超级电容、锂电池-超级电容混合储能装置和电动叉车的制作方法

本技术涉及机械，尤其涉及电池。

背景技术：

1、叉车是工业搬运车辆，是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车辆。国际标准化组织iso/tc110称为工业车辆。常用于仓储大型物件的运输，通常使用燃油机或者电池驱动。电动叉车是一种以电能驱动的叉车，目前以化学储能的锂电池和铅蓄电池为主。电动叉车相较于一般的电动车，在提升货物时对功率输出的要求更高、电流输出稳定性要求更高。

2、然而，锂电池等化学电池将化学能转化为电能时(电池充放电期间)，离子倾向于在阴极和阳极之间来回流动。化学电池一般包括正极和负极，两极浸没在液体电解质中，并由微孔离子交换膜隔开，只允许离子通过。在化学电池充放电期间，离子倾向于在阳极和阴极之间来回流动。当这些离子转移的时候会导致电池发热、膨胀，然后收缩。这些反应会逐渐使电池退化，从而导致电池寿命缩短。还存在充电时间长、价格高、过充致使发热、燃烧等安全性问题，而且要定期充电维护，使用不方便。

技术实现思路

1、针对上述问题，本实用新型提供了一种高能量密度的超级电容，该超级电容创新性的采用了氮、硫功能化碳泡沫磁性微球作为导电活性物质，能量密度高且充电速度快。

2、本实用新型还提供了一种锂电池-超级电容混合储能装置，锂电池与超级电容之间可互相充电，并且电流更为平稳、提升安全性能，同时采用了上述高能量密度的超级电容，进一步提升了本装置的充放电效率。

3、为了实现上述目的，本实用新型提供了一种高能量密度的超级电容，超级电容包括电介质层，电介质层包括依次排布的导电基材、活性物质层和绝缘层；其中，活性物质层包括氮、硫功能化碳泡沫磁性微球作为活性物质。

4、优选地，活性物质层包括正极活性物质层和负极活性物质层。

5、优选地，活性物质层包括质量百分比不低于90％的氮、硫功能化碳泡沫磁性微球作为活性物质。

6、优选地，超级电容的能量密度至少为4.5千瓦时/千克、充电效率不低于91％。

7、优选地，导电基材选自腐蚀铝箔和/或偏聚二氟乙烯；活性物质层由质量百分比为90～95％:5～10％的氮、硫功能化碳泡沫磁性微球和粘接剂；绝缘层包括质量百分比为75～80％:4～10％:5～10％的石墨、聚酰亚胺胶和粘接剂。

8、优选地，所述的粘接剂选自包括丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠的混合水溶性粘结剂。

9、优选地，导电基材包括正极导电基材和负极导电基材，活性物质层包括正极活性物质层和负极活性物质层；电介质层中，正极导电基材、正极活性物质层、绝缘层、负极活性物质层和负极导电基材依次排布。

10、优选地，超级电容的电介质层制备方法包括如下步骤：

11、(1)将氮、硫功能化碳泡沫磁性微球和粘接剂以水混合，搅拌，得到第一混合物；

12、将以水将粘结剂调成稀浆，将绝缘材料逐步加入到稀浆中，得到第二混合物；

13、(2)将第一混合物分别涂敷在正极导电基材、负极导电基材的表面，干燥，得到正极导电基材-活性物质层、负极导电基材-活性物质层；

14、(3)将第二混合物涂覆在正极导电基材-活性物质层、负极导电基材-活性物质层之间，干燥，正极导电基材、正极活性物质层、绝缘层、负极活性物质层和负极导电基材依次排布的电介质层。

15、优选地，步骤(2)中，第一混合物的涂覆厚度为0.2～0.25mm，干燥温度为80～90℃，干燥时间5h以上。

16、优选地，步骤(3)中，第二混合物的涂覆厚度为0.02～0.03μm，干燥温度为80～90℃，干燥时间为5h以上。

17、优选地，超级电容还包括磁固定结构，磁固定结构包括负极内磁场结构和正极外磁场结构，电介质层设置在负极内磁场结构、正极外磁场结构之间，负极内磁场结构和正极外磁场结构形成的磁场可促使正极活性物质层和负极活性物质层中的氮、硫功能化碳泡沫磁性微球互相吸附并压实。

