專利名稱：：儲(chǔ)能組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是涉及一種儲(chǔ)能組件，特別是涉及一種于負(fù)極表面包覆有一保護(hù)層的儲(chǔ)能組件。
背景技術(shù)：
：隨著可攜帶式電子產(chǎn)品與電動(dòng)車輛的發(fā)展，能兼具高能量、快速充放電、長(zhǎng)使用時(shí)間等特性的儲(chǔ)能組件，成為各方開發(fā)的主要目標(biāo)之一?！銇碚f，儲(chǔ)能組件可分為電池和電容器兩種。電池本身為利用氧化還原所產(chǎn)生的化學(xué)能原理來儲(chǔ)存電能，其設(shè)計(jì)上是以正常使用情況下做長(zhǎng)效性的小電流放電為主，故電極材料的開發(fā)是著重在長(zhǎng)時(shí)間使用及高電量?jī)?chǔ)存的方面，必須具有高能量密度。但其缺點(diǎn)是由于涉及電極結(jié)構(gòu)的化學(xué)氧化還原，反應(yīng)速率較慢，一次充電往往需要耗費(fèi)數(shù)小時(shí)的等待時(shí)間，無法適應(yīng)高功率輸出的需求，若勉強(qiáng)為之則會(huì)造成電池性能的劣化。另一方面，電容器乃利用電荷積聚的物理方式儲(chǔ)能，因此短時(shí)間即能完全充電，并能將所儲(chǔ)存的電量在瞬間完全放出。例如利用電化學(xué)儲(chǔ)能的超高電容器能在短時(shí)間內(nèi)快速進(jìn)行充放電，具備高功率的優(yōu)點(diǎn)，可于瞬間提供相當(dāng)高的電流。但綜觀目前的超高電容器系統(tǒng)，主要是以電極與電解液離子間的吸附/脫附進(jìn)行物理儲(chǔ)能，其所能儲(chǔ)存的能量實(shí)在太低，無法與電池相比擬，使其用途僅受限于各類備用電源的范疇。因此，開發(fā)兼具高能量與高功率特性的儲(chǔ)能組件，能夠兼有電池的「高能量」，以及電容器的「高功率」特性者，便成為各方所努力的目標(biāo)。儲(chǔ)能組件能儲(chǔ)存的能量(E)正比于組件的電容量(Q)與組件工作電壓(V)。在現(xiàn)有超高電容器中，是由高表面積碳材或金屬氧化物組成電極材料，搭配含有離子鹽類的水溶液或非水溶液作為電解液，其組件由兩相同電極對(duì)稱組成。但此種對(duì)稱型組件在水系電解液中的工作電壓最大僅能達(dá)1.2V，若改用非水系電解液，其工作電壓最大僅達(dá)2.52.7V，能量密度無法提高。另一方面，具有氧化還原能力的金屬氧化物如Ru02則由于其原料價(jià)格非常昂貴，因而欠缺市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性。因此，為了增加可供利用的電位區(qū)間，提高組件工作電壓，近年來陸續(xù)有多種利用不對(duì)稱電極的設(shè)計(jì)推出，顧名思義乃是采取兩種不同材料分別作為組件的正、負(fù)極者。在美國(guó)專利5，953，204號(hào)中所公開的電雙層電容器，是以活性碳為正極，而以不與鋰離子產(chǎn)生合金化的多孔性鎳(Ni)集電體上擔(dān)負(fù)能讓鋰離子嵌入/脫出的碳材作為負(fù)極，其工作電壓可達(dá)4.0V。在世界專利W02005/096333中所開發(fā)的有機(jī)電解質(zhì)電容器，是以活性碳為正極，而以能讓溶液中鋰離子嵌入的介孔碳材(mesoporouscarbon)作為負(fù)極，其工作電壓可達(dá)4.0V。但由于碳材與鋰離子的嵌入反應(yīng)電位相當(dāng)接近于OV，在快速充放電過程中很容易造成鋰金屬沉積在碳材表面，進(jìn)而剌穿隔離膜而發(fā)生短路。此外，為達(dá)高電容量的效果，以上所提及的負(fù)極碳材必須具有特定結(jié)構(gòu)，因此，需經(jīng)過復(fù)雜且成本昂貴的特殊化學(xué)制造程序。美國(guó)專利6，252，762號(hào)發(fā)表利用電雙層吸附特性的活性碳作為正極活性3材料，搭配一種具備讓電解液中鋰離子嵌入的Li4Ti5012活性材料，其工作電壓可達(dá)3.0V，但Li4Ti5012負(fù)極活性材料與鋰離子的反應(yīng)電位較碳材高，約1.5V，如此一來降低了組件可利用的電位區(qū)間，且此材料必須在特定合成條件下才能具有良好的充放電容量維持率，其合成條件繁雜不易掌控。以上系統(tǒng)所使用的負(fù)極材料中，碳材與鋰離子反應(yīng)具有372mAh/g的理論電容量，但與鋰離子的嵌入反應(yīng)電位相當(dāng)接近于OV，在快速充放電過程中很容易造成鋰金屬沉積在碳材表面，進(jìn)而剌穿隔離膜而發(fā)生短路。1^4115012材料與鋰離子的反應(yīng)電位較碳材高，約1.5V，雖然提高了安全性但降低了組件可利用的電位區(qū)間，且其與鋰離子反應(yīng)僅有140160mAh/g的低電容量，若欲制作一大容量的組件，就必須使用相當(dāng)大量的活性材料，無形中也增加了整體組件的重量。