復(fù)合電極、超級(jí)電容器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合電極、超級(jí)電容器及其制備方法，復(fù)合電極，包括集流體，其特征在于，在所述的集流體外表面設(shè)有復(fù)合材料層；超級(jí)電容器，包括正極(1)、負(fù)極(2)、隔膜(3)和電解質(zhì)(4)，所述的隔膜(3)設(shè)于正極(1)與負(fù)極(2)間，正極(1)與隔膜(3)間填充電解質(zhì)(4)；負(fù)極(2)與隔膜(3)間填充電解質(zhì)(4)；所述的正極(1)和/或負(fù)極(2)采用復(fù)合電極。復(fù)合電極材料穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，該超級(jí)電容器具有高容量密度，高功率密度，和優(yōu)良循環(huán)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電子、通信，交通運(yùn)輸，能量存儲(chǔ)等不同領(lǐng)域。
【專利說明】
復(fù)合電極、超級(jí)電容器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本專利涉及材料與新能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種復(fù)合電極、超級(jí)電容器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器是介于雙電層電容器和電池之間的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。超級(jí)電容器具有非常高的功率密度，因此可作為廣泛的應(yīng)用于需要高功率的各種能源領(lǐng)域中，但其在需要大容量的領(lǐng)域卻受到限制。因此，開發(fā)一種新型的電極材料可以同時(shí)提高超級(jí)電容器的功率密度和能量密度，并使其具有更加廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合電極、超級(jí)電容器及其制備方法，復(fù)合電極材料穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，該超級(jí)電容器具有高容量密度，高功率密度，和優(yōu)良循環(huán)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電子、通信，交通運(yùn)輸，能量存儲(chǔ)等不同領(lǐng)域。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種復(fù)合電極，包括集流體，在所述的集流體外表面設(shè)有復(fù)合材料層；
[0006]所述的復(fù)合材料包括以下材料組分充分混合，且其重量份之比為:
[0007]半導(dǎo)體材料，10份?70份
[0008]導(dǎo)電基體材料，10份?70份
[0009]導(dǎo)電粘結(jié)劑，10份?70份
[0010]所述的半導(dǎo)體材料包括黑磷或磷烯的一種或兩種任意比例組合。
[0011]所述的導(dǎo)電基體材料包括導(dǎo)電高分子材料、具有贗電容性質(zhì)的金屬氧化物或碳活性材料中的一種或幾種任意比例組合。
[0012]所述的導(dǎo)電高分子材料包括聚苯胺及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯乙烯及其衍生物、聚吡啶及其衍生物、聚喹啉及其衍生物或聚對(duì)苯及其衍生物中的一種或幾種任意比例組合；
[0013]或者，
[0014]所述的具有贗電容性質(zhì)的金屬氧化物包括錳、鎳、釩、鈷或釕的氧化物中的一種或幾種任意比例組合；
[0015]或者，
[0016]所述碳活性材料包括石墨、石墨烯、碳納米管、軟碳、硬碳、碳纖維、碳凝膠或活性炭中的一種或幾種任意比例組合，以及，功能化的石墨、功能化的石墨稀、功能化的碳納米管、功能化的軟碳、功能化的硬碳、功能化的碳纖維、功能化的碳凝膠、功能化的活性炭中的一種或幾種任意比例組合。
[0017]所述的導(dǎo)電粘結(jié)劑包括導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，其中:
