一種三電極超級電容器的製作方法

2023-07-05 08:52:16

專利名稱：一種三電極超級電容器的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種電化學電容器，尤其涉及ー種三電極超級電容器。
背景技術：
超級電容器也稱電化學電容器，是ー種新型的儲能元件，它介於傳統電容器和ニ次電池之間，其容量要遠大於傳統電容器，高倍率充放電性能則遠遠優於二次電池。在研究電極材料、電解液或正負極質量匹配等問題時，需要用到三電極的方法，即採用包含工作電極、對電極和參比電極的電化學原型器件。具體來說，在採用電解質的水溶液作為電解液時，一般採用標準氫電極、飽和甘汞電極、HgHgO電極、HgHgSO4電極等，但是在採用有機電解液時這些參比電極就都不適用了。有機電解液的鋰離子電池通常採用金屬鋰作為參比電 扱，但是不適用於具有雙電層電容特性的超級電容器，取而代之的是貴金屬銀或鉬、並加入IOOOppm濃度的Cr離子(Yao Chen等，《Carbon》2011年,第49卷第570-580頁)。因此，很有必要採用成本更低的參比電扱。另外，採用有機電解液的三電極電化學器件一般都是採用內襯聚四氟こ烯的不鏽鋼模具，電極片裁製成直徑約為15_的圓片放入模具中，用彈簧控制裝配壓力，在手套箱中組裝起來(A. B. Fuertes等，((Electrochimica Acta))2005年，第50卷第2799-2805頁)。這種裝置模具價格比較高、組裝起來比較複雜。

發明內容
本發明的目的克服現有技術組裝複雜、價格高的缺點，提出ー種三電極超級電容器。本發明製作エ藝更為簡單，成本更低。本發明採用了價格低廉、使用方便的碳基材料製成參比電扱，並且採用了エ藝操作上十分簡單的鋁塑複合膜軟包裝殼體和新的三電極結構，因而大大降低了エ藝成本，使製備三電極超級電容器更為方便、快捷。為了解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案ー種三電極超級電容器，包括電極極耳、殼體、封裝於殼體內的正極片、負極片、參比電極、隔膜和有機電解液，有機電解液含浸於正極片、負極片、參比電極、隔膜之中。所述的超級電容器至少包括ー個正極片和ー個負極片，正極片塗布有電化學活性材料的表面與負極片塗布有電化學活性材料的表面相對布置，中間用隔膜隔開。所述的參比電極與正極片或負極片相對布置，參比電極塗布有電化學活性材料的表面與正極片或負極片之間用隔膜隔開。所述的電極極耳的一端分別與正極片、負極片和參比電極相連接，電極極耳的另ー端伸出殼體外。所述的殼體由鋁塑複合膜製成。所述的正極片和負極片的電化學活性材料選自活性炭、介孔炭、活性的炭纖維、碳氣凝膠、納米碳管、石墨烯中的ー種或多種。所述的參比電極的電化學活性材料選自活性炭、介孔炭、活性的炭纖維、碳氣凝膠、納米碳管、石墨烯、炭黑、石墨中的ー種或多種。
所述的有機電解液可以是四氟硼酸四こ基銨、四氟硼酸甲基三こ基銨的碳酸丙烯酷或こ腈的溶液，所述的有機電解液可以是陽離子為I-こ基-3-甲基咪唑、I-丁基-3-甲基咪唑、N- 丁基-N-甲基吡咯烷，陰離子為四氟硼酸根離子、雙三氟甲基磺醯亞胺根離子的離子液體，所述的有機電解液也可以是所述陽離子為卜こ基-3-甲基咪唑、I-丁基-3-甲基咪唑、N- 丁基-N-甲基吡咯烷，陰離子為四氟硼酸根離子、雙三氟甲基磺醯亞胺根離子的離子液體的碳酸丙烯酯或こ腈的溶液。