18、优选地，磁固定结构为圆筒形，包括柱形负极内磁场结构和环形正极外磁场结构；电介质层为圆环；柱形负极内磁场结构、环形正极外磁场结构和电介质层三者同圆心；柱形负极内磁场结构和环形正极外磁场结构的底部连接。

19、本实用新型的第二方面提供了一种锂电池-超级电容混合储能装置，包括锂电池、电感线圈、超级电容、控制电路和负载用电设备；超级电容为上述技术方案所述的超级电容，超级电容的能量密度至少为4.5千瓦时/千克、充电效率不低于91％；锂电池、电感线圈和超级电容之间串联形成第一电路，电感线圈用于延缓锂电池的电流变化；第一电路与超级电容并联形成第二电路；超级电容与控制电路串联形成第三电路，控制电路与负载用电设备连接、可控制负载用电设备接入或断开。

20、优选地，所述锂电池为磷酸铁锂电池。

21、优选地，第一电路还包括与锂电池并联的电量检测装置，用于检测锂电池的电量。

22、优选地，所述电感线圈的缠绕匝数至少为20匝。

23、本实用新型的第三方面提供了一种电动叉车，包括上述技术方案所述锂电池-超级电容混合储能装置。

24、与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

25、1、本实用新型使用了一种高能量密度的超级电容，能够容纳更多的电量作为储备，充电效率达到91％，可适应叉车等需要大量电能供给的需求。

26、本实用新型所述的超级电容创造性的采用了一种本用于环境治理的“氮、硫功能化碳泡沫磁性微球”材料作为电极，该材料的详细信息可参见中国专利“zl201510359764.4，一种氮、硫功能化碳泡沫磁性微球的制备方法”，该材料是一种以碳原子组成的具有蜂窝状多孔网络骨架结构的新型碳材料，具有密度低，比表面积大，且导电性良好，和普通碳粉末相比，具有规则的形状，使用过程中更容易分散开。发明人意外发现，该磁性微球作为超级电容的活性物质时具有优秀的储能性质和充放电效率。

27、2、在本实用新型中，为了进一步增加超级电容充放电次数、延长超级电容使用寿命，超级电容还包括磁固定结构，磁固定结构包括负极内磁场结构(s极)和正极外磁场结构(n极)，电介质层设置在负极内磁场结构、正极外磁场结构之间，负极内磁场结构和正极外磁场结构形成的磁场可促使正极活性物质层和负极活性物质层中的氮、硫功能化碳泡沫磁性微球互相吸附并压实。

28、如图4所示，位于电介质层内侧的负极内磁场结构(s极)与位于电介质层外侧的正极外磁场结构(n极)形成由外向内的磁场，由于氮、硫功能化碳泡沫磁性微球本身具有磁性，在磁固定结构提供的磁场作用下，正极活性物质层、负极活性物质层上的氮、硫功能化碳泡沫磁性微球相互吸附力增强，磁性微球团积聚并排列均匀，因此磁性微球团不容易从活性物质层脱落，剥离下来，这样就能保证超级电容对存储电荷起关键作用的活性物质的有效性，避免有效物质散失，进而达到增加超级电容充放电的次数、延长超级电容的使用寿命的效果。

29、3、本实用新型所述的锂电池-超级电容混合储能装置中，电感线圈和锂电池在连接中先串联连接，然后电感线圈和锂电池组串联组成的第一电路，再和超级电容组进行并联连接形成第二电路；超级电路与控制电路串联形成第三电路，控制电路连接有负载用电设备，通过控制电路接入或关闭第三电路，进而控制超级电容是否对负载用电设备进行供电。

30、本实用新型所述锂电池-超级电容混合储能装置采用了超级电容作为锂电池与负载用电设备之间的缓冲，先由锂电池对超级电池进行充电，再由超级电容对负载用电设备进行供电，本装置通过结构改进有效减缓了电流变化造成锂电池发热、减少锂电池充放电次数，可提高本装置供电的安全性，同时增加锂电池的充放电次数，延长电池的使用寿命。当然，反过来当锂电池没电时，超级电容也可以对锂电池进行充电，省去了对锂电池定期充电维护的人工时间。

31、4、本实用新型所述锂电池-超级电容混合储能装置中，增加了与锂电池串联的电感线圈，该电感线圈能够减缓锂电池电流变化，降低电流突变的发生几率，更为安全。