專利名稱：一種聚吡咯混合式超級電容器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電容器制造技術(shù)范圍，特別涉及應(yīng)用于高儲能密度的一種聚吡咯 /活性碳混和式超級電容器及其制造方法。
技術(shù)背景電化學超級電容器是一種新型儲能裝置，集高能量密度、高功率密度、長壽 命等特性于一身，此外它還具有免維護、高可靠性等優(yōu)點，是一種兼?zhèn)潆娙莺碗?池特性的新型電子元件。根據(jù)儲能機理的不同，其主要分為建立在界面雙電層基 礎(chǔ)上的雙層電容器以及建立在法拉第準電容基礎(chǔ)上的超級電容器。碳材料的性質(zhì) 是決定雙層電容器性能的決定因素。其中包括碳材料的比表面積、孔徑分布、電 化學穩(wěn)定性和電導率等。經(jīng)過研究滿足要求的碳材料有活性炭，納米碳纖維，納米碳管等等，這方面比較典型的專利如美國MAXWELL公司的專利《具有密封電解 封口的多電極雙層電容器》(CA1408121A)。"準電容"的原理是電極材料利用鋰 離子或質(zhì)子在材料的三維或準二維晶格立體結(jié)構(gòu)中的儲留達到儲存能量的目的， 雖然其充放電特性與雙電層電容極其相似，但其儲能機理與碳材料表面的二維吸 附有較大的差別，該類電極材料包括金屬氧化物、氮化物、高分子聚合物等等。 雙電層電容與法拉第準電容相比，后者的比電容是前者的10—100倍，但前者瞬 間大電流放電的功率特性(功率密度)好于后者。目前該領(lǐng)域的專利主要集中在大 容量氧化鎳混合型超級電容器領(lǐng)域，如上海奧威科技開發(fā)有限公司的《一種車用 動力電源超級電容器》(CN1431669)。聚吡咯高分子聚合物材料因其極高的電容 量以及相對較低的電阻而具有良好的電化學特性。因此基于該電極材料組裝的超 級電容器在航天和軍用領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用。陽極和陰極分別由具有法拉第準電容特性的聚吡咯電極以及具有雙電層電 容特性的活性碳電極所組成的混合型超級電容器既發(fā)揮了法拉第準電容能量密 度高的固有特點，又保持了雙電層電容儲能機理放電功率大的優(yōu)點。采用聚吡咯作為陽極，活性碳作為陰極，四氟硼酸胺/碳酸丙烯酯作為電解液的混合式超級電容器最大工作電壓達到4.8V，儲能密度高達40Wh/kg，最大峰值放電功率達到 10kW/kg?；旌闲统夒娙萜靼l(fā)揮了超級電容器電極能量密度高的固有特點，其 能量密度比鋁電解電容器高三個個數(shù)量級。另夕卜，混合型超級電容器保持了電解 電容器單元電壓高、比功率高、響應(yīng)時間短、設(shè)計簡單的優(yōu)點。上述優(yōu)異的性能使混合超級電容器在軍用、無線電通訊等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種聚吡咯混合式超級電容器及其制造方法。所述混合 式電容器的結(jié)構(gòu)包括圓柱型和紐扣型結(jié)構(gòu)，由聚吡咯陽極，四氟硼酸胺非水性電 解液和活性碳陰極密封在鋁外殼或不銹鋼外殼內(nèi)構(gòu)成，該電容器具有蓄電池和雙 電層型電容器的特點。所述陽極結(jié)構(gòu)為聚吡咯活性物質(zhì)粘附在鋁箔或不銹鋼基體上，在鋁箔基體或 不銹鋼基體上連接帶狀或針狀集流體制成為陽極；并將陽極裁切成為長方形或圓 形。所述陰極結(jié)構(gòu)為活性碳粘附在鋁箔基體上或在活性碳纖維一側(cè)表面噴涂鋁 導電層并在其上覆蓋鋁箔形成，在鋁箔基體上連接帶狀或針狀集流體制成陰極。。 