專利名稱：高性能超級電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高性能超級電容器。
背景技術(shù)：
超級電容器是近十幾年來出現(xiàn)的一種新型儲能裝置，它的特性介于傳統(tǒng)電容器與電池之間，相比傳統(tǒng)電容器有著更高的能量密度，傳統(tǒng)電容器以PF (微法)標稱電容量，超級電容器靜電容量可達到10萬F以上，標稱電容量IF=IO6 μ F ；相比電池有著更高的功率密度和超長的循環(huán)壽命，因此它結(jié)合了傳統(tǒng)電容器與電池的優(yōu)點，是一種應(yīng)用前景廣闊的化學電源，屬于新興的儲能器件范疇。但是對于一些要求高儲能、抗防爆性的應(yīng)用場合，如礦用牽引電機車、礦用采煤車等，現(xiàn)有超級電容器技術(shù)就較難滿足其要求。下面以礦用牽引電機車為例，介紹其對儲能器件的要求及該應(yīng)用場合的特點。在礦山日常生產(chǎn)中，礦用牽引電機車是運送物質(zhì)的主要交通工具之一，而一般的礦用牽引電機車主要有架線式電機車和蓄電池電機車兩種，其中架線式電機車存在架空線施工維護費用高、易引發(fā)各類安全事故(如電弧火花、雜散電流等)等弊端；另外蓄電池電機車又有充電時間長、使用壽命短、動力性能不佳等缺點。為了從根本上解決這兩類礦用牽引電機車所存在的不足，只有尋找一種性能更優(yōu)秀的化學電源作為礦用電機車的儲能動力電源，才能改變現(xiàn)有礦用電機車的現(xiàn)狀。通過科學分析各類化學電源的優(yōu)缺點，由于超級電容器具有充電速度快、大電流放電性能好、使用壽命長、安全可靠等特點，所以對于超級電容器應(yīng)用在礦用電機車寄予了很大的期望。根據(jù)礦用電機車具有牽引重量大、續(xù)駛里程長、工作強度高等特點，可知其對超級電容器的儲存能量密度要求很高，所以只有采用高能量密度的超級電容器才能滿足要求；另一方面，由于礦用電機車的特殊使用環(huán)境，對超級電容器使用的安全可靠性提出了更高的要求，尤其在抗防爆性方面。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高性能超級電容器，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。所述的高性能超級電容器，包括正極片、負極片、隔膜和電解液，其結(jié)構(gòu)為常規(guī)的， 由正極片、負極片通過層疊組裝而成；
所述的正極片包括正極集流體和涂覆在所述正極集流體上的正極漿料層； 所述正極漿料層中，含有質(zhì)量百分比為5 20%的正極添加劑； 比較好的，正極集流體上，正極漿料層的涂覆質(zhì)量為0. 145 0. 155克/厘米2正極集流體；
所述正極集流體的材質(zhì)為泡沫鎳、沖孔鍍鎳鋼帶、沖孔毛刺鍍鎳鋼帶或沖孔三維鋼帶
等；
所述的正極漿料層包括如下質(zhì)量百分比的組分 正極活性物質(zhì)70% 85%
正極導電劑5% 10%正極粘結(jié)劑5% 10%
正極添加劑5% 20%
優(yōu)選的，所述的正極漿料層包括如下質(zhì)量百分比的組分 正極活性物質(zhì)70% 85%
正極導電劑5% 10%
正極粘結(jié)劑5% 10%
正極添加劑5% 10%
所述的正極活性物質(zhì)為氫氧化鎳或氧化鎳中的一種以上； 所述的正極導電劑選自鈷粉、鎳粉、炭黑或石墨中的一種以上； 所述的正極粘結(jié)劑選自聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、羥丙基甲基纖維素 (HPMC)、羧甲基纖維素納(CMC)或聚乙烯醇(PVA)中的一種以上；