[0018]導(dǎo)電劑，5份?35份;導(dǎo)電劑包括石墨、乙炔黑、炭黑、碳纖維、石墨烯、軟碳、硬碳和碳納米管中的一種或幾種任意比例組合；
[0019]粘結(jié)劑，5份?35份;粘結(jié)劑包括聚四氟乙烯、聚偏四氟乙烯、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸和環(huán)糊精中的一種或幾種任意比例組合。
[0020]所述的集流體的材料為銅、鋁、鎳、不銹鋼、碳、石墨、導(dǎo)電高分子材料、石墨烯、碳納米管、碳纖維或碳凝膠。
[0021]一種超級(jí)電容器，包括正極1、負(fù)極2、隔膜3和電解質(zhì)4，所述的隔膜3設(shè)于正極I與負(fù)極2間，正極I與隔膜3間填充電解質(zhì)4;負(fù)極2與隔膜3間填充電解質(zhì)4;所述的正極I和/或負(fù)極2采用權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的復(fù)合電極。
[0022]所述的所述隔膜3為聚丙烯微孔膜，聚乙烯微孔膜、聚乙烯-聚丙烯復(fù)合膜、聚偏氟丙烯微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜、聚偏氟乙烯-聚偏氟丙烯復(fù)合膜、紙隔膜、陶瓷隔膜或無紡布隔膜。
[0023]一種超級(jí)電容器的制備方法，包括:
[0024]步驟A、正極I和/或負(fù)極2的復(fù)合電極材料的制備，按比例取復(fù)合材料并充分混合成楽料，將楽料涂覆于集流體表面，制成正極I和/或負(fù)極2的復(fù)合電極材料；
[0025]步驟B、超級(jí)電容器的組裝，在正極I與負(fù)極2間設(shè)置隔膜4，填充電解質(zhì)，以疊片或繞卷的方式組裝成超級(jí)電容器。
[0026]所述的步驟A的涂覆包括浸漬、涂布、噴涂、電沉積、打印或印刷。
[0027]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種復(fù)合電極、超級(jí)電容器及其制備方法，復(fù)合電極材料穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，該超級(jí)電容器具有高容量密度，高功率密度，和優(yōu)良循環(huán)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電子、通信，交通運(yùn)輸，能量存儲(chǔ)等不同領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0029]圖1為本發(fā)明實(shí)施例二提供的超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的超級(jí)電容器的循環(huán)伏安曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0032]另需要說明的是本文中所提到的描述方位的“上”、“下”、“左”、“右”、“前、“后”除特殊說明均不特指該方位，只是為了描述方便，所述產(chǎn)品的放置方向不同其描述也不盡相同。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下可理解的方位，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0033]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0034]實(shí)施例一
[0035]—種復(fù)合電極，包括集流體，在所述的集流體外表面設(shè)有復(fù)合材料層；
[0036]所述的復(fù)合材料包括以下材料組分充分混合，且其重量份之比為:
[0037]半導(dǎo)體材料，10份?70份
[0038]導(dǎo)電基體材料，10份?70份
[0039]導(dǎo)電粘結(jié)劑，10份?70份
[0040]本例中，所述的半導(dǎo)體材料包括黑磷或磷烯的一種或兩種任意比例組合，總份數(shù)是10份?70份。