并裁切成為長方形或圓形。所述電解液為非水性有機電解液，電解液由溶質(zhì)或溶劑組成。溶質(zhì)為四氟硼 酸胺鹽，其中包括四氟硼酸四乙基胺，四氟硼酸甲基三乙基胺，四氟硼酸二甲基 二乙基胺或四氟硼酸三甲基一乙基胺；溶劑為乙腈、碳酸丙烯酯、Y-丁內(nèi)酯或 環(huán)丁砜有機溶劑或上述兩種以上溶劑的混合液。電解液濃度為1.4mol/L 0. 5mol,/L。濃度越大，電解液導電率越高。所述聚吡咯/活性碳混合式超級電容器的制造方法分別由聚吡咯陽極的制 造、活性碳陰極制造以及電容器組裝三大步驟組成；所述陽極制造工藝采用聚吡咯作為原料，鋁箔作為基體，在反應(yīng)開始前于 FeCl:,中加入10 60wt。/。的碳納米管或乙炔碳黑；或在聚吡咯活性物質(zhì)制造完成后混入上述比例的碳納米管或乙炔碳黑；并與5 10wt。/。的含氟粘合劑聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯一起溶解于一甲基吡咯烷酮有機溶劑中，充分攪拌；或在聚吡咯活性物質(zhì)中加入20 30wt。/。的133水性粘合劑(四川成都茵地樂公司生產(chǎn))，溶解于水溶劑中充分攪拌；兩種溶劑都可以制造出均勻的具有一定粘度和流動性的聚吡咯陽極漿料。將上述漿料采用涂覆的方式均勻的涂在鋁箔基體的表面并烘干輥壓，完成聚吡咯陽極的制造;聚吡咯陽極具有比表面積大、內(nèi)阻低和結(jié)構(gòu)強度高的特 點；所述活性碳陰極制造工藝包括采用粉末狀活性碳作為原料，鋁箔作為基體或 采用活性碳纖維作為電極材料，先行在其一側(cè)表面采用噴涂方法沉積一層鋁導電 層，采用鋁箔作為基體，在粉末狀活性碳中加入10 60wt。/。的碳納米管或乙炔碳 黑；并與5 10 wt。/。的含氟粘合劑聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯一起溶解于一甲基吡 咯烷酮有機溶劑中，充分攪拌；或在粉末狀活性碳中加入20 30wt。/。的133水性 粘合劑(四川成都茵地樂公司生產(chǎn))，溶解于水溶劑中充分攪拌。兩種溶劑都可 以制造出均勻的具有一定粘度和流動性的漿料；將上述漿料采用涂覆的方式均勻 的涂在鋁箔基體的表面并烘干輥壓制造出具有比表面積大，內(nèi)阻低的活性碳纖維所述聚吡咯的制造方法為化學法。具體制造方法如以三氯化鐵(FeCl3)作 為氧化劑，十二烷基磺酸鈉作為添加劑，吡咯單體為前驅(qū)體合成聚吡咯。稱取 lOmmolFeCL, 20誦o1十二烷基磺酸鈉，溶于100mL去離子水中，得到淡黃色絮 狀沉淀形態(tài)的十二烷基磺酸鈉和三氯化鐵混合溶液。精確稱取50ramo1吡咯單體， 將吡咯單體與50 100mL去離子水混合成為細小的油滴，緩慢的滴加到十二垸基 磺酸鈉、三氯化鐵混合溶液中并不斷攪拌，最終溶液變?yōu)楹谏o置幾分鐘，生 成的黑色聚吡咯顆粒并沉在反應(yīng)器底部。將上述溶液進行真空抽濾，并用去離子 水清洗，以洗去材料中的十二烷基磺酸鈉。最后將得到的黑色粉末在8(TC下烘干 得到聚吡咯粉狀活性物質(zhì)。所述活性碳陰極或活性碳纖維陰極材料采用市場上現(xiàn)有的材料，材料要求具說明書第4/8頁
有比表面積大，容量高，內(nèi)阻低，強度好，雜質(zhì)含量少的特點。
所述圓柱型電容器的裝配為將連接好集流體的陽極、隔膜、陰極依次疊加， 巻繞成為柱狀電極芯，將該電極芯陽極、陰極集流體分別連接好頂蓋正極、負極 后放置在鋁質(zhì)或不銹鋼外殼內(nèi)，在干燥氣氛下灌注非水性電解液，通過焊接、壓 封等方式完成電容器密封。