所述正極添加劑包括過渡金屬氧化物、過渡金屬氫氧化物、堿土金屬氫氧化物、稀士氧化物或混合稀土氧化物中的一種以上；
優(yōu)選的，所述的正極添加劑由如下質(zhì)量比的組分組成
過渡金屬氧化物過渡金屬氫氧化物稀士氧化物物=1 (0. 2 1. 0) (0. 2
0.8)；
pt/ . 'τΛ ·
過渡金屬氧化物過渡金屬氫氧化物混合稀士氧化物物=1 (0.2 1.0): (0. 2 0. 8)；
進一步優(yōu)選的為
過渡金屬氧化物過渡金屬氫氧化物混合稀士氧化物物=1 (0.4 0.8): (0. 3 0. 6)；
所述的過渡金屬氧化物包括氧化鉿(Η )、氧化鈷(CoO)、氧化鋅(ZnO)或氧化鎘(CdO) 中的一種以上；
所述的過渡金屬氫氧化物包括氫氧化鈷(Co(OH)2、氫氧化鋅(Zn(OH)2或氫氧化鎘 (Cd(OH)2中的一種以上；
所述的堿土金屬氫氧化物包括氫氧化鋇(Ba(OH)2)、氫氧化鈣(Ca(OH)2)、氫氧化鎂 (Mg(OH)2)或氫氧化鈹(Be(OH)2)中的一種以上；
所述的稀士氧化物包括三氧化二釔(Y2O3)、三氧化二鐿(Yb2O3)、三氧化二镥(Lu2O3)、三氧化二銩(Tm2O3)、三氧化二鉺(Er2O3)或三氧化二鈥(Ho2O3)中的一種以上；
所述的混合稀土氧化物包括富鑭混合稀土氧化物、富鈰混合稀土氧化物、富釔混合稀土氧化物或富銪混合稀土氧化物中的一種以上；
其中，所述的富鑭混合稀土氧化物采用三氧化二鑭(La2O3)質(zhì)量百分比含量大于或等于 40%的混合稀土氧化物；
其中，所述的富鈰混合稀土氧化物采用三氧化二鈰(Ce2O3)質(zhì)量百分比含量大于或等于 45%的混合稀土氧化物；
其中，所述的富釔混合稀土氧化物采用三氧化二釔(Y2O3)質(zhì)量百分比含量大于或等于 40%的混合稀土氧化物；
其中，所述的富銪混合稀土氧化物采用三氧化二銪(Eu2O3)質(zhì)量百分比含量大于或等于10%的混合稀土氧化物；
所述的負極片包括負極集流體和涂覆在所述負極集流體上的負極漿料層； 所述負極漿料層中，含有質(zhì)量百分比為3% 35%的負極添加劑； 比較好的，負極集流體上，負極漿料層的涂覆質(zhì)量為0. 130 0. 140克/厘米2負極集流體；
所述負極集流體的材質(zhì)為泡沫鎳、鎳帶、鍍鎳鋼帶、銅帶、鍍銀銅帶、鍍鎳銅帶、銀帶
等；
所述負極漿料層包括如下質(zhì)量百分比的組分
負極活性物質(zhì)50% 85%
負極導電劑5% 10%
負極粘結(jié)劑7% 10%
負極添加劑3% 35%
優(yōu)選的，所述負極漿料層包括如下質(zhì)量百分比的組分
負極活性物質(zhì)50% 85%
負極導電劑5% 10%
負極粘結(jié)劑7% 10%
負極添加劑3% 33%;
所述負極活性物質(zhì)選自炭質(zhì)材料，包括活性炭、介孔炭、炭氣凝膠、泡沫炭或炭纖維
等；
所述的負極導電劑選自鎳粉、炭黑或石墨中的一種以上；
所述的負極粘結(jié)劑包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、羥丙基甲基纖維素 (HPMC)、羧甲基纖維素納(CMC)、聚乙烯醇(PVA)或丁苯橡膠(SBR)中的一種以上； 所述負極添加劑包括金屬單質(zhì)、金屬氧化物或氧化還原準電容材料中的一種以上； 優(yōu)選的，所述負極添加劑各組分的質(zhì)量比為金屬氧化物氧化還原準電容材料= 1 (8 12)；
進一步優(yōu)先的為金屬氧化物氧化還原準電容材料=1 (9 11)； 所述的金屬單質(zhì)包括鉛粉、鋅粉或錫粉；
所述的金屬氧化物包括二氧化鈦(Ti02)、亞氧化鈦(Ti407)、氧化鋇(BaO)、氧化鍶 (SrO)或氧化鉍(BiO)；