[0041]本例中，所述的導(dǎo)電基體材料包括“導(dǎo)電高分子材料”、“具有贗電容性質(zhì)的金屬氧化物”或“碳活性材料”中的一種或幾種任意比例組合，也就是可以只有一種，也可以是任意的兩種，也可以是三種都有，總份數(shù)是10份?70份。
[0042]這里，所述的導(dǎo)電高分子材料包括聚苯胺及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯乙烯及其衍生物、聚吡啶及其衍生物、聚喹啉及其衍生物或聚對(duì)苯及其衍生物中的一種或幾種任意比例組合；也就是可以只有一種，也可以是任意的兩種、三種……，也可以是所有的種類都有，如導(dǎo)電基體材料只選取“導(dǎo)電高分子材料”，則總份數(shù)是10份?70份。
[0043]這里，所述的具有贗電容性質(zhì)的金屬氧化物包括錳、鎳、釩、鈷或釕的氧化物中的一種或幾種任意比例組合;也就是可以只有一種，也可以是任意的兩種、三種……，也可以是所有的種類都有，如導(dǎo)電基體材料只選取“具有贗電容性質(zhì)的金屬氧化物”，則總份數(shù)是10份?70份。
[0044]這里，所述碳活性材料包括石墨、石墨烯、碳納米管、軟碳、硬碳、碳纖維、碳凝膠或活性炭中的一種或幾種任意比例組合。同時(shí)，所述碳活性材料還可以同時(shí)(或單獨(dú)只)包括功能化的石墨、功能化的石墨稀、功能化的碳納米管、功能化的軟碳、功能化的硬碳、功能化的碳纖維、功能化的碳凝膠、功能化的活性炭中的一種或幾種任意比例組合。也就是可以只有一種，也可以是任意的兩種、三種……，也可以是所有的種類都有，如導(dǎo)電基體材料只選取“碳活性材料”，則總份數(shù)是10份?70份。
[0045]本例中，所述的導(dǎo)電粘結(jié)劑包括導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，其中:
[0046]導(dǎo)電劑，5份?35份;導(dǎo)電劑包括石墨、乙炔黑、炭黑、碳纖維、石墨烯、軟碳、硬碳和碳納米管中的一種或幾種任意比例組合；也就是可以只有一種，也可以是任意的兩種、三種……，也可以是所有的種類都有，則總份數(shù)是5份?35份。
[0047]粘結(jié)劑，5份?35份;粘結(jié)劑包括聚四氟乙烯、聚偏四氟乙烯、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸和環(huán)糊精中的一種或幾種任意比例組合。也就是可以只有一種，也可以是任意的兩種、三種……，也可以是所有的種類都有，則總份數(shù)是5份?35份。
[0048]同時(shí)，導(dǎo)電劑的量不大于復(fù)合材料總量的30%。粘結(jié)劑的量不大于復(fù)合材料總量的30 %?？梢院芎玫乇ＷC導(dǎo)電性能的同時(shí)保證材料的強(qiáng)度。
[0049]本例中，所述的集流體的材料為銅、鋁、鎳、不銹鋼、碳、石墨、導(dǎo)電高分子材料、石墨烯、碳納米管、碳纖維或碳凝膠。
[0050]實(shí)施例二
[0051]如圖1所示，一種超級(jí)電容器，包括正極1、負(fù)極2、隔膜3和電解質(zhì)4，所述的隔膜3設(shè)于正極I與負(fù)極2間，正極I與隔膜3間填充電解質(zhì)4;負(fù)極2與隔膜3間填充電解質(zhì)4;所述的正極I和/或負(fù)極2采用實(shí)施例一所述的復(fù)合電極，一般是正極I選用復(fù)合電極，而負(fù)極2可以直接選取集流體本身的材料，如銅、招、鎳、不銹鋼、碳、石墨、導(dǎo)電高分子材料、石墨稀、碳納米管、碳纖維或碳凝膠。當(dāng)然也可以是正極I和負(fù)極2均采用復(fù)合電極。
[0052]本例中，所述的所述隔膜3為聚丙烯微孔膜，聚乙烯微孔膜、聚乙烯-聚丙烯復(fù)合膜、聚偏氟丙烯微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜、聚偏氟乙烯-聚偏氟丙烯復(fù)合膜、紙隔膜、陶瓷隔膜或無紡布隔膜。電解質(zhì)4選取現(xiàn)有技術(shù)中的電解質(zhì)4即可。