所述紐扣型混合式電容器的裝配工藝與圓柱型混合式電容器的裝配工藝類 同，不同的是陽極、陰極及隔膜都為圓形，陽極陰極上不焊接集流體，通過接觸 方式實現(xiàn)陽極、陰極與電容器外部正極、負極的連接。將電容器陰極、隔膜、陽 極、正極依次疊加，放置在紐扣型外殼的負極一端中，在外殼周邊放置密封圈， 灌注電解液并壓實后蓋上外殼的正極一端，壓實以保證陰極與負極外殼，陽極與 正極外殼的良好接觸，最后采用壓封方式完成電容器密封。
所述隔膜為電容器紙質(zhì)隔膜，該種隔膜具有耐酸堿且可在非水性電解液中使用。
本發(fā)明的有意效果是采用聚吡咯作為陽極，活性碳作為陰極，四氟硼酸胺/
碳酸丙烯酯作為電解液的混合式超級電容器最大工作電壓達到4. 8V，儲能密度高 達40Wh/kg，最大峰值放電功率達到10kW/kg?；旌闲统夒娙萜靼l(fā)揮了超級電容 器電極能量密度高的固有特點，其能量密度比鋁電解電容器高三個個數(shù)量級。另 外，混合型超級電容器保持了電解電容器單元電壓高、比功率高、響應(yīng)時間短、 設(shè)計簡單的優(yōu)點，有望在電子、汽車、航天、軍事等多種領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。


圖1為圓柱型電容器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為紐扣型電容器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為聚吡咯電極的微觀形貌圖。
圖4為活性碳電極的微觀形貌圖。
圖5為活性碳纖維電極的微觀形貌圖。
圖6為聚吡咯混合型超級電容器的能量密度一功率密度圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出一種聚吡咯混和式超級電容器及其制造方法。所述混合式電容器 的結(jié)構(gòu)包括圓柱型、紐扣型電容器結(jié)構(gòu)，由由聚吡咯陽極、電解液和活性碳陰極 密封在鋁質(zhì)或不銹鋼外殼內(nèi)構(gòu)成具有工作電壓高、儲能密度大、放電功率高、漏 電小、工作壽命長等特點的聚吡咯混和式電解電容器。
圖l所示為圓柱型混合式電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，聚吡咯陽極l、隔膜
2、活性碳陰極3依次疊加并巻繞成為電極芯4，陽極陰極各有集流體5引出并與 頂蓋6的正極和負極的引出電極7連接，頂蓋本身保證正負電極間及電極與外殼 之間的絕緣，電容器內(nèi)阻充滿電解液。
圖2所示為紐扣型混合式電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。其結(jié)構(gòu)與圓柱型混合式電容 器的結(jié)構(gòu)類同，不同的是陽極l、隔膜2、陰極3皆為片狀，電極沒有連接集流 體，通過電極本身鋁基體與外殼內(nèi)側(cè)密切接觸實現(xiàn)電流導通的目的。正極外殼8 和負極外殼9之間有密封圈IO及壓環(huán)11以保證電極間絕緣及電容器的密封。壓 環(huán)1與負極外殼9連接成一體；外殼內(nèi)部充滿電解液。
所述聚吡咯混合式超級電容器電容器的制造方法分別由聚吡咯陽極的制造、 活性碳陰極制造以及電容器組裝三大步驟組成。
基于本發(fā)明制造的混和式超級電容器有望在電子、汽車、航天、軍事等多種 領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。本發(fā)明根據(jù)混合型電容器用途不同，組裝工藝也彼此有所不 同，具體說明如下；