所述的氧化還原準電容材料包括二氧化錳(MnO2)、二氧化錫(SnO2)、三氧化鉬(MoO3) 或五氧化二釩(V2O5)；
隔膜采用高透氣率的有機聚合物微孔膜，所述的高透氣率的有機聚合物微孔膜采用透氣率大于或等于10cm7cm2. sec的有機聚合物微孔膜，其中，所述的有機聚合物微孔膜選自聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜、聚丙烯/聚乙烯復合微孔膜、聚乙烯醇微孔膜或聚酰胺微孔膜等；
所述的電解液為常規(guī)的鎳鎘電池的電解液，為氫氧化鉀、氫氧化鈉和氫氧化鋰的水溶液，本發(fā)明不再贅述；
正極片或負極片的制備方法，包括如下步驟
按照配比，分別將正極漿料層和負極漿料層的各個組分加入水混合后 ，攪拌至質(zhì)量固含量為45 65%的膏狀，然后涂在集流體上，以干基計，正極漿料層的涂覆質(zhì)量，為 0. 145 0. 155克/厘米2正極集流體，負極漿料層的涂覆質(zhì)量為0. 130 0. 140克/厘米 2負極集流體，經(jīng)110 130°C烘干、碾壓、裁切后，即可獲得正負極片。術(shù)語“干基”，指的是，不含有水的正極漿料層和負極漿料層；
本發(fā)明的電容器，采用高能量密度的M/C混合型超級電容器，一方面在負極中加入氧化還原準電容材料，提高電容器的能量密度；另一方面在正負極中加入與其相匹配的添加劑，抑止充放電過程中氣體的析出，同時隔膜采用高透氣率的有機聚合物微孔膜，這樣負極產(chǎn)生的氫氣能通過隔膜到達正極表面，發(fā)生復合反應(yīng)，減少電容器內(nèi)部的壓力，提高電容器應(yīng)用的整體安全性、可靠性。通過這些措施，本發(fā)明制作的高性能超級電容器具有工作電壓高(最高可達1. 7V)、能量密度高(10 15Wh/Kg)、循環(huán)壽命長(大于5萬次)、安全性高等特點，能滿足各種純電動交通運輸工具(如純電動礦用牽引電機車、純電動城市公交車、純電動港口牽引車等)、風能和太陽能儲能、后備電源等的使用要求，應(yīng)用前景廣闊。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細的說明。實施例中，是采用QC/T 741-2006標準規(guī)定的方法進行性能測試的。實施例1
正極片的制作將氫氧化鎳、鎳粉、氧化鈷、羧甲基纖維素納、聚四氟乙烯按照質(zhì)量比 85 55 3 2的比例混合，用去離子水調(diào)成質(zhì)量固含量為60%的漿料，然后涂覆在泡沫鎳上，正極漿料層的干基涂覆質(zhì)量為0. 150克/厘米2正極集流體，經(jīng)120°C干燥、碾壓、裁切制作成尺寸為130*75*0. 6mm3的正極片。負極片的制作將活性炭、炭黑、氧化鍶、羧甲基纖維素納、聚四氟乙烯按照質(zhì)量比 83 5 5 4 3的比例混合，用去離子水調(diào)成質(zhì)量固含量為50%的漿料，然后涂覆在泡沫鎳上，負極漿料層的干基涂覆質(zhì)量為0. 135克/厘米2負極集流體，經(jīng)120°C干燥、碾壓、裁切制作成尺寸為130*75*1. 2mm3的負極片。選用透氣率為10cm7cm2. sec聚丙烯微孔膜為隔膜，將正極片(15片)、負極片(16 片)層疊成電芯，采用尼龍塑料外殼，組裝成方型超級電容器，然后注入6mol/L的氫氧化鉀水溶液，經(jīng)化成后進行電性能測試。電容器的安全工作電壓區(qū)間為0. 8 1. 60V，能量密度達11. Offh/Kg,經(jīng)50000次循環(huán)后，容量保持率在82. 9%。實施例2