[0053]在本例中，所述超級(jí)電容器電極以層疊或繞卷方式組裝成方形，圓柱形，扣式或片狀中的任意一種，也可以組裝成其他不規(guī)則形狀。如圖2所示，本發(fā)明所述的超級(jí)電容器循環(huán)伏安曲線圖，該超級(jí)電容器具有優(yōu)異的充放電性能。超級(jí)電容器具有高比容量，高比能量和高循環(huán)穩(wěn)定性，高倍率性能和高安全性等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用與電子通信，交通運(yùn)輸，能量存儲(chǔ)等多種領(lǐng)域。
[0054]實(shí)施例三
[0055]—種超級(jí)電容器的制備方法，包括:
[0056]步驟A、正極I和/或負(fù)極2的復(fù)合電極材料的制備，按比例取復(fù)合材料并充分混合成楽料，將楽料涂覆于集流體表面，制成正極I和/或負(fù)極2的復(fù)合電極材料；
[0057]這里所述的涂覆包括浸漬、涂布、噴涂、電沉積、打印或印刷。涂覆技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相同。
[0058]步驟B、超級(jí)電容器的組裝，在正極I與負(fù)極2間設(shè)置隔膜4，填充電解質(zhì)，以疊片或繞卷的方式組裝成超級(jí)電容器。組裝方式與現(xiàn)有的組裝方式相同。
[0059]實(shí)施例四
[0060]制備復(fù)合電極，將7g黑磷，Ig聚噻吩，0.5g乙炔黑和1.5g聚四氟乙烯攪拌后涂覆于銅箔上，裁剪成一定尺寸的復(fù)合電極片并真空干燥至恒重，將此復(fù)合電極片作為正極I，以石墨烯為負(fù)極2;
[0061 ] 然后將硫酸，硫酸鋅溶于水中，配成0.0lmol/L，PH值為0.1的溶液，并將此溶液作為電解質(zhì)，再組裝成超級(jí)電容器。
[0062]實(shí)施例五
[0063]制備復(fù)合電極，將7g磷烯，1.5g碳納米管和1.5g聚偏四氟乙烯攪拌后涂覆于鋁箔上，裁剪成一定尺寸的復(fù)合電極片并真空干燥至恒重，將此復(fù)合電極片作為正極I，以石墨為負(fù)極2;
[0064]然后將氯化鈉溶于水中，配成0.0lmol/L的溶液，并將此溶液作為電解質(zhì)，再組裝成超級(jí)電容器。
[0065]實(shí)施例六
[0066]制備復(fù)合電極，將7g黑磷，Ig二氧化錳，Ig碳凝膠和Ig羧甲基纖維素?cái)嚢韬笸扛灿阪嚥希眉舫梢欢ǔ叽绲膹?fù)合電極片并真空干燥至恒重，將此復(fù)合電極片作為正極I，以碳纖維為負(fù)極2;
[0067]然后將乙酸鋅溶于體積比為2:1的碳酸丙烯酯和N，N_二甲基甲酰胺的混合溶液，配成0.0lmol/L的溶液，并將此溶液作為電解質(zhì)，再組裝成超級(jí)電容器。
[0068]實(shí)施例七
[0069]制備復(fù)合電極，將7g磷烯，Ig聚苯胺，Ig二氧化錳，0.5g石墨和0.5g羧甲基纖維素?cái)嚢韬笸扛灿阡X箔上，裁剪成一定尺寸的復(fù)合電極片并真空干燥至恒重，將此復(fù)合電極片作為正極I，以聚苯胺為負(fù)極2;
[0070]然后將硫酸鋅溶于N，N-二甲基甲酰胺，配成0.05mo 1/L的溶液，并將此溶液作為電解質(zhì)，再組裝成超級(jí)電容器。
[0071 ]實(shí)施例八
[0072]制備復(fù)合電極，將7g磷烯，Ig碳纖維，Ig聚喹啉和0.5g聚丙烯酸攪拌后涂覆于不銹鋼片上，裁剪成一定尺寸的復(fù)合電極片并真空干燥至恒重，將此復(fù)合電極片同時(shí)作為正極I和負(fù)極2;
[0073]然后將高氯酸鋰溶于碳酸丙烯酯，配成0.0lmol/L的溶液，并將此溶液作為電解質(zhì)，再組裝成超級(jí)電容器。
[0074]本發(fā)明實(shí)施例所提供的超級(jí)電容器具有高容量密度，高功率密度，和優(yōu)良循環(huán)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電子、通信，交通運(yùn)輸?shù)炔煌I(lǐng)域。