此外，雖然目前可通過使用如銻、鉍、硅、錫、鉛、鋁、鎵、銦、鎘或鋅等材料為負(fù)極，通過這些材料與鋰離子反應(yīng)形成合金的反應(yīng)，來達(dá)到使負(fù)極具備較碳材更高的電容量的目的，但此類負(fù)極材料于鋰離子在嵌入反應(yīng)形成合金時(shí)，會(huì)伴隨發(fā)生較原材料數(shù)倍的體積膨脹，而當(dāng)鋰離子脫出合金時(shí)，其體積又會(huì)收縮回到原始材料狀態(tài)。此一嵌入-脫出的反應(yīng)過程造成劇烈的體積膨脹_收縮，其對(duì)材料產(chǎn)生的應(yīng)力，往往使材料結(jié)構(gòu)脆裂而瓦解，影響材料壽命甚巨。因此，在使用類似合金負(fù)極時(shí)，首先必須能解決如何使電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于基本上克服上述現(xiàn)有的儲(chǔ)能組件的種種缺陷，從而提供一種具有高能量的儲(chǔ)能組件。本發(fā)明提供一種儲(chǔ)能組件，包括一正極；一負(fù)極，表面包覆有一保護(hù)層；以及電解液。該正極由一具備快速儲(chǔ)能的電化學(xué)電容能力者披覆于一集電體所構(gòu)成，該負(fù)極則由能與鋰離子產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)的金屬材料所構(gòu)成，且金屬材料表面進(jìn)一步包覆有一保護(hù)層，該保護(hù)層是由該金屬材料的氧化物或氫氧化物所構(gòu)成，此金屬材料并可直接作為集電體之用。正極與負(fù)極之間并搭配含鋰離子鹽類的電解液，以使該儲(chǔ)能組件具備高能量與快速充放電的能力。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明采用正極與負(fù)極以不同材料的不對(duì)稱設(shè)計(jì)，可使本發(fā)明的儲(chǔ)能組件的工作電壓有效地被提高，達(dá)到提高能量的目的。為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下圖1為實(shí)施例1的具有活性碳/鋁(含2.0V化成表面保護(hù)層)不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。圖2為實(shí)施例2的具有活性碳/鋁(含4.0V化成表面保護(hù)層)不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。圖3為實(shí)施例2的具有活性碳/鋁(含4.0V化成表面保護(hù)層)不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能組件在1mA充放電循環(huán)下，電容量維持率隨循環(huán)次數(shù)的變化。圖4為實(shí)施例3的具有活性碳/鋁(含6.0V化成表面保護(hù)層)不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。圖5為實(shí)施例3的具有活性碳/鋁(含6.OV化成表面保護(hù)層)不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能組件在1mA充放電循環(huán)下，電容量維持率隨循環(huán)次數(shù)的變化。圖6為實(shí)施例4的具有導(dǎo)電高分子PMeT/鋁(含6.OV化成表面保護(hù)層)不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。圖7為實(shí)施例4的具有導(dǎo)電高分子PMeT/鋁(含6.OV化成表面保護(hù)層)不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能組件在2mA充放電循環(huán)下，電容量維持率隨循環(huán)次數(shù)的變化。圖8為實(shí)施例5的具有導(dǎo)電高分子PEDOT/鋁(含6.OV化成表面保護(hù)層)不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。圖9為實(shí)施例5的具有導(dǎo)電高分子PEDOT/鋁(含6.OV化成表面保護(hù)層)不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能組件在1.5mA充放電循環(huán)下，電容量維持率隨循環(huán)次數(shù)的變化。圖10為比較實(shí)施例1的具有活性碳/活性碳對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。