一種多孔碳作為陰極材料的電解-電化學混合電容器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電解電容器和電化學電容器電子元器件領(lǐng)域，具體涉及一種多孔碳作為陰極材料的電解-電化學混合電容器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]
電化學電容器低的工作電壓導致了其能量密度很低。低電壓運行不論從電化學電容器的電化學性能還是從安全性能以及成本來考慮都是不理想的。因此，大幅度提高單體電壓是電化學電容器在儲能和動力領(lǐng)域發(fā)揮作用的當務之急。電解電容器具有高工作電壓、超高的充放電速率、高功率密度、長壽命以及制備工藝簡單等優(yōu)點，而儲存能量還遠遠不能滿足大規(guī)模儲能的要求，且較低的單體容量限制了其在電子儲能元件行業(yè)中的應用范圍。
[0003]Evans設計的Ta/Ta205 || Ru02/Ta型電解-電化學混合電容器兼顧電解電容器高電壓和電化學電容器高容量的優(yōu)點，其陽極Ta/Ta205為一電解電容器，陰極是Ta/Ru02為一電化學電容器。以Ta/Ta205作為陽極雖然可以獲得較高的比容量，但Ta2O5為顆粒狀材料，Ta/Ta205則為燒結(jié)式的電極材料且通過鉭金屬氧化而得，其僅適用于疊片式小型電容器，因此即使Ta/Ta205電極的比容量高，但表面積不可能做得很大，因而整個陽極的電容并不高，導致單體混合電容器的容量也同樣不高。由C二 f W知，要增加陽極的電容，可采取增加陽極表面積^的措施。陰極材料RuO2為固體粉末，其電極制備工藝繁瑣，還存在成本高和環(huán)境污染的缺點，故不適合作為大規(guī)模使用的儲能材料，而電化學電容器多孔碳電極材料不失為一種優(yōu)良的選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]
針對上述混合電容器的生產(chǎn)狀況和問題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多孔碳作為陰極材料的電解-電化學混合電容器及其制備方法。
[0005]本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
一種多孔碳作為陰極材料的卷繞型軟包裝的高電壓大容量電解-電化學混合電容器，由卷芯、電解液和外殼組成，所述的卷芯為由里到外的陽極片/電解紙/陰極片/電解紙四層卷繞形成的一種圓柱狀結(jié)構(gòu)；
所述的電解液為水系電解液、有機系電解液或離子液體的一種；
所述的外殼為鋁質(zhì)圓筒狀。
[0006]所述混合電容器以鋁電解電容器用陽極箔作為陽極，以一種導電箔材基體負載電化學電容器用多孔碳電極材料作為陰極。陽極為一電解電容器，擁有超高電壓；陰極為一電化學電容器，具有較高的容量。陽極和陰極均具備卷繞條件，故由兩層或多層電解紙和陰陽極片以卷繞的方式制備而成。
[0007]上述一種多孔碳作為陰極材料的卷繞型軟包裝的高電壓大容量電解-電化學混合電容器的制備方法，包括以下步驟:
(I)制漿:將電化學電容器多孔碳電極材料、導電劑和粘結(jié)劑按一定質(zhì)量比加入盛有相關(guān)溶劑的容器充分混合分散，形成陰極漿料；
所述的多孔碳電極材料、粘結(jié)劑和導電劑按(80~90%): (5-10%): (5-10%)的質(zhì)量比混合分散形成；
所述的多孔碳電極材料為活性炭、碳氣凝膠、碳化物衍生炭、介孔碳材料、碳納米管、石墨稀等多孔碳材料中的一種或幾種；
所述的粘結(jié)劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚偏氟乙烯(PVDF)粉體、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉體、聚四氟乙烯(PTFE)粉體或乳液等分子量在100萬到1000萬的高分子聚合物中的一種；
所述的導電劑為導電石墨、導電炭黑、導電乙炔黑等導電碳材料中的一種或幾種；
所述的溶劑為水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)等無機或有機溶劑中的一種或幾種；
