结构的pH值为7.5,固体含量范围为15%,粘度范围为90cps。
多孔碳材料为选自活性炭。导电溶液包括:
水系电解液和水溶性电解质:水溶性电解质包括硫酸和硫酸盐;和
由有机溶剂构成的有机系电解液和溶于有机溶剂的有机系电解质:
有机系电解液为改性硅油;有机系电解质为EhNBF4。硫酸盐为K2SO4,强碱为NaOH。粘结剂为羧甲基纤维素钠CMC。
超级电容的制备方法,包括以下步骤:
1)配制第一电极、第二电极电解质和电解液:根据超级电容不同的工作电压和环境改变电解液与电解质的配置比例与类型;
2)将制作好的第一电极和第二电极真空加热干燥后分别迅速浸泡在第一辅助溶液和第二辅助溶液里面,加压长时间浸泡。
3)组装超级电容成品:将第一电极,超级电容隔膜,将第二电极进行组合封装。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。