專利名稱：超級(jí)電容器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器及其制備方法，尤其涉及一種基于碳納米管 的超級(jí)電容器及其制備方法。
背景技術(shù)：
超級(jí)電容器(supercapacitor)，又叫電化學(xué)電容器、電雙層電容器。超級(jí) 電容器具有高的比功率和長(zhǎng)的循環(huán)壽命，工作溫度范圍寬。在移動(dòng)通訊、信 息技術(shù)、電動(dòng)汽車(chē)、航空航天和國(guó)防科技等方面都有著極其重要和廣闊的應(yīng) 用前景。
超級(jí)電容器包括電極、隔膜和電解液溶液，該電極和隔膜都設(shè)置在該電 解液溶液中。該電極包括一集電體以及設(shè)置在該集電體上的電極材料?，F(xiàn)有 超級(jí)電容器的制備方法通常是將電極材料充分研磨后，在其中加入一定量的 粘結(jié)劑攪拌均勻，再通過(guò)模壓法、冷等靜壓法、熱等靜壓法等壓制方法壓制 在泡沫鎳、石墨片、鎳片、鋁片或銅片等集電體上，即可制成一定形狀的電 極；然后將電極設(shè)置在含隔膜的電解液溶液中即可制成超級(jí)電容器。該制備 方法較復(fù)雜。
超級(jí)電容器中影響其容量的決定因素是電極材料。理想的電極材料要求 結(jié)晶度高、導(dǎo)電性好、比表面積大、微孔集中在一定的范圍內(nèi)(要求微孔大 于2nm)。現(xiàn)有的超級(jí)電容器材料主要有活性碳系列和過(guò)渡金屬氧化物系 列?；钚蕴枷盗械牟牧蠈?dǎo)電性較差，所得電容器等效串聯(lián)電阻大。而且該活 性碳系列的比表面積實(shí)際利用率不超過(guò)30%，電解質(zhì)離子難以進(jìn)入，因此不 適于用作超級(jí)電容器的電極材料。過(guò)渡金屬氧化物用作電極材料在提高超級(jí) 電容器的容量方面具有良好的效果。但其成本太高，無(wú)法推廣使用。
碳納米管(Carbon Nanotube， CNT)的出現(xiàn)為超級(jí)電容器的開(kāi)發(fā)提供了 新的機(jī)遇。碳納米管是一種納米級(jí)無(wú)縫管狀石墨結(jié)構(gòu)碳材料，管徑為幾納米 到幾十納米，管長(zhǎng)為幾微米到幾十微米。碳納米管比表面積大，結(jié)晶度高， 導(dǎo)電性好，管內(nèi)外徑可通過(guò)合成工藝加以控制，可使比表面利用率達(dá)到100%。因而可以成為一種理想的超級(jí)電容器材料。
碳納米管用作超級(jí)電容器材料的研究最早見(jiàn)諸于Chunming Niu等的報(bào) 道(請(qǐng)參見(jiàn)High power electrochemical capacitors based on carbon nanotube electrodes, Apply Physics Letter, Chunming Niu et al" vol 70， pl480-1482(1997))。他們購(gòu)買(mǎi)了純的多壁^J內(nèi)米管粉末，將其用硝酸進(jìn)行化 學(xué)改性后，放入水中進(jìn)行反復(fù)的過(guò)濾和洗滌，經(jīng)過(guò)干燥后即可制成薄膜電極。 將所述的兩個(gè)薄膜電極設(shè)置在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38%的H2S04電解液溶液中，封裝 制得一超級(jí)電容器。在該薄膜電極的制備方法中，由于所用的碳納米管原料 為粉末狀，極易發(fā)生團(tuán)聚，制成的薄膜電極中碳納米管分布不均勻，故需要 對(duì)碳納米管進(jìn)行化學(xué)改性。然而，即使經(jīng)過(guò)化學(xué)改性后的碳納米管仍然會(huì)出 現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，造成所制得的薄膜電極韌性差，容易斷裂，影響了超級(jí)電容器 的性能。
因此，確有必要提供一種超級(jí)電容器及其制備方法，所制得的超級(jí)電容 器具有電容量高和功率密度大的特點(diǎn)，且該制備方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，可以 降低生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
一種超級(jí)電容器，其包括 一第一電極，該第一電極包括一第一碳納米 管薄膜； 一第一集電體，該第一碳納米管薄膜設(shè)置在該第一集電體之上；一 第二電極，該第二電極包括一第二碳納米管薄膜； 一第二集電體，該第二碳 納米管薄膜設(shè)置在該第二集電體之上； 一隔膜，該隔膜設(shè)置在所述第一電極 和第二電極之間，并分別與所述第一電極和第二電極間隔設(shè)置； 一電解液溶 液，所述的第一電極、第二電極、第一集電體、第二集電體和隔膜均設(shè)置在 該電解液溶液中； 一外殼，所述第一電極、第二電極、第一集電體、第二集 電體、隔膜和電解液溶液均設(shè)置在該外殼內(nèi)。所述第一碳納米管薄膜和第二 碳納米管薄膜中包括均勻分布，相互纏繞的碳納米管。
