卷绕型电解-电化学混合电容器及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及混合电容器，具体涉及一种卷绕型电解-电化学混合电容器及其制作 方法。
【背景技术】
[0002] 电化学电容器因兼顾传统电容器和电池的特点，近年来备受人们关注。然而，由于 受电解液分解电压的限制，单体工作电压一般不超过3V。从电容器的能量密度公式E = 1/2CU2不难看出，低工作电压意味着低能量密度。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。与电化学电容器相比，电解电容器的工作电压和功 率密度极高，而其较低的单体容量已不能满足快速发展的电子元件行业对大容量储能器件 的需求。
[0003] Evans设计了一种"混合"电容器：其阳极是TaAa2O5，为钽电解电容器，阴极是Ta/ RuO2,为电化学电容器。电容器的阳极电压Ua、阴极电压U。和阳极电容C a、阴极电容C。的关 系为：ua/u。= cyca，当c，>ca，ua》u。。即如果阴极的电容远大于阳极电容，阴极分担的电压 则很小。充电时，大部分电压加在阳极氧化物电介质上而不是电解液，这就避免了电解液在 高电压下的分解。因此，"混合"型电容器不必借助串联结构即可在满足高电压要求，同时保 证较高的容量。但是，由于钌和钽均是稀有金属，作为电容器材料还存在成本高和环境污染 的缺点，而且多数情况下，RuO 2为固体粉末，其电极制备工艺繁琐，故不适合作为大规模使 用的储能材料。因此，采用价格低廉和环境友好的电容器电极材料代替钌和钽等稀有金属 材料，以简单工艺制备高电压大容量的混合电容器是加快其在储能领域应用的快捷途径。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种成本低且兼具高电压和大容量特点的卷绕 型电解-电化学混合电容器及其制作方法。
[0005] 本发明所述的卷绕型电解-电化学混合电容器，包括卷芯和电解液，所述卷芯包 括阳极片、阴极片和电解纸，其中：
[0006] 所述阳极片为铝电解电容器用阳极箱，在阳极片上设有阳极导箱条；
[0007] 所述阴极片为通过在阴极导电基体上负载由电化学电容器用电极材料作为阴极 活性物质的阴极浆料所得，在阴极片上设有阴极导箱条；所述电化学电容器用电极材料为 选自多孔碳材料、金属氧化物和导电聚合物中的一种或两种以上的组合；
[0008] 所述阳极片、阴极片和电解纸按由下至上呈阴极片、电解纸和阳极片的顺序依次 叠置，以阳极片收尾、并在最下层的阴极片下放置电解纸，之后进行卷绕形成卷芯。
[0009] 上述技术方案中，所述的阴极导电基体可以是铝箱或铝电解电容器阴极箱。所述 的电解液可以是选自水系电解液、有机系电解液和离子液体的一种，本申请中优选采用铝 电解电容器用电解液。
[0010] 进一步地，本发明提出对卷芯采用铝塑膜进行软式封装，可有效控制混合电容器 的生产成本。
[0011] 本发明还包括上述卷绕型电解-电化学混合电容器的制造方法，该制作方法包括 卷芯的制作，所述卷芯的制作方法包括以下步骤：
[0012] 1)提供阳极片和阴极导电基体；
[0013] 2)提供阴极浆料，取阴极活性物质、粘结剂和导电剂按80~98wt % : 10~Iwt % : 10~lwt%的配比制备阴极浆料，其中，所述阴极活性物质为电化学电容器用电极材料，具 体为选自多孔碳材料、金属氧化物和导电聚合物中的一种或两种以上的组合；
[0014] 3)在阴极导电基体上负载阴极浆料，得到阴极片；
[0015] 4)将阴极片和阳极片按需要进行裁切成相应尺寸，干燥；
[0016] 5)分别在干燥后阴极片和阳极片上焊接阴极导箱条和阳极导箱条；
[0017] 6)按由下至上的顺序呈阴极片、电解纸和阳极片的顺序依次叠置，以阳极片收尾， 并在最下层的阴极片下放置电解纸，之后进行卷绕，得到卷芯。