正極片的制作將氫氧化鎳、鎳粉、氧化鈷、氫氧化鋅、氫氧化鋇、羧甲基纖維素納、聚四氟乙烯按照質(zhì)量比80 5 5 3 2 3 2的比例混合，用去離子水調(diào)成質(zhì)量固含量為60%的漿料，然后涂覆在泡沫鎳上，正極漿料層的干基涂覆質(zhì)量為0. 155克/厘米2正極集流體，經(jīng) 120°C干燥、碾壓、裁切制作成尺寸為130*75*0. 6mm3的正極片。負極片的制作將活性炭、炭黑、氧化鉍、羧甲基纖維素納、聚四氟乙烯按照質(zhì)量比 85 5 3 4 3的比例混合，用去離子水調(diào)成質(zhì)量固含量為50%的漿料，然后涂覆在泡沫鎳上，負極漿料層的涂覆干基質(zhì)量為0. 140克/厘米2負極集流體，經(jīng)120°C干燥、碾壓、裁切制作成尺寸為130*75*1. 2mm3的負極片。選用透氣率為IOcm3Am2. sec聚丙烯微孔膜為隔膜，將正極片(15片)、負極片(16片)層疊成電芯，采用尼龍塑料外殼，組裝成方型超級電容器，然后注入6mol/L的氫氧化鉀水溶液，經(jīng)化成后進行電性能測試。電容器的安全工作電壓區(qū)間為0. 8 1. 60V，能量密度達11. lffh/Kg,經(jīng)50000次循環(huán)后，容量保持率在83%。 實施例3
正極片的制作將氫氧化鎳、鎳粉、氧化鈷、氫氧化鋅、三氧化二釔、羧甲基纖維素納、聚四氟乙烯按照質(zhì)量比80 5 5 3 2 3 2的比例混合，用去離子水調(diào)成質(zhì)量固含量為60%的漿料，然后涂覆在泡沫鎳上，正極漿料層的干基涂覆質(zhì)量為0. 145克/厘米2正極集流體， 經(jīng)120°C干燥、碾壓、裁切制作成尺寸為130*75*0. 6mm3的正極片。負極片的制作將活性炭、炭黑、二氧化鈦、羧甲基纖維素納、聚四氟乙烯按照質(zhì)量比85 5 3 4 :3的比例混合，用去離子水調(diào)成質(zhì)量固含量為50%的漿料，然后涂覆在泡沫鎳上，負極漿料層的干基涂覆質(zhì)量為0. 130克/厘米2負極集流體，經(jīng)120°C干燥、碾壓、裁切制作成尺寸為130*75*1. 2mm3的負極片。選用透氣率為10cm7cm2. sec聚乙烯微孔膜為隔膜，將正極片(15片)、負極片(16 片)層疊成電芯，采用尼龍塑料外殼，組裝成方型超級電容器，然后注入6mol/L的氫氧化鉀水溶液，經(jīng)化成后進行電性能測試。電容器的安全工作電壓區(qū)間為0. 8 1. 65V，能量密度達11. 8ffh/Kg,經(jīng)50000次循環(huán)后，容量保持率在84%。實施例4
正極片的制作將氫氧化鎳、鎳粉、氧化鈷、氫氧化鋅、三氧化二銩、羧甲基纖維素納、聚四氟乙烯按照質(zhì)量比80 5 5 3 2 3 2的比例混合，用去離子水調(diào)成質(zhì)量固含量為60%的漿料，然后涂覆在泡沫鎳上，正極漿料層的干基涂覆質(zhì)量為0. 145克/厘米2正極集流體， 經(jīng)120°C干燥、碾壓、裁切制作成尺寸為130*75*0. 6mm3的正極片。負極片的制作將活性炭、炭黑、過氧化鈦、羧甲基纖維素納、聚四氟乙烯按照質(zhì)量比85 5 3 4 :3的比例混合，用去離子水調(diào)成質(zhì)量固含量為50%的漿料，然后涂覆在泡沫鎳上，負極漿料層的涂覆質(zhì)量為0. 130克/厘米2負極集流體，經(jīng)120°C干燥、碾壓、裁切制作成尺寸為130*75*1. 2mm3的負極片。選用透氣率為10cm7cm2. sec聚丙烯/聚乙烯復合微孔膜為隔膜，將正極片(15 片)、負極片(16片)層疊成電芯，采用尼龍塑料外殼，組裝成方型超級電容器，然后注入 6mol/L的氫氧化鉀水溶液，經(jīng)化成后進行電性能測試。電容器的安全工作電壓區(qū)間為 0. 8 1. 70V,能量密度達12. 7ffh/Kg,經(jīng)50000次循環(huán)后，容量保持率在85%。實施例5