所述的碳納米管薄膜中，相互纏繞的碳納米管之間通過(guò)范德華力相互吸 引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。由于碳納米管相互纏繞，因此具有很好的韌性， 可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。該碳納米管薄膜中包括大量的微孔結(jié) 構(gòu)，微孔孔徑小于100微米。該碳納米管薄膜厚度為l微米至2亳米。一種超級(jí)電容器的制備方法，其包括以下步驟提供一碳納米管原料； 將上述碳納米管原料添加到溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳納米管絮狀結(jié) 構(gòu)；將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對(duì)該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)定型 處理以獲得一碳納米管薄膜；提供一隔膜，將上述兩個(gè)相同的碳納米管薄膜 用該隔膜分隔后，并裝入一外殼中；提供一電解液溶液，將該電解液溶液注 入進(jìn)上述外殼中，封裝制得一超級(jí)電容器。
所述的絮化處理的方法包括超聲波分散處理或高強(qiáng)度攪拌。
所述的溶劑為水或有機(jī)溶劑。
所述的碳納米管薄膜的制備方法，進(jìn)一步包括，將該碳納米管薄膜切割 成預(yù)定的尺寸和形狀。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述的超級(jí)電容器及其制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)其 一，碳納米管具有良好的導(dǎo)電性能且本身的比表面積大，制得的超級(jí)電容器 具有較高的比電容量和電導(dǎo)率；其二，該碳納米管薄膜中碳納米管是均勻分 布的，故不需要對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性處理，即可制得具有較好韌性的碳納米管 薄膜，可以用來(lái)制作各種形狀的超級(jí)電容器電極，且制備方法簡(jiǎn)單，易于實(shí) 際應(yīng)用；其三，該碳納米管薄膜中包括多個(gè)相互纏繞的碳納米管，該相互纏 繞的碳納米管形成具有大量微孔結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這有利于充分的利用碳納 米管的表面微孔結(jié)構(gòu)，成為導(dǎo)電性良好的電荷通路。


圖1是本技術(shù)方案實(shí)施例的超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本技術(shù)方案實(shí)施例的超級(jí)電容器的制備方法的流程示意圖。
圖3是本技術(shù)方案實(shí)施例獲得的碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的照片。
圖4是本技術(shù)方案實(shí)施例獲得的預(yù)定形狀的碳納米管薄膜的照片。
圖5是本技術(shù)方案實(shí)施例的超級(jí)電容器的恒流充放電曲線。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本技術(shù)方案超級(jí)電容器及其制備方法。 請(qǐng)參閱圖1，本技術(shù)方案實(shí)施例提供一種超級(jí)電容器10,該超級(jí)電容器 具有平板型的結(jié)構(gòu)，包括 一第一電極101,該第一電極101包括一第一碳
7納米管薄膜； 一第一集電體103，該第一電極101設(shè)置在該第一集電體103 之上； 一第二電極102,該第二電極102包括一第二碳納米管薄膜； 一第二 集電體104，該第二電極102設(shè)置在該第二集電體104之上； 一隔膜105， 該隔膜105設(shè)置在所述的第一電極101和第二電極102之間，并分別與該第 一電極101和第二電極102間隔設(shè)置； 一電解液溶液106，所述的第一電極 101、第二電極102、第一集電體103、第二集電體104和隔膜105均設(shè)置在 該電解液溶液106中； 一外殼107，所述的第一電極IOI、第二電極102、第 一集電體103、第二集電體104、隔膜105和電解液溶液106均設(shè)置在該外 殼107內(nèi)。所述的第一碳納米管薄膜和第二碳納米管薄膜中包括均勻分布， 相互纏繞的碳納米管。
進(jìn)一步地，所述碳納米管薄膜中的碳納米管之間通過(guò)范德華力相互吸 引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。該碳納米管薄膜中，碳納米管為各向同性，均 勻分布，無(wú)規(guī)則排列，形成大量的微孔結(jié)構(gòu)，微孔孔徑小于100微米。該碳 納米管薄膜的寬度可為1厘米 10厘米，厚度為l微米 2毫米。所述的碳納 米管薄膜中，由于碳納米管相互纏繞，使得該碳納米管薄膜具有很好的初性， 可以用來(lái)制作各種形狀的超級(jí)電容器電極。
所述的隔膜105為玻璃纖維或者聚合物膜，其允許上述電解液溶液106 中的電解質(zhì)離子流通過(guò)而阻止所述第一電極101和第二電極102相接觸。
所述的電解液溶液106為氫氧化納水溶液、氪氧化鉀水溶液、辟u(mài)酸水溶 液、硝酸水溶液、高氯酸鋰的碳酸丙烯酯溶液、四氟硼酸四乙基銨的碳酸丙 烯酯溶液，或以上任意組合的混合液。
所述的外殼107為玻璃外殼或者不銹鋼外殼。