1.混和式超級電容器的聚吡咯陽極物質(zhì)制造
所述聚吡咯的制造方法為化學法。具體制造方法如以三氯化鐵(FeCl3)作 為氧化劑，十二垸基磺酸鈉作為添加劑，吡咯單體為前驅(qū)體合成聚吡咯。稱取 10mmolFeCl:i， 20腿o1十二烷基磺酸鈉，溶于100mL去離子水中，得到淡黃色絮 狀沉淀形態(tài)的十二烷基磺酸鈉和三氯化鐵混合溶液。精確稱取50mmo1吡咯單體， 將吡咯單體與50 100mL去離子水混合成為細小的油滴，緩慢的滴加到十二烷基 磺酸鈉、三氯化鐵混合溶液中并不斷攪拌，最終溶液變?yōu)楹谏?，靜置幾分鐘，生成的黑色聚吡咯顆粒并沉在反應(yīng)器底部，將上述溶液進行真空抽濾，并用去離子
水清洗，以洗去材料中的十二垸基磺酸鈉；最后將得到的黑色粉末在8(TC下烘干
得到聚吡咯粉狀活性物質(zhì)。
2. 混和式超級電容器聚吡咯/碳納米管(或乙炔黑)陽極復合物質(zhì)的制造 所述聚吡咯活性電極中加入碳納米管或乙炔碳黑，都可不同程度的提高電極
材料的電化學容量，降低電極內(nèi)阻，延長電極使用壽命，改善電極的充放電特性。 可以在反應(yīng)進行之前在FeCl3中加入碳納米管或乙炔黑并攪拌均勻后再緩慢加入 碧落前驅(qū)體完成復合電極物質(zhì)制造，也可以在聚吡咯制造完成后直接在其中摻加 碳納米管或乙炔黑。其中碳納米管的添加量為50wt%、 55wt。/?；?0wt。/。；乙炔黑 的添加量為40 wt%、 45 wt。/?；?0 wt%。
3. 混合式超級電容器聚吡咯陽極的制造
所述混合式電容器聚吡咯陽極制造包括稱料-拌料-涂覆-輥壓等工藝。制造 的聚吡咯/碳納米管(或乙炔黑)等活性物質(zhì)中加入5 wt%、 7 wt。/o或10 w"/。的含 氟粘合劑(聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯)，溶解于一甲基吡咯烷酮有機溶劑中充分 攪拌。或在活性物質(zhì)中加入20%、 25%或30%的133水性粘合劑(四川成都茵地樂 公司生產(chǎn))，溶解于水溶劑中充分攪拌。兩種溶劑都可以制造出均勻的具有一定 粘度和流動性的聚吡咯陽極漿料。將上述漿料采用涂覆的方式均勻的涂在鋁箔基 體的表面并烘干輥壓，完成聚吡咯陽極的制造，圖3為聚吡咯陽極的微觀形貌掃 描電子顯微鏡照片。所制造聚吡咯陽極的厚度為200 250微米左右，其中鋁基 體厚度為20 30微米，兩側(cè)活性物質(zhì)層的厚度各為90 100微米左右。根據(jù)需 要將電極裁切為不同大小和形狀，在其上采用焊接或刺鉚的方法連接帶狀或針狀 鋁集流體。
4. 混合式超級電容器活性碳陰極的制造
所述混合式電容器活性碳陰極制造包括稱料-拌料-涂覆-輥壓等工藝。在活 性碳陰極物質(zhì)(如日本可樂力公司產(chǎn)品)中加入5. 5wt%、 7. 5 wt呢或9. 5 wt呢的 含氟粘合劑(聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯)，溶解于一甲基吡咯烷酮有機溶劑中充分攪拌?；蛟诨钚晕镔|(zhì)中加入21 wt%、 24wt。/?；?9wt。/。的的133水性粘合劑(四 川成都茵地樂公司生產(chǎn))，溶解于水溶劑中充分攪拌。兩種溶劑都可以制造出均 勻的具有一定粘度和流動性的活性碳陰極漿料。將上述漿料采用涂覆的方式均勻 的涂在鋁箔基體的表面并烘干輥壓，完成活性碳陰極的制造，圖4為活性碳陰極 伯微觀形貌掃描電子顯微鏡照片。所制造陰極的厚度為200 250微米左右，其 中鋁基體厚度為20 30微米，兩側(cè)活性物質(zhì)層的厚度各為90 100微米左右。 根據(jù)需要將電極裁切為不同大小和形狀，在其上采用焊接或刺鉚的方法連接帶狀 或針狀鋁集流體。