[0018] 上述制作方法的步骤1)中，所述阳极片为铝电解电容器用阳极箱，所述的阴极导 电基体可以是铝箱或铝电解电容器阴极箱。
[0019] 上述制作方法的步骤2)中，所述的粘结剂和导电剂为现有技术中的常规选择，具 体地，粘结剂可以是聚甲基丙烯酸粉体、聚甲基丙烯酸甲酯粉体、聚四氟乙烯粉体或乳液等 分子量在100万到1000万的高分子聚合物的一种或两种以上的任意比例的组合；导电剂具 体可以是导电石墨、导电炭黑和导电乙炔黑等导电碳材料中的一种或两种的组合，当导电 剂的选择为上述两种以上的组合时，它们之间的配比为任意配比。本步骤中，所述的多孔碳 材料、金属氧化物和导电聚合物可以是现有技术中的常规选择，具体地，多孔碳材料可以是 活性炭、石墨烯或碳气凝胶等；金属氧化物可以是氧化钌、氧化锰或氧化钴等；导电聚合物 可以是聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯等。在制备阴极浆料时，所用的溶剂为现有技术中的常规选 择，具体可以是是水、NMP或DMAc等无机或有机溶剂。
[0020] 上述制作方法的步骤3)中，通过现有常规方法将阴极浆料负载到阴极导电基体 上，如可以采用涂覆或沉积的方法进行负载；在进行涂覆或沉积时，应在阴极导电基体的双 面同时进行，涂覆或沉积的密度优选是控制在5-lOmg/cm 2。在负载完成之后进行干燥，即得 到阴极片。
[0021] 上述制作方法的步骤5)中，所述的阴极导箱条和阳极导箱条均为条状铝材；具体 可以采用冷压焊接或超声焊接的方式将阴极导箱条和阳极导箱条分别焊接在阴极片和阳 极片上。
[0022] 上述制作方法的步骤6)中，一般情况下，通常在完成由下至上呈阴极片、电解纸 和阳极片的叠置，并在阴极片之下放置电解纸后即可进行卷绕；也可以根据需要按上述叠 置顺序继续往上进行叠置，直至阴极片的层数达到所需要求。本步骤中，根据需要将叠置好 的阴极片、电解纸和阳极片置于卷绕机上卷绕成所需的形状，如方形或圆柱形等，本申请优 选是卷绕成方形，以方便采用铝塑膜进行封装，从而进一步降低生产成本。
[0023] 上述方法仅是获得卷芯，本发明所述的卷绕型电解-电化学混合电容器的制作 方法在获得卷芯之后还包括按常规技术对卷芯进行封装、注入电解液、化成以及二次封装 工序。从进一步节省成本、简化工艺的角度考虑，优选是在获得卷芯之后用铝塑膜对卷芯 进行封装，之后再进行常规的注入电解液、化成以及二次封装工序。具体地，将所得卷芯 用铝塑膜封装且留一开口，然后置于60-80°C干燥箱中烘烤l-3h，之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I. 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，立即进行二次封 装，确保注液口密封后，进行全漏检验即得到卷绕型电解-电化学混合电容器。其中，所述 的电解液可以是选自水系电解液、有机系电解液和离子液体的一种，本申请中优选采用铝 电解电容器用电解液。
[0024] 与现有技术相比，本发明的特点在于：
[0025] 1、提供了一种结构新颖的高电压大容量电解-电化学混合电容器的设计，具体是 以铝电解电容器用阳极箱作为阳极，以电化学电容器用电极材料负载于阴极导电基体上作 为阴极，制备得到兼具电解电容器高电压和电化学电容器大容量的混合电容器。本发明突 破了原有电化学电容器的储能方式，是全新的研究方向。
[0026] 2、提供了卷绕型软包装的混合电容器，利用箱材基体的柔韧性，提出用卷绕的方 式提高单体电容器极片的有效接触面积，从而提高混合电容器单体的容量，使其能够应用 于新能源储能和动力领域。
[0027] 3、提出用铝塑膜进行软式封装，可有效控制其生产成本，具有一定的发展前景。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明所述卷绕型电解-电化学混合电容器