所述集電體的材料可為石墨、鎳、鋁或銅等等，該集電體可為一金屬基 板，優(yōu)選為銅片。該集電體的形狀大小不限，可依據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行改變。該 碳納米管薄膜本身具有較強(qiáng)的粘性，所以作為電極的該碳納米管薄膜可以直 接粘附在所述集電體的表面上，或該碳納米管薄膜通過(guò)一粘結(jié)劑粘附在該集 電體的表面上。
所述超級(jí)電容器10中的集電體為一可選擇的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樘技{米管薄膜 具有良好的導(dǎo)電性能和一定的自支撐性及穩(wěn)定性，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可直接在該 碳納米管薄膜表面涂 一層導(dǎo)電膠而不需要上述的集電體。可以理解，該超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)類型不限，還可以是硬幣型或者巻繞型。
請(qǐng)參閱圖2,本技術(shù)方案實(shí)施例提供一種制備上述超級(jí)電容器10的方
法，具體包括以下步驟
步驟一提供一碳納米管原料。碳納米管原料的獲得包括以下步驟 首先，提供一碳納米管陣列形成于一基底，優(yōu)選地，該陣列為定向排列
的碳納米管陣列。
本技術(shù)方案實(shí)施例提供的碳納米管陣列為單壁碳納米管陣列、雙壁碳納 米管陣列及多壁碳納米管陣列中的 一種。該碳納米管陣列的制備方法采用化 學(xué)氣相沉積法，其具體步驟包括(a)提供一平整基底，該基底可選用P型 或N型硅基底，或選用形成有氧化層的硅基底，本技術(shù)方案實(shí)施例優(yōu)選為采 用4英寸的硅基底；(b)在基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料 可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一；(c)將上述 形成有催化劑層的基底在700。C 90(TC的空氣中退火約30分鐘~卯分鐘；(d ) 將處理過(guò)的基底置于反應(yīng)爐中，在保護(hù)氣體環(huán)境下加熱到500。C 740。C,然 后通入碳源氣體反應(yīng)約5分鐘 30分鐘，生長(zhǎng)得到碳納米管陣列。該碳納米 管陣列為多個(gè)彼此平行且垂直于基底生長(zhǎng)的碳納米管形成的純碳納米管陣 列。該碳納米管陣列的高度大于IOO微米，其與上述基底面積基本相同，其 中部分碳納米管相互纏繞。通過(guò)上述控制生長(zhǎng)條件，該定向排列的碳納米管 陣列中基本不含有雜質(zhì)，如無(wú)定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。
其次，采用刀片或其他工具將上述碳納米管陣列從基底刮落，獲得一碳 納米管原料，其中上述碳納米管在一定程度上保持相互纏繞的狀態(tài)。所述的 碳納米管原料中，碳納米管的長(zhǎng)度大于IO微米。
本技術(shù)方案實(shí)施例中碳源氣可選用乙炔、乙烯、曱烷等化學(xué)性質(zhì)較活潑 的碳?xì)浠衔?，本技術(shù)方案實(shí)施例優(yōu)選的碳源氣為乙炔；保護(hù)氣體為氮?dú)饣?惰性氣體，本技術(shù)方案實(shí)施例優(yōu)選的保護(hù)氣體為氬氣。
可以理解，本技術(shù)方案實(shí)施例提供的碳納米管陣列不限于上述制備方 法，也可為石墨電極恒流電弧放電沉積法、激光蒸發(fā)沉積法等等。
步驟二將上述碳納米管原料添加到一溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳 納米管絮狀結(jié)構(gòu)。
本技術(shù)方案實(shí)施例中，溶劑可選用水、易揮發(fā)的有機(jī)溶劑等。絮化處理
9可通過(guò)采用超聲波分散處理或高強(qiáng)度攪拌等方法。優(yōu)選地，本技術(shù)方案實(shí)施
例采用超聲波分散10分鐘 30分鐘。由于碳納米管具有極大的比表面積，相 互纏繞的碳納米管之間具有較大的范德華力。上述絮化處理并不會(huì)將該碳納 米管原料中的碳納米管完全分散在溶劑中，碳納米管之間通過(guò)范德華力相互 吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。
步驟三將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對(duì)該碳納米管絮狀 結(jié)構(gòu)定型處理以獲得一碳納米管薄膜。
本技術(shù)方案實(shí)施例中，所述的分離碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的方法具體包括以 下步驟將上述含有碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的溶劑倒入一放有濾紙的漏斗中；靜 置干燥一段時(shí)間從而獲得一分離的碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)。請(qǐng)參閱圖3，為置于 濾紙上的該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)。可以看出，上述的碳納米管相互纏繞成不規(guī) 則的絮狀結(jié)構(gòu)。