所述活性碳陰極也可采用活性碳纖維物質(zhì)，具體電極制造方法為在厚度為 1000 1500微米的活性碳纖維(如北京集星聯(lián)合電子科技有限公司生產(chǎn)) 一側(cè)表 面采用噴涂等方法制造鋁導電層，鋁導電層厚度約為300 500微米，在覆有鋁 層的一側(cè)放置一側(cè)20 30微米厚的鋁箔基體，在基體上焊接或刺鉚帶狀或針狀 鋁集流體并完成活性碳陰極制造，圖5為活性碳纖維陰極的微觀形貌掃描電子顯 微鏡照片。
5.混合式超級電容器非水性電解液的制造
所述非水性電解液由溶質(zhì)和溶劑構(gòu)成。溶質(zhì)為基于四氟硼酸鹽的一系列電 解質(zhì)鹽。鹽的陰離子為BFr,陽離子為四乙基胺鹽(C2H5)N+，或一甲基三乙基胺 CH3(C晶)見或二甲基二乙基胺(CH3)2(C2H5)2N+，或三甲基乙基胺(:晶(CH3)3N+。與 對稱性的四乙基胺鹽相比，不對稱胺鹽溶解度更大，導電率更高。溶劑多種多樣， 包括乙腈、碳酸丙烯酯、Y 丁內(nèi)酯、環(huán)丁砜等多種溶劑及其混合液都可以作為超 級電容器的電解液。電解液濃度范圍為0.2mol/L 1.5mol/L，當采用乙腈為溶質(zhì) 時，電解液的最佳濃度為1.4mol/L，采用碳酸丙烯酯及丁內(nèi)酯溶劑時，電解液最 佳濃度為lmol/L。在電解液中添加適量環(huán)丁砜可以顯著改善電解液的高溫性能， 延長電容器工作壽命，但同時電解液的電導率有一定程度下降。
6.混合式超級電容器的組裝 所述圓柱型混合式電容器的結(jié)構(gòu)(如圖1所示)由電極芯4、集流體5、頂蓋6、外殼等部分組成。將陽極l、隔膜2、陰極3、隔膜2依次疊加，巻繞或折 疊成為電極芯4。將與陽極l、陰極集流體5分別采用旋鉚、超聲焊接等方式連 接頂蓋6上的正極、負極。將上述連有頂蓋的電極芯放置在鋁質(zhì)或不銹鋼外殼內(nèi)， 在干燥空氣氣氛下灌注非水性電解液，通過滾槽壓封、焊接等方式完成電容器密 封。其中隔膜采用電容器紙質(zhì)隔膜，該種隔膜具有耐酸堿且可在非水性電解液中 使用等特性(如日本NKK公司生產(chǎn)的超級電容器專用4030型隔膜)。所述紐扣型混合式電容器的結(jié)構(gòu)(如圖2所示)與圓柱型混合式電容器的結(jié) 構(gòu)類同，不同的是陽極l、陰極3及隔膜2都為圓形，陽極l、陰極3上不焊接 集流體5，通過接觸方式實現(xiàn)陽極1、陰極3與電容器正極外殼8、負極外殼9 的連接。即將電容器陰極3、隔膜2、陽極l依次疊加，放置在紐扣型的負極外 殼9一端中，在外殼周邊放置密封圈10，灌注電解液后蓋上正極外殼8，壓實以 保證陰極與負極外殼，陽極與正極外殼的良好接觸，最后將壓環(huán)11壓封在負極 外殼9上完成電容器密封。所組裝混合型超級電容器的最大工作電壓達到4.8V，最大儲能密度達到 40Wh/kg，最大峰值放電功率達到10kW/kg，圖6為混合型電容器的能量密度功率密度圖。其中曲線1為陽極為純聚吡咯的混合型電容器能量密度一功率密度曲線， 曲線2為陽極中碳納米管含量為20%，曲線3為陽極中碳納米管含量為40%， 曲線4為陽極中碳納米管含量為60°%。
權(quán)利要求