所述的漿料的混合分散方法為超聲或機械攪拌的一種或兩種聯(lián)用。
[0008](2)負載漿料:將(I)制備的多孔碳電極材料復合漿料負載于陰極導電箔材基體正反兩面上，在80-120°C烘干3-8h，即形成陰極片；
所述的負載方法為涂覆或沉積；
所述的陰極導電箔材基體為鋁箔或鋁電解電容器陰極箔；
所述的漿體負載雙面面密度控制在5-lOmg/cm2。
[0009](3)裁片:用分切機將(2)制成的陰極片和鋁電解電容器陽極箔裁切成一定的規(guī)格，將裁切好的極片放入鼓風干燥烘箱中干燥l_2h ;
(4)焊接導箔條:將導箔條焊接在陰陽極極片上。
[0010]所述導箔條為鋁質(zhì)細條狀；
所述的導箔焊接工藝為冷壓焊接或超聲焊接的一種。
[0011](5)卷繞:將準備好的陰陽極極片和電解紙，按照陽極片、電解紙、陰極片、電解紙的順序上下排列疊放，然后在卷繞機上進行卷繞，制成圓柱狀卷芯；
(6)含浸與封裝:將(5)制成的卷芯置于60-80°C恒溫干燥箱烘烤l_3h ;烘烤結(jié)束后，迅速轉(zhuǎn)移到含浸缸中，密封抽真空20-60min，注入電解液，再次抽真空30_40min，然后加壓1.2-1.5MPa，保壓20_30min，循環(huán)抽真空-加壓過程3_5次；最后拿出卷芯，甩掉多余電解液，立即鉚接上蓋板，迅速裝入外殼并封口。
[0012]所述的蓋板形式為牛角型或螺栓型中的一種。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點為:本發(fā)明提供的一種新穎的高電壓大容量電解-電化學混合電容器，以鋁電解電容器用陽極箔作為陽極；以一種導電箔材基體負載電化學電容器用多孔碳電極材料作為陰極。陽極為一電解電容器，擁有超高電壓；陰極為一電化學電容器，具有較高的容量。陽極和陰極均具備卷繞條件，故以卷繞的方式制備混合電容器，可增大陰陽極有效接觸面積。因此，這種電解電化學混合電容器同時具有超高電壓和較大的單體容量的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明電解-電化學混合電容器剖面圖；
其中:1 一招殼；2—蓋板；3—卷芯；
圖2為本發(fā)明電解-電化學混合電容器卷芯結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]其中:4一招電解電容器陽極箔；5—負載有多孔碳材料的陰極片；6 —電解紙；7—陽極導箔條；8—陰極導箔條；3—卷芯。
【具體實施方式】
[0016]下面以具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，這些實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。
[0017]實施例1
(O制漿:將電化學電容器活性炭(AC)電極材料、導電劑(SP)和粘結(jié)劑(CMC)按83:10:7的質(zhì)量比加入盛有水的容器，利用高速攪拌機充分混合分散，形成陰極漿料；
(2)負載漿料:將活性炭復合漿料在6mg/cm2的雙面面密度下涂覆于鋁箔正反兩面上，在90°C烘干6h，即形成負載有多孔碳材料的陰極片5 ;
(3)裁片:用分切機將鋁電解電容器陽極箔4裁切成1050mmX24mm的規(guī)格，將(I)制成的陰極片裁切成IlOOmmX24mm的規(guī)格，再將裁切好的極片放入鼓風干燥烘箱中干燥Ih ；
(4)焊接導箔條:將45_長的鋁質(zhì)陽極導箔條7和陰極導箔條8分別冷壓焊接在陽極極片和陰極極片距一端650mm的位置；
(5)卷繞:按照圖2將準備好的陰陽極極片和電解紙6，按照陽極片、電解紙、陰極片、電解紙的順序上下排列，然后在卷繞機上進行卷繞，制成圓柱狀卷芯3 ;
(6)含浸與封裝:將(5)制成的卷芯3置于65°C恒溫干燥箱烘烤2h;然后迅速轉(zhuǎn)移到含浸缸中，密封抽真空30min，注入電解液，再次抽真空35min，然后加壓1.2MPa，保壓25min，循環(huán)抽真空-加壓過程3次；最后拿出卷芯3，甩掉多余電解液，立即鉚接牛角型蓋板2，迅速裝入0 25mmXL35mm鋁殼I并封口。
[0018]上述實施例因選擇不同耐壓值的陽極箔，使制得的混合電容器電壓可高達幾十伏甚至數(shù)百伏。同時陰極活性炭(AC)電極材料引入使陰極容量顯著