本技術(shù)方案實(shí)施例中，所述的碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的定型處理過(guò)程具體包 括以下步驟將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)置于一容器中；將該碳納米管絮狀結(jié) 構(gòu)按照預(yù)定形狀攤開(kāi)；施加一定壓力于攤開(kāi)的碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)；以及，將 該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)中殘留的溶劑烘干或等溶劑自然揮發(fā)后獲得一碳納米 管薄膜。
可以理解，本技術(shù)方案實(shí)施例可通過(guò)控制該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)攤開(kāi)的面 積來(lái)控制該碳納米管薄膜的厚度和面密度。碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)攤開(kāi)的面積越 大，則該碳納米管薄膜的厚度和面密度就越小。請(qǐng)參閱圖4，為本技術(shù)方案 實(shí)施例中獲得的碳納米管薄膜，該碳納米管薄膜的厚度為l微米 2毫米，寬 度為1厘米 10厘米。
另外，上述分離與定型處理碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的步驟也可直接通過(guò)抽濾 的方式實(shí)現(xiàn)，具體包括以下步驟提供一微孔濾膜及一抽氣漏斗；將上述含
后獲得一碳納米管薄膜。該微孔濾膜為一表面光滑、孔徑為0.22微米的濾膜。 由于抽濾方式本身將提供一較大的氣壓作用于該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)，該碳納 米管絮狀結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)抽濾會(huì)直接形成一均勻的碳納米管薄膜。且，由于微孔濾 膜表面光滑，該碳納米管薄膜容易剝離。
本技術(shù)方案實(shí)施例制備的碳納米管薄膜中包括相互纏繞的碳納米管，所述碳納米管之間通過(guò)范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，因此該碳 納米管薄膜具有很好的韌性。該碳納米管薄膜中，碳納米管為各向同性，均
勻分布，無(wú)規(guī)則排列，形成大量的微孔結(jié)構(gòu)，微孔孔徑小于100微米。因該
碳納米管薄膜本身具有極大的比表面積，而且該碳納米管薄膜中不含有任何 的粘結(jié)劑，故，有利于充分利用碳納米管的表面微孔結(jié)構(gòu)，提高電極的電荷 通過(guò)量，進(jìn)而提高超級(jí)電容器的電容量。
本技術(shù)方案實(shí)施例中，該碳納米管薄膜的寬度與碳納米管陣列所生長(zhǎng)的 基底的尺寸有關(guān)，該碳納米管薄膜的長(zhǎng)度不限，可根據(jù)實(shí)際需求制得。本技
術(shù)方案實(shí)施例中采用4英寸的基底生長(zhǎng)定向排列的碳納米管陣列。
可以理解，本技術(shù)方案實(shí)施例中該碳納米管薄膜可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用切割成 預(yù)定的形狀和尺寸，以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。
步驟四，提供一隔膜105,將上述的兩個(gè)碳納米管薄膜間隔地設(shè)置在該 隔膜105的兩側(cè)，并裝入一外殼107中。
將上述的碳納米管薄膜切割制成兩個(gè)具有一定形狀和面積的第一電極 101和第二電極102。將該第一電極101和第二電極102放入真空烘箱烘干 至第一電極101和第二電極102恒重為止。將該第一電極101和第二電極102 間隔設(shè)置，并將所述隔膜105間隔設(shè)置在所述第一電極101和第二電極102 之間。本技術(shù)方案實(shí)施例采用無(wú)紡布作為隔膜105。
所述的第一電極101和第二電極102進(jìn)一步還可以分別設(shè)置于一第一集 電體103和一第二集電體104之上。該第一集電體103和第二集電體104的 材料可為石墨、鎳、鋁或銅等等。該第一集電體103和第二集電體104可為 一金屬基板，優(yōu)選為銅片。該第一集電體103和第二集電體104的形狀大小 不限，可依據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行改變。由于本技術(shù)方案實(shí)施例步驟一中提供的定 向排列的碳納米管陣列中的碳納米管非常純凈，且由于碳納米管本身的比表 面積非常大，所以該碳納米管薄膜本身具有較強(qiáng)的粘性。本技術(shù)方案實(shí)施例 步驟三中該碳納米管薄膜可利用其本身的粘性直接粘附于所述的第一集電 體103和第二集電體104的表面上?；蛘咄ㄟ^(guò)一粘結(jié)劑將該碳納米管薄膜粘 附于該第一集電體103和第二集電體104的表面上。