圖11為比較實(shí)施例2的具有導(dǎo)電高分子/鋁不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。圖12為比較實(shí)施例3的具有活性碳/鋁不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。圖13為比較實(shí)施例4的具有活性碳/活性碳對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。圖14為比較實(shí)施例4的具有活性碳/活性碳對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能組件在1mA充放電循環(huán)下，電容量維持率隨循環(huán)次數(shù)的變化。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一實(shí)施例，提供一種儲(chǔ)能組件，包括一正極，一負(fù)極，表面包覆有一保護(hù)層，以及電解液。本發(fā)明為一種不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，正極由一具備快速儲(chǔ)能的電化學(xué)電容能力者披覆于一集電體所構(gòu)成，負(fù)極則由能與鋰離子產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)的金屬材料所構(gòu)成，此金屬材料并可直接作為集電體之用。此外，負(fù)極金屬材料表面進(jìn)一步包覆有一保護(hù)層，可由該金屬材料的氧化物或氫氧化物所構(gòu)成。正極與負(fù)極間并搭配含鋰離子鹽類的電解液，以使該儲(chǔ)能組件具備高能量與快速充放電的能力。本發(fā)明正極具備快速儲(chǔ)能的電化學(xué)電容材料可包含活性碳、導(dǎo)電高分子等。若使用的正極活性物質(zhì)為活性碳，所利用的儲(chǔ)能機(jī)制為對(duì)電解液離子吸附/脫附的高度可逆性，可快速充放電，其電容量約為2030mAh/g。有鑒于儲(chǔ)能組件的能量正比于材料的電容量，因此除活性碳以外，具備快速摻雜_去摻雜反應(yīng)能力且高可逆性的導(dǎo)電高分子如聚苯胺(polyaniline)、聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(polythiophene)等導(dǎo)電性高分子及其相關(guān)衍生物，其電容量約為4070mAh/g，也可作為正極活性物質(zhì)使用。其中尤以聚噻吩(polythiophene)類衍生物的聚3-甲基噻吩(poly(3-methylthiophene)，PMeT)、聚3，4-乙撐雙氧噻吩(poly(3，4-ethylenedioxythiophene)，PED0T)、聚3_(4_氟苯噻吩)(poly(3-(4-fluorophenylthiophene))，PFPT)等具有較佳的穩(wěn)定性及較高的反應(yīng)電位，有利于組件工作電壓的提升，由于儲(chǔ)能組件的能量正比于材料的工作電壓，因此如PMeT、PED0T、PFPT等，特別有利于組件能量密度的提高。正極可由活性碳、導(dǎo)電高分子或其組合披覆于一集電體所構(gòu)成，此集電體通常為具有良好導(dǎo)電性的材料，如鋁、鎳、不銹鋼、碳、鉑等，通常以鋁為較佳的選擇。本發(fā)明儲(chǔ)能組件所使用的的負(fù)極材料較正極材料具有更高電容量，且能與鋰離子通過電化學(xué)反應(yīng)形成合金，如銻、鉍、硅、錫、鉛、鋁、鎵、銦、鎘或鋅等材料都有此能力，其電容量較碳材電容量(372mAh/g)更高。本發(fā)明中此負(fù)極材料可直接作為集電體之用，因此以具優(yōu)良導(dǎo)電性的金屬材料為佳。在能與鋰離子反應(yīng)形成合金的金屬材料中，鋁的密度為2.70g/cm3，遠(yuǎn)較其它金屬材料為輕(銻6.68g/cm3，鉍9.79g/cm3，錫7.31g/cm3，鉛11.34g/cm3，鎵5.91g/cm3，銦7.31g/cm3，鋅7.14g/cm3Jg:8.65g/cm3)，若能直接使用鋁箔作為負(fù)極活性材料并扮演集電體之用，一方面因鋁相較于現(xiàn)行儲(chǔ)能組件負(fù)極集電體常使用的銅、鎳等具有重量輕的優(yōu)點(diǎn)，而能使組件整體能量密度獲得提高，另一方面則因得免去進(jìn)行繁雜的活性物質(zhì)涂布、干燥、輥壓程序，制備過程更為簡(jiǎn)便。此外鋁與鋰離子間嵌入與脫出的反應(yīng)電位約在0.20.5V之間，其較碳材為高可因此避免發(fā)生短路的可能。