1.一種聚吡咯混合式超級電容器，其特征在于，所述混合式電容器的結(jié)構(gòu)包括圓柱型和紐扣型結(jié)構(gòu)，由聚吡咯陽極，四氟硼酸胺非水性電解液和活性碳陰極密封在鋁外殼或不銹鋼外殼內(nèi)構(gòu)成，該電容器具有蓄電池和雙電層型電容器的特點。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述聚吡咯混和式超級電容器，其特征在于，所述陽極結(jié) 構(gòu)為聚吡咯活性物質(zhì)粘附在鋁箔或不銹鋼基體上，在鋁箔基體或不銹鋼基體上連接帶狀或針狀集流體制成為陽極；并將陽極裁切成為長方形或圓形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述聚吡咯混和式超級電容器，其特征在于，所述陰極結(jié) 構(gòu)為活性碳粘附在鋁箔基體上或在活性碳纖維一側(cè)表面噴涂鋁導電層并在其上 覆蓋鋁箔形成，在鋁箔基體上連接帶狀或針狀集流體制成陰極，并裁切成為長方形或圓形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述聚吡咯混和式超級電容器，其特征在于，所述電解液 為非水性有機電解液，電解液由溶質(zhì)或溶劑組成，溶質(zhì)為四氟硼酸胺鹽，其中包 括四氟硼酸四乙基胺，四氟硼酸甲基三乙基胺，四氟硼酸二甲基二乙基胺或四氟 硼酸三曱基一乙基胺；溶劑為乙腈、碳酸丙烯酯、Y-丁內(nèi)酯或環(huán)丁砜有機溶劑或 上述兩種以上溶劑的混合液；電解液濃度為1.4mol/L~0.5mol/L,濃度越大，電 解液導電率越高。
5. —種聚吡咯/活性碳混合式超級電容器的制造方法，其特征在于，包括圓柱 型和紐扣型結(jié)構(gòu)電容器的制造所述圓柱型電容器的裝配為將連接好集流體的陽極、隔膜、陰極依次疊加， 卷繞成為柱狀電極芯，將該電極芯陽極、陰極集流體分別連接好頂蓋正極、負極 后放置在鋁質(zhì)或不銹鋼外殼內(nèi)，在干燥氣氛下灌注非水性電解液，通過焊接或壓 封方式完成電容器密封；所述紐扣型混合式電容器的裝配工藝與圓柱型混合式電容器的裝配工藝類 同，不同的是陽極、陰極及隔膜都為圓形，陽極、陰極上不焊接集流體，通過接 觸方式實現(xiàn)陽極、陰極與電容器外部正極、負極的連接即將電容器陰極、隔膜、陽極、正極依次疊加，放置在紐扣型的負極外殼一端中，在外殼周邊放置密封圈， 灌注電解液，并壓實后蓋上正極外殼，壓實以保證陰極與負極外殼，陽極與正極 外殼的良好接觸，最后將壓環(huán)壓封在負極外殼上完成電容器密封。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述聚吡咯混和式超級電容器的制造方法，其特征在于， 所述陽極制造工藝采用聚吡咯作為原料，鋁箔作為基體，在反應(yīng)開始前于FeCl3 中加入10 60wt。/。的碳納米管或乙炔碳黑；或在聚吡咯活性物質(zhì)制造完成后混入 上述比例的碳納米管或乙炔碳黑;并與5 10wt。/。的含氟粘合劑聚四氟乙烯或聚偏 氟乙烯一起溶解于一甲基吡咯烷酮有機溶劑中，充分攪拌；或在聚吡咯活性物質(zhì) 中加入20 30wt。/。的133水性粘合劑，溶解于水溶劑中充分攪拌；兩種溶劑都可 以制造出均勻的具有一定粘度和流動性的聚吡咯陽極漿料，將上述漿料采用涂覆 的方式均勻的涂在鋁箔基體的表面并烘干輥壓，完成聚吡唂陽極的制造;聚p比唂陽 極具有比表面積大、內(nèi)阻低和結(jié)構(gòu)強度高的特點；