所述超級(jí)電容器電極10中的集電體為一可選擇的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樘技{米管 薄膜具有良好的導(dǎo)電性能和一定的自支撐性及穩(wěn)定性，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可直接在該碳納米管薄膜表面涂覆一層導(dǎo)電膠而不需要上述的第一集電體103和第 二集電體104。
步驟五，提供一電解液溶液106，將該電解液溶液106注入進(jìn)上述外殼 107中，封裝制得一超級(jí)電容器10。
該電解液溶液106注入進(jìn)該外殼107中，上述的第一電極IOI、第二電 極102、第一集電體103、第二集電體104和隔膜105均設(shè)置在該電解液溶 液106中。整個(gè)超級(jí)電容器10的封裝過(guò)程都在充滿惰性氬氣的手套干燥箱 中進(jìn)行。
請(qǐng)參閱圖5,該圖是本技術(shù)方案實(shí)施例的超級(jí)電容器在電流為3毫安時(shí) 的充放電循環(huán)曲線圖。從圖中可以看出，該充放電曲線具有明顯的近似三角 形對(duì)稱分布，在恒流充放電的條件下，電壓隨時(shí)間變化具有明顯的線性關(guān)系。 這表明該超級(jí)電容器電極反應(yīng)的可逆性很好。經(jīng)恒流放電測(cè)試得出該電流強(qiáng) 度下該超級(jí)電容器的比電容量大于100法/克。
該超級(jí)電容器10采用了上述的碳納米管薄膜作為電極。該碳納米管薄 膜中碳納米管分布均勻，相互纏繞的碳納米管間空隙形成了孔徑大小為2納 米 50納米的微孔結(jié)構(gòu)。該碳納米管薄膜在作為超級(jí)電容器的電極時(shí)，具有 很高的比表面積利用率。而且，該碳納米管薄膜中，碳納米管均勻分布。該 碳納米管薄膜具有較好的韌性，可以彎折成具有任意形狀的電極，用于制備 各種結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依 據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種超級(jí)電容器包括兩個(gè)電極；一隔膜，該隔膜設(shè)置在所述的兩個(gè)電極之間，并與所述的兩個(gè)電極間隔設(shè)置；一電解液溶液，所述的兩個(gè)電極和隔膜均設(shè)置在該電解液溶液中，其特征在于，所述的電極包括一碳納米管薄膜，該碳納米管薄膜包括均勻分布，相互纏繞的碳納米管。
2. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于，所述的超級(jí)電容器具有平板 型的結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于，所述的超級(jí)電容器包括兩個(gè) 集電體，所述的兩個(gè)電極分別設(shè)置在所述的兩個(gè)集電體之上，該電極設(shè)置在 該集電體和所述的隔膜之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于，所述的超級(jí)電容器包括一外 殼，所述的兩個(gè)集電體、隔膜和電解液均設(shè)置在該外殼內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于，所述的碳納米管薄膜中的碳 納米管長(zhǎng)度大于IO微米。
6. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于，所述的碳納米管薄膜中，相 互纏繞的碳納米管之間通過(guò)范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于，所述的碳納米管薄膜中，碳 納米管為各向同性，均勻分布，無(wú)規(guī)則排列。
8. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于，所述的碳納米管薄膜中包括 孔徑小于100^L米的^:孔結(jié)構(gòu)。
9. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器，其特征在于，所述的碳納米管薄膜的厚度 為l微米至2毫米。
10. —種超級(jí)電容器的制備方法，包括以下步驟 提供一碳納米管原料；將上述碳納米管原料添加到溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳納米管絮狀結(jié) 構(gòu)；將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對(duì)該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)定型處 理形成一碳納米管薄膜；提供一 隔膜，將上述兩個(gè)相同的碳納米管薄膜間隔地設(shè)置在該隔膜的兩側(cè)，并裝入一外殼中；以及提供一電解液溶液，將該電解液溶液注入進(jìn)上述外殼中，封裝制得一超級(jí) 電容器。