正極片的制作將氫氧化鎳、鎳粉、氧化鈷、氫氧化鋅、富鑭混合稀土氧化物(三氧化二鑭的含量為40%)、羧甲基纖維素納、聚四氟乙烯按照質(zhì)量比80 5 5 3 2 3 2的比例混合，用去離子水調(diào)成質(zhì)量固含量為60%的漿料，然后涂覆在泡沫鎳上，正極漿料層的干基涂覆質(zhì)量為0. 145克/厘米2正極集流體，經(jīng)120°C干燥、碾壓、裁切制作成尺寸為 130*75*0. 6mm3 的正極片。負極片的制作將活性炭、炭黑、鉛粉、羧甲基纖維素納、聚四氟乙烯按照質(zhì)量比 85 5 3 4 3的比例混合，用去離子水調(diào)成質(zhì)量固含量為50%的漿料，然后涂覆在泡沫鎳上，負極漿料層的干基涂覆質(zhì)量為0. 130克/厘米2負極集流體，經(jīng)120°C干燥、碾壓、裁切制作成尺寸為130*75*1. 2mm3的負極片。
選用透氣率為IOcmVcm2. sec聚乙烯醇微孔膜為隔膜，將正極片(15片)、負極片 (16片)層疊成電芯，采用尼龍塑料外殼，組裝成方型超級電容器，然后注入6mol/L的氫氧化鉀水溶液，經(jīng)化成后進行電性能測試。電容器的安全工作電壓區(qū)間為0. 8 1. 70V，能量密度達12. 5ffh/Kg,經(jīng)50000次循環(huán)后，容量保持率在85. 7%。實施例6
正極片的制作將氫氧化鎳、鎳粉、氧化鈷、氫氧化鋅、三氧化二銩、羧甲基纖維素納、聚四氟乙烯按照質(zhì)量比80 5 5 3 2 3 2的比例混合，用去離子水調(diào)成質(zhì)量固含量為60%的漿料，然后涂覆在泡沫鎳上，正極漿料層的干基涂覆質(zhì)量為0. 145克/厘米2正極集流體， 經(jīng)120°C干燥、碾壓、裁切制作成尺寸為130*75*0. 6mm3的正極片。負極片的制作將活性炭、二氧化錳、炭黑、過氧化鈦、羧甲基纖維素納、聚四氟乙烯按照質(zhì)量比陽30 5 3 4 3的比例混合，用去離子水調(diào)成質(zhì)量固含量為50%的漿料，然后涂覆在泡沫鎳上，負極漿料層的干基涂覆質(zhì)量為0. 130克/厘米2負極集流體，經(jīng)120°C 干燥、碾壓、裁切制作成尺寸為130*75*1. 2mm3的負極片。選用透氣率為10cm7cm2. sec聚丙烯/聚乙烯復合微孔膜為隔膜，將正極片(15 片)、負極片(16片)層疊成電芯，采用尼龍塑料外殼，組裝成方型超級電容器，然后注入 6mol/L的氫氧化鉀水溶液，經(jīng)化成后進行電性能測試。電容器的安全工作電壓區(qū)間為 0. 8 1. 70V,能量密度達14. 7ffh/Kg,經(jīng)50000次循環(huán)后，容量保持率在80%。實施例7
正極片的制作將氫氧化鎳、鎳粉、氧化鈷、氫氧化鋅、三氧化二銩、羧甲基纖維素納、聚四氟乙烯按照質(zhì)量比80 5 5 3 2 3 2的比例混合，用去離子水調(diào)成質(zhì)量固含量為60%的漿料，然后涂覆在泡沫鎳上，正極漿料層的干基涂覆質(zhì)量為0. 145克/厘米2正極集流體， 經(jīng)120°C干燥、碾壓、裁切制作成尺寸為130*75*0. 6mm3的正極片。負極片的制作將活性炭、五氧化二釩、炭黑、過氧化鈦、羧甲基纖維素納、聚四氟乙烯按照質(zhì)量比陽30 5 3 4 3的比例混合，用去離子水調(diào)成質(zhì)量固含量為50%的漿料， 然后涂覆在泡沫鎳上，負極漿料層的干基涂覆質(zhì)量為0. 130克/厘米2負極集流體，經(jīng)120°C 干燥、碾壓、裁切制作成尺寸為130*75*1. 2mm3的負極片。選用透氣率為10cm7cm2. sec聚丙烯/聚乙烯復合微孔膜為隔膜，將正極片(15 片)、負極片(16片)層疊成電芯，采用尼龍塑料外殼，組裝成方型超級電容器，然后注入 6mol/L的氫氧化鉀水溶液，經(jīng)化成后進行電性能測試。電容器的安全工作電壓區(qū)間為 0. 8 1. 70V，能量密度達15. lWh/Kg，經(jīng)50000次循環(huán)后，容量保持率在81%。 將以上實施例1 7的測試結(jié)果總結(jié)如下