圖I所示為超級電容器的結構示意圖；圖2所示為超級電容器一種實施例的橫截面示意圖；圖3所示為超級電容器另ー種實施例的橫截面示意圖；圖4所示為超級電容器的充放電曲線。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明做進ー步說明。極片的製備實施例I取80質量份的活性炭、10質量份的導電炭黑和70質量份的固含量為15%的LA135，加入適量去離子水充分混合至粘度為100(T3000mPa · s，將製得的漿料塗布於鋁箔上，乾燥後得到極片。實施例2取40質量份的活性炭、30質量份的介孔炭、10質量份的活性的碳纖維、10質量份的導電炭黑和25質量份的固含量為40%的丁苯橡膠、5質量份的羧甲基纖維素，加入適量去離子水充分混合至粘度為100(T3000mPa · s，將製得的漿料塗布於鋁箔上，乾燥後得到極片。實施例3取60質量份的活性炭、10質量份的氣凝膠、5質量份的納米碳管、5質量份的石墨烯、10質量份的導電炭黑和12質量份的聚偏ニ氟こ烯，加入適量N-甲基吡咯烷酮充分混合至粘度為100(T3000mPa · s，將製得的漿料塗布於鋁箔上，乾燥後得到極片。實施例4取40質量份的炭黒、40質量份的石墨和140質量份的固含量為15%的LA133，加入適量去離子水充分混合至粘度為100(T3000mPa · s，將製得的漿料塗布於鋁箔上，乾燥後得到極片。超級電容器的結構實施例5圖I所示為本發明超級電容器的結構示意圖。正極極耳141的一端與正極片14連接，參比電極極耳121的一端與參比電極12連接，負極極耳151的一端與負極片15連接，上述電極極耳與相應的電極的連接採用超聲焊接。正極極耳141、參比電極極耳121和負極極耳151的另一端伸出鋁塑複合膜殼體11外。
如圖I和圖2所示，本發明超級電容器包括鋁塑複合膜殼體11、封裝於殼體11內的參比電極12、隔膜13、正極片14、負極片15、有機電解液16、正極極耳141、參比電極極耳121和負極極耳151。有機電解液16含浸於參比電極12、隔膜13、正極片14、負極片15之中。正極片14的塗布有電化學活性材料的表面與負極片15的塗布有電化學活性材料的表面相對布置，正極片14和負極片15用隔膜13隔開；參比電極12固定於隔膜13上，參比電極12的塗布有電化學活性材料的表面與正極片14之間用隔膜13隔開。正極片14和負極片15均為單面塗布電化學活性物質。實施例6本實施例與實施例5的區別在於，超級電容器還含有一個雙面塗布電化學活性材料的正極片和一個雙面塗布電化學活性材料的負極片，此雙面塗布電化學活性材料的正極片與雙面塗布電化學活性材料的負極片之間用隔膜隔開。本實施例的超級電容器各層之間的疊放順序為參比電極-隔膜-正極片-隔膜-負極片-隔膜-正極片-隔膜-負極片。