11. 如權(quán)利要求10所述的超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于所述的碳納米 管原料中包括一定程度上保持相互纏繞狀態(tài)的碳納米管，該碳納米管原料的 制備方法包括以下步驟提供一平整基底，該基底可選用P型硅基底、N型硅基底或形成有氧化層的 珪基底；在基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、 鎳(Ni)或其任意組合的合金之一；將上述形成有催化劑層的基底在700。C 90(TC的空氣中退火約30分鐘 90 分鐘；將處理過(guò)的基底置于反應(yīng)爐中，在保護(hù)氣體環(huán)境下加熱到500。C 740。C,然 后通入碳源氣體反應(yīng)約5分鐘 30分鐘，生長(zhǎng)得到碳納米管陣列，該碳納米 管陣列中的部分碳納米管相互纏繞；以及采用刀片或其他工具將上述碳納米管陣列從基底刮落，獲得一碳納米管原 料。
12. 如權(quán)利要求10所述的超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述的碳納米 管原料中，碳納米管的長(zhǎng)度大于IO微米。
13. 如權(quán)利要求10所述的超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述的絮化處 理的方法包括超聲波分散處理或高強(qiáng)度攪拌。
14. 如權(quán)利要求10所述的超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述的分離碳 納米管絮狀結(jié)構(gòu)的方法具體包括以下步驟將上述含有碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的 溶劑倒入一放有濾紙的漏斗中；靜置干燥一段時(shí)間從而獲得一分離的碳納米 管絮狀結(jié)構(gòu)。
15. 如權(quán)利要求10所述的超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述的定型處 理碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的方法具體包括以下步驟 將上述^^納米管絮狀結(jié)構(gòu)置于一容器中；將該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)按照預(yù)定形狀攤開(kāi)； 施加一定壓力于攤開(kāi)的碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)；以及將該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)中殘留的溶劑烘干或等溶劑自然揮發(fā)后獲得一碳納 米管薄膜。
16. 如權(quán)利要求10所述的超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述的分離和 定型處理具體包括以下步驟提供一微孔濾膜及一抽氣漏斗；將上述含有該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的溶劑經(jīng)過(guò)該微孔濾膜倒入該抽氣漏斗中； 以及抽濾并千燥后獲得一碳納米管薄膜。
17. 如權(quán)利要求10所述的超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述的碳納米 管薄膜的制備方法進(jìn)一步包括以下步驟提供兩個(gè)集電體，將所述的兩個(gè)碳 納米管薄膜分別設(shè)置在該兩個(gè)集電體之上。
18. 如權(quán)利要求17所述的超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述的碳納米 管薄膜直接粘附在該集電體表面或者采用粘結(jié)劑將該碳納米管薄膜粘附在 該集電體表面。
19. 如權(quán)利要求10所述的超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將 所述的碳納米管薄膜切割成預(yù)定的尺寸和形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器及其制備方法。該超級(jí)電容器包括兩個(gè)電極、兩個(gè)集電體、一隔膜、一電解液溶液和一外殼。該電極包括一碳納米管薄膜，該碳納米管薄膜中包括均勻分布，相互纏繞的碳納米管。本發(fā)明還涉及一種超級(jí)電容器的制備方法，包括以下步驟提供一碳納米管原料；將上述碳納米管原料添加到溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)；將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對(duì)該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)定型處理以獲得一碳納米管薄膜；提供一隔膜，將上述兩個(gè)相同的碳納米管薄膜間隔地設(shè)置在該隔膜的兩側(cè)，并裝入一外殼中；提供一電解液溶液，將該電解液溶液注入進(jìn)上述外殼中，封裝制得一超級(jí)電容器。
文檔編號(hào)H01G9/058GK101425381SQ200710124250
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者劉長(zhǎng)洪, 鼎 王, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司