[0075]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種復(fù)合電極，包括集流體，其特征在于，在所述的集流體外表面設(shè)有復(fù)合材料層； 所述的復(fù)合材料包括以下材料組分充分混合，且其重量份之比為: 半導(dǎo)體材料，10份?70份 導(dǎo)電基體材料，10份?70份 導(dǎo)電粘結(jié)劑，10份?70份2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合電極，其特征在于，所述的半導(dǎo)體材料包括黑磷或磷烯的一種或兩種任意比例組合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合電極，其特征在于，所述的導(dǎo)電基體材料包括導(dǎo)電高分子材料、具有贗電容性質(zhì)的金屬氧化物或碳活性材料中的一種或幾種任意比例組合。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合電極，其特征在于，所述的導(dǎo)電高分子材料包括聚苯胺及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯乙烯及其衍生物、聚吡啶及其衍生物、聚喹啉及其衍生物或聚對(duì)苯及其衍生物中的一種或幾種任意比例組合； 或者， 所述的具有贗電容性質(zhì)的金屬氧化物包括錳、鎳、釩、鈷或釕的氧化物中的一種或幾種任意比例組合； 或者， 所述碳活性材料包括石墨、石墨烯、碳納米管、軟碳、硬碳、碳纖維、碳凝膠或活性炭中的一種或幾種任意比例組合，以及，功能化的石墨、功能化的石墨稀、功能化的碳納米管、功能化的軟碳、功能化的硬碳、功能化的碳纖維、功能化的碳凝膠、功能化的活性炭中的一種或幾種任意比例組合。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合電極，其特征在于，所述的導(dǎo)電粘結(jié)劑包括導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，其中: 導(dǎo)電劑，5份?35份;導(dǎo)電劑包括石墨、乙炔黑、炭黑、碳纖維、石墨烯、軟碳、硬碳和碳納米管中的一種或幾種任意比例組合； 粘結(jié)劑，5份?35份;粘結(jié)劑包括聚四氟乙烯、聚偏四氟乙烯、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸和環(huán)糊精中的一種或幾種任意比例組合。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的復(fù)合電極，其特征在于，所述的集流體的材料為銅、鋁、鎳、不銹鋼、碳、石墨、導(dǎo)電高分子材料、石墨烯、碳納米管、碳纖維或碳凝膠。7.—種超級(jí)電容器，包括正極(1)、負(fù)極(2)、隔膜(3)和電解質(zhì)(4)，所述的隔膜(3)設(shè)于正極(I)與負(fù)極(2)間，正極(I)與隔膜(3)間填充電解質(zhì)(4);負(fù)極(2)與隔膜(3)間填充電解質(zhì)(4);其特征在于，所述的正極(I)和/或負(fù)極(2)采用權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的復(fù)合電極。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超級(jí)電容器，其特征在于，所述的所述隔膜(3)為聚丙烯微孔膜，聚乙烯微孔膜、聚乙烯-聚丙烯復(fù)合膜、聚偏氟丙烯微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜、聚偏氟乙烯-聚偏氟丙烯復(fù)合膜、紙隔膜、陶瓷隔膜或無紡布隔膜。9.一種超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，包括: 步驟A、正極(I)和/或負(fù)極(2)的復(fù)合電極材料的制備，按比例取復(fù)合材料并充分混合成漿料，將漿料涂覆于集流體表面，制成正極(I)和/或負(fù)極(2)的復(fù)合電極材料； 步驟B、超級(jí)電容器的組裝，在正極(I)與負(fù)極(2)間設(shè)置隔膜(4)，填充電解質(zhì)，以疊片或繞卷的方式組裝成超級(jí)電容器。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述的步驟A的涂覆包括浸漬、涂布、噴涂、電沉積、打印或印刷。
【文檔編號(hào)】H01G11/30GK106098399SQ201610362205
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】崔秀國(guó), 祖雷, 連慧琴
【申請(qǐng)人】北京石油化工學(xué)院