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述聚吡唂混和式超級電容器的制造方法，其特征在于， 所述陰極制造工藝包括釆用粉末狀活性碳作為原料，鋁箔作為基體或采用活性碳 纖維作為電極材料，先行在其一側(cè)表面釆用噴涂方法沉積一層鋁導電層，采用銷 箔作為基體,在粉末狀活性碳中加入10 ~ 60wt。/。的碳納米管或乙炔碳黑；并與5 ~ 10 wt。/。的含氟粘合劑聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯一起溶解于一甲基吡咯烷酮有機 溶劑中，充分攪拌；或在粉末狀活性碳中加入20 30wt。/。的133水性粘合劑，溶 解于水溶劑中充分攪拌；兩種溶劑都可以制造出均勻的具有一定粘度和流動性的 漿料；將上述漿料采用涂覆的方式均勻的涂在鋁箔基體的表面并烘干輥壓制造出 具有比表面積大，內(nèi)阻低的活性碳或活性碳纖維陰極。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述聚吡咯混和式超級電容器的制造方法，其特征在于， 所述聚吡咯的制造為化學法，具體制造方法為以三氯化鐵FeCl3作為氧化劑， 十二烷基磺酸鈉作為添加劑，吡咯單體為前驅(qū)體合成聚吡咯，稱取10mmolFeCl3， 20mmol十二烷基磺酸鈉，溶于100mL去離子水中，得到淡黃色絮狀沉淀形態(tài)的 十二烷基磺酸鈉和三氯化鐵混合溶液，精確稱取50mmol吡咯單體，將吡咯單體 與5Q 100mL去離子水混合成為細小的油滴，緩慢的滴加到十二烷基磺酸鈉、三氯化鐵混合溶液中并不斷攪拌，最終溶液變?yōu)楹谏?，靜置幾分鐘，生成的黑色 聚吡咯顆粒并沉在反應(yīng)器底部，將上述溶液進行真空抽濾，并用去離子水清洗，以洗去材料中的十二烷基磺酸鈉；最后將得到的黑色粉末在8(TC下烘干得到聚吡咯粉狀活性物質(zhì)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述聚吡咯混和式超級電容器的制造方法，.其特征在于，所述活性碳陰極或活性碳纖維陰極材料釆用巿場上現(xiàn)有的材料，材料要求具有比 表面積大，容量高，內(nèi)阻低，強度好，雜質(zhì)含量少的特點。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述聚吡咯混和式超級電容器的制造方法，其特征在于， 所述隔膜為電容器紙質(zhì)隔膜，該種隔膜具有耐酸堿且可在非水性電解液中使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于電容器制造技術(shù)范圍的涉及應(yīng)用于高功率的一種聚吡咯混合式超級電容器及其制造方法。所述混合式超級電容器的結(jié)構(gòu)包括圓柱型、紐扣型電容器結(jié)構(gòu)，由聚吡咯陽極，非水性電解液和活性炭陰極密封在鋁或不銹鋼外殼內(nèi)構(gòu)成具有儲能密度大、放電功率的高等特點的混合式超級電容器。聚吡咯陽極采用FeCl₃氧化聚合吡咯方法制備，在其中摻加適量碳納米管或乙炔黑作為添加劑；活性炭陰極以活性炭或活性碳纖維作為原料，采用鋁箔為基體，陰極、陽極都是通過稱料—拌料—涂覆—輥壓等工藝流程制造出連續(xù)化帶狀陽極和連續(xù)化陰極。以四氟硼酸胺非水性溶液為電解液，該電容器工作電壓達到4.8V，儲能密度達到40Wh/kg，應(yīng)用廣泛。
文檔編號H01G13/00GK101241803SQ200810101688
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者政 尤, 王曉峰, 阮殿波 申請人:清華大學