權(quán)利要求
1.高性能超級電容器，由正極片、負極片通過層疊組裝而成，其特征在于所述的正極片包括正極集流體和涂覆在所述正極集流體上的正極漿料層，所述正極漿料層，含有質(zhì)量百分比為5 20%的正極添加劑，所述正極添加劑包括過渡金屬氧化物、過渡金屬氫氧化物、堿土金屬氫氧化物、稀士氧化物或混合稀土氧化物中的一種以上； 所述的負極片包括負極集流體和涂覆在所述負極集流體上的負極漿料層； 所述負漿料層，含有質(zhì)量百分比為3 35%的負極添加劑，所述負極添加劑包括金屬單質(zhì)、金屬氧化物或氧化還原準電容材料中的一種以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能超級電容器，其特征在于，正極集流體上，正極漿料層的涂覆質(zhì)量為0. 145 0. 155克/厘米2正極集流體，負極集流體上，負極漿料層的涂覆質(zhì)量為0. 130 0. 140克/厘米2負極集流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能超級電容器，其特征在于，所述正極集流體的材質(zhì)為泡沫鎳、沖孔鍍鎳鋼帶、沖孔毛刺鍍鎳鋼帶或沖孔三維鋼帶，所述負極集流體的材質(zhì)為泡沫鎳、鎳帶、鍍鎳鋼帶、銅帶、鍍銀銅帶、鍍鎳銅帶或銀帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能超級電容器，其特征在于，所述的正極活性物質(zhì)為氫氧化鎳或氧化鎳中的一種以上，所述負極活性物質(zhì)選自炭質(zhì)材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高性能超級電容器，其特征在于，所述的正極活性物質(zhì)為氫氧化鎳或氧化鎳中的一種以上，所述負極活性物質(zhì)選自炭質(zhì)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能超級電容器，其特征在于，所述的正極添加劑由如下質(zhì)量比的組分組成過渡金屬氧化物過渡金屬氫氧化物稀士氧化物物=1 0. 2 1. 0 :0. 2 0. 8 ；pt/ . 'τΛ ·過渡金屬氧化物過渡金屬氫氧化物混合稀士氧化物物=1 0. 2 1. 0 :0. 2 0. 8。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高性能超級電容器，其特征在于，所述的正極添加劑由如下質(zhì)量比的組分組成過渡金屬氧化物過渡金屬氫氧化物混合稀士氧化物物= 1 0. 4 0. 8 :0· 3 0. 6。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能超級電容器，其特征在于，所述負極添加劑各組分的質(zhì)量比為金屬氧化物氧化還原準電容材料=1 8 12。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高性能超級電容器，其特征在于，所述負極添加劑各組分的質(zhì)量比為金屬氧化物氧化還原準電容材料=1 9 11。