實施例7如圖3所示，超級電容器包含兩個參比電極12，兩個參比電極12分別與正極片14和負極片15相對布置,其它結構與實施例5相同。超級電容器的組裝實施例8採用實施例5的結構，正極片、負極片、參比電極均採用實施例I製備的極片，組裝後加入I摩爾/升的四氟硼酸四こ基銨的こ腈溶液，靜置後封ロ。實施例9採用實施例6的結構，正極片採用實施例I製備的極片，負極片採用實施例2製備的極片，參比電極採用實施例I製備的極片，組裝後加入I摩爾/升的四氟硼酸四こ基銨的碳酸丙烯酯溶液，靜置後封ロ。實施例10採用實施例7的結構，正極片採用實施例I製備的極片，負極片採用實施例2製備的極片，參比電極採用實施例I製備的極片，組裝後加入I摩爾/升的四氟硼酸甲基三こ基銨的碳酸丙烯酯溶液，靜置後封ロ。實施例11採用實施例7的結構，正極片和負極片採用實施例2製備的極片，參比電極採用實施例4製備的極片，組裝後加入I. 5摩爾/升的四氟硼酸甲基三こ基銨的こ腈溶液，靜置後封ロ。實施例12 29採用實施例5的結構，正極片和負極片採用實施例I製備的極片，參比電極採用實施例4製備的極片，組裝後加入含有離子液體的有機電解液，靜置後封ロ，如下表所示實施例 I有機電解液電解液
實施例12 I-乙堪-3-屮鎮味時雙.:......￡M I."磺醯亞胺鹽
實施例13卜乙基べ卜丨1丨|眯_闕就翻酸故
_____'福例_____14卜ト丨雙_________{夏"丨涵誕親胺鹽
_____實__施例______15^ ^卜]7牆::〗:1|1|佔味噸四從刪酸故
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劣施例17N-吡咯烷.雙-: 屮磺酸教胺
丈施例18^^3 )f爾/開卜乙基-3-『P基味噸雙 $Λ甲滿醯業胺鹽的乙臘溶液
實施例19 2摩爾/升丨-乙坫-3-味咋網鉍翻酸鹽的乙臘溶液
實施例20I摩爾/升.丨 甲磺酸亞胺鹽的乙腈溶液
實施例21 ^ ^1.5 m爾/升I -丁 -3- !T1基眯》IiIiPii酸鹽w礙酸兩烯_灌鐵
實施例22^^I摩爾/升I-乙坫-3-平坫味噸《----- 甲磺酸亞胺鹽的碳酸丙烯_溶液
實施例232摩爾/升I-乙坫-3-中袪味噸卩4 翻酸鹽的碳酸內烯K溶液
實施例24JJmW卜Γ..ト屮坫_咋ゼ滿醜€胺,故丨的碳酸IAf烯醋溶液
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2摩爾/升、-ド坫-ト中基吡咯烷雙-磺醯亞胺鹽的碳酸內浠酷溶
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實施例282摩爾/升X-廠採-X-中％吡咯烷雙:.....亞胺鹽的乙睛溶液 實施例291.5序爾/升I-丁基-3-中基咪嘲叫氣刪酸鹽的碳酸內録SI溶液三電極超級電容器的應用圖4所示是實施例13製備的超級電容器的充放電曲線，曲線I為總的充放電曲線，曲線2和曲線3分別是正極片和負極片作為工作電極的充放電的電位-時間的曲線。這種結構的三電極超級電容器無論是在材料、電解液的研究中還是生產實踐中都有非常重要的意義。
權利要求
1.一種三電極超級電容器，包括殼體(11)、電極極耳，以及封裝於殼體(11)內的參比電極(12)、正極片(14)、負極片(15)，以及有機電解液(16);所述的有機電解液(16)含浸於參比電極(12)、隔膜(13)、正極片(14)、負極片(15)之中，其特徵在於所述的超級電容器至少包括一個正極片和一個負極片，正極片(14)塗布有電化學活性材料的表面與負極片(15)塗布有電化學活性材料的表面相對布置，正極片(14)和負極片(15)之間用用隔膜(13)隔開；所述的參比電極(12)固定於隔膜(13)上，參比電極(12)塗布有電化學活性材料的表面與正極片(14)之間用隔膜(13)隔開；正極極耳(141)的一端與正極片(14)連接，參比電極極耳的一端(121)與參比電極(12)連接，負極極耳(151)的一端與負極片(15)連接；正極極耳(141)、參比電極極耳(121)和負極極耳(151)的另一端伸出殼體(11)外；所述的殼體(11)由鋁塑複合膜製成。
2.根據權利要求I所述的三電極超級電容器，其特徵在於所述的正極片(14)、負極片(15)的電化學活性材料為選自活性炭、介孔炭、活性的炭纖維、碳氣凝膠、納米碳管、石墨烯中的一種或多種。
3.根據權利要求I所述的三電極超級電容器，其特徵在於所述的參比電極(12)的電化學活性材料為選自活性炭、介孔炭、活性的炭纖維、碳氣凝膠、納米碳管、石墨烯、炭黑、石墨中的一種或多種。
4.根據權利要求I所述的三電極超級電容器，其特徵在於所述的有機電解液為四氟硼酸四乙基銨、四氟硼酸甲基三乙基銨的碳酸丙烯酯或乙腈的溶液，或者所述的有機電解液為陽離子為I-乙基-3-甲基咪唑或I- 丁基-3-甲基咪唑或N- 丁基-N-甲基吡咯烷，陰離子為四氟硼酸根離子或雙三氟甲基磺醯亞胺根離子的離子液體，或者所述的有機電解液為所述離子液體的碳酸丙烯酯或乙腈的溶液。
全文摘要
一種三電極超級電容器，包括殼體、封裝於殼體內的電芯、參比電極、含浸於電芯和參比電極之中的有機電解液和電極極耳，其特徵在於所述的電芯至少包括一個正極片和一個負極片，正極片的附有電化學活性材料的表面與負極片的附有電化學活性材料的表面相對設置，中間用隔膜隔開；所述的參比電極固定於電芯上，參比電極的附有電化學活性材料的表面與電芯的電極片之間用隔膜隔開；所述的電極極耳分別正極片、負極片和參比電極相連接，一端伸出殼體外；所述的殼體由鋁塑複合膜製成。
文檔編號H01G11/78GK102867653SQ20121035108
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者孫現眾, 馬衍偉, 張熊 申請人:中國科學院電工研究所