10.高性能超級電容器，由正極片、負極片通過層疊組裝而成，其特征在于 所述的正極片包括正極集流體和涂覆在所述正極集流體上的正極漿料層； 所述的負極片包括負極集流體和涂覆在所述負極集流體上的負極漿料層； 所述的正極漿料層包括如下質(zhì)量百分比的組分正極活性物質(zhì)70% 85%正極導電劑5% 10%正極粘結(jié)劑5% 10%正極添加劑5% 20%所述的正極活性物質(zhì)為氫氧化鎳或氧化鎳中的一種以上；所述正極添加劑包括過渡金屬氧化物、過渡金屬氫氧化物、堿土金屬氫氧化物、稀士氧化物或混合稀土氧化物中的一種以上；所述負極漿料層包括如下質(zhì)量百分比的組分 負極活性物質(zhì)50% 85%負極導電劑5% 10%負極粘結(jié)劑7% 10%負極添加劑3% 35%所述負極活性物質(zhì)選自炭質(zhì)材料；所述負極添加劑包括金屬單質(zhì)、金屬氧化物或氧化還原準電容材料中的一種以上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高性能超級電容器，其特征在于，所述的正極漿料層包括如下質(zhì)量百分比的組分正極活性物質(zhì)70% 85%正極導電劑5% 10%正極粘結(jié)劑5% 10%正極添加劑5% 10%所述負極漿料層包括如下質(zhì)量百分比的組分 負極活性物質(zhì)50% 85%負極導電劑5% 10%負極粘結(jié)劑7% 10%負極添加劑3% 33%。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高性能超級電容器，其特征在于，正極集流體上，正極漿料層的涂覆質(zhì)量為0. 145 0. 155克/厘米2正極集流體，負極集流體上，負極漿料層的涂覆質(zhì)量為0. 130 0. 140克/厘米2負極集流體。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的高性能超級電容器，其特征在于，正極集流體上，正極漿料層的涂覆質(zhì)量為0. 145 0. 155克/厘米2正極集流體，負極集流體上，負極漿料層的涂覆質(zhì)量為0. 130 0. 140克/厘米2負極集流體。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高性能超級電容器，其特征在于，所述正極集流體的材質(zhì)為泡沫鎳、沖孔鍍鎳鋼帶、沖孔毛刺鍍鎳鋼帶或沖孔三維鋼帶，所述負極集流體的材質(zhì)為泡沫鎳、鎳帶、鍍鎳鋼帶、銅帶、鍍銀銅帶、鍍鎳銅帶或銀帶。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高性能超級電容器，其特征在于，所述的正極添加劑由如下質(zhì)量比的組分組成過渡金屬氧化物過渡金屬氫氧化物稀士氧化物物=1 0. 2 1. 0 :0. 2 0. 8 ；pt/ . 'τΛ ·過渡金屬氧化物過渡金屬氫氧化物混合稀士氧化物物=1 0. 2 1. 0 :0. 2 0. 8 ；所述負極添加劑各組分的質(zhì)量比為金屬氧化物氧化還原準電容材料=1 9 11。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的高性能超級電容器，其特征在于，所述的正極添加劑由如下質(zhì)量比的組分組成過渡金屬氧化物過渡金屬氫氧化物混合稀士氧化物物=.1 0. 4 0. 8 :0. 3 0. 6，所述負極添加劑各組分的質(zhì)量比為金屬氧化物氧化還原準電容材料=1 8 12。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高性能超級電容器，其特征在于 所述的正極導電劑選自鈷粉、鎳粉、炭黑或石墨中的一種以上； 所述的負極導電劑選自鎳粉、炭黑或石墨中的一種以上；所述的正極粘結(jié)劑選自聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、羥丙基甲基纖維素 (HPMC)、羧甲基纖維素納(CMC)或聚乙烯醇(PVA)中的一種以上；所述的負極粘結(jié)劑選自聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、羥丙基甲基纖維素 (HPMC)、羧甲基纖維素納(CMC)、聚乙烯醇(PVA)或丁苯橡膠(SBR)中的一種以上。
18.根據(jù)權(quán)利要求1 17任一項所述的高性能超級電容器，其特征在于，所述的過渡金屬氧化物包括氧化鉿(HfO)、氧化鈷(CoO)、氧化鋅(ZnO)或氧化鎘(CdO)中的一種以上；所述的過渡金屬氫氧化物包括氫氧化鈷(Co(OH)2、氫氧化鋅(Zn(OH)2或氫氧化鎘 (Cd(OH)2中的一種以上；所述的堿土金屬氫氧化物包括氫氧化鋇(Ba(OH)2)、氫氧化鈣(Ca(OH)2)、氫氧化鎂 (Mg(OH)2)或氫氧化鈹(Be(OH)2)中的一種以上；所述的稀士氧化物包括三氧化二釔(Y2O3)、三氧化二鐿(Yb2O3)、三氧化二镥(Lu2O3)、三氧化二銩(Tm2O3)、三氧化二鉺(Er2O3)或三氧化二鈥(Ho2O3)中的一種以上；所述的混合稀土氧化物包括富鑭混合稀土氧化物、富鈰混合稀土氧化物、富釔混合稀土氧化物或富銪混合稀土氧化物中的一種以上； 所述的金屬單質(zhì)包括鉛粉、鋅粉或錫粉；所述的金屬氧化物選自二氧化鈦(Ti02)、亞氧化鈦(Ti407)、氧化鋇(BaO)、氧化鍶 (SrO)或氧化鉍(BiO)；所述的氧化還原準電容材料包括二氧化錳(MnO2)、二氧化錫(SnO2)、三氧化鉬(MoO3) 或五氧化二釩(V2O5)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18任一項所述的高性能超級電容器，其特征在于，所述的富鑭混合稀土氧化物采用三氧化二鑭(La2O3)質(zhì)量百分比含量大于或等于40%的混合稀土氧化物；所述的富鈰混合稀土氧化物采用三氧化二鈰(Ce2O3)質(zhì)量百分比含量大于或等于45% 的混合稀土氧化物；所述的富釔混合稀土氧化物采用三氧化二釔(Y2O3)質(zhì)量百分比含量大于或等于40% 的混合稀土氧化物；所述的富銪混合稀土氧化物采用三氧化二銪(Eu2O3)質(zhì)量百分比含量大于或等于10% 的混合稀土氧化物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高性能超級電容器，由正極片、負極片通過層疊組裝而成，所述的正極片包括正極集流體和涂覆在所述正極集流體上的正極漿料層，所述正極漿料層，含有質(zhì)量百分比為5～20％的正極添加劑，所述正極添加劑包括過渡金屬氧化物、過渡金屬氫氧化物、堿土金屬氫氧化物、稀士氧化物或混合稀土氧化物中的一種以上；所述的負極片包括負極集流體和涂覆在所述負極集流體上的負極漿料層；所述負漿料層，含有質(zhì)量百分比為3～35％的負極添加劑，所述負極添加劑包括金屬單質(zhì)、金屬氧化物或氧化還原準電容材料中的一種以上。本發(fā)明的電容器，工作電壓(最高可達1.7V)和能量密度(10～15Wh/kg)高，循環(huán)壽命大于5萬次，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號H01G9/042GK102324320SQ20111021504
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者華黎, 楊恩東, 梁全順, 許檢紅, 龔正大 申請人:上海奧威科技開發(fā)有限公司