另此外，鑒于所形成合金材料在充放電過程中因脆裂而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)瓦解的問題，本發(fā)明于鋁負(fù)極表面更進(jìn)一步形成一保護(hù)層，通過此保護(hù)層的存在得以在施以電化學(xué)過程中與電解液中鋰離子產(chǎn)生反應(yīng)后形成一穩(wěn)定架構(gòu)(matrix)，即可達(dá)到穩(wěn)定化電極結(jié)構(gòu)的目的，有利于組件在長(zhǎng)時(shí)間充放電循環(huán)的電容量維持。此保護(hù)層為鋁箔表面經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)方式化成處理者，使其表面部分形成含有氧化物或氫氧化物的保護(hù)層皮膜，此皮膜厚度由化成電壓決定，約為1.3nm/V。一般來說該保護(hù)層厚度可在1200nm之間，以150nm間較佳。此外，本發(fā)明所使用的電解液為含鋰離子鹽類的溶液，其中該鋰離子鹽類可包含如LiPF6、LiBF4、LiC104、LiB(C204)2、LiAsF6、LiCF3S03、LiN(CF3S02)2、LiN(C2F5S02)2或LiC(CF3S02)3等，其濃度可在0.22M之間。綜上所述，正極與負(fù)極采不同材料的不對(duì)稱設(shè)計(jì)可使組件工作電壓有效地被提高，達(dá)到提高能量的目的。實(shí)施例1活性碳/鋁箔(含表面保護(hù)層)不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)(1)首先，將活性碳粉末(NoritSXUltraactivatedcarbon)加入以CMC(羧甲基纖維素，鈉鹽)溶于去離子水/甲醇(體積比1:1)所配制成的粘結(jié)劑溶液中進(jìn)行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中活性碳粘結(jié)劑的重量比為90:10。之后，以刮刀將漿料涂布于鋁箔上，并待溶劑揮發(fā)后置于真空烘箱中烘干。待以輥壓機(jī)進(jìn)一步將極板壓實(shí)后，裁剪成所需尺寸備用。采用表面經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)化成處理的鋁箔為負(fù)極，其表面部分含有氧化物或氫氧化物的保護(hù)層皮膜。此皮膜的化成電壓為2.0V。取涂布活性碳的鋁箔極片(0.0220g)為正極與負(fù)極蝕刻鋁箔(2.0V化成，0.0158g)，搭配含1MLiPF6鹽類的電解液組成測(cè)試組件。此組成組件以0.25mA定電流進(jìn)行測(cè)試，每次充放電循環(huán)過程中靜置平衡30分鐘。圖1為此組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。組件電壓范圍為2.44.2V，以正、負(fù)極總重量換算得到的組件能量密度為617.9Wh/kg。實(shí)施例2活性碳/鋁箔(含表面保護(hù)層)不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)(2)首先，將活性碳粉末(NoritASupra)加入以導(dǎo)電碳與粘結(jié)劑溶于去離子水所配制成的粘結(jié)劑溶液中進(jìn)行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中活性碳導(dǎo)電碳粘結(jié)劑的重量比為ioo:5:10。之后，以刮刀將漿料涂布于鋁箔上，并待溶劑揮發(fā)后置于真空烘箱中烘干。待以輥壓機(jī)進(jìn)一步將極板壓實(shí)后，裁剪成所需尺寸備用。采用表面經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)化成處理的鋁箔為負(fù)極，其表面部分含有氧化物或氫氧化物的保護(hù)層皮膜。此皮膜的化成電壓為4.0V。取涂布活性碳的鋁箔極片(0.0097g)為正極與負(fù)極蝕刻鋁箔(4.0V化成，0.0158g)，搭配含1MLiPFe鹽類的電解液組成測(cè)試組件。此組成組件以lmA定電流進(jìn)行測(cè)試，每次充放電循環(huán)過程中靜置平衡30秒。圖2為此組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。組件電壓范圍為2.84.4V，以正、負(fù)極總重量換算得到的組件能量密度為13.3Wh/kg。圖3為此組件在lmA充放電循環(huán)下，電容量隨循環(huán)次數(shù)的變化，經(jīng)500次充放電循環(huán)后，電容量維持率約為82.2%。實(shí)施例3活性碳/鋁箔(含表面保護(hù)層)不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)(3)首先，將活性碳粉末(NoritASupra)加入以導(dǎo)電碳與粘結(jié)劑溶于去離子水所配制成的粘結(jié)劑溶液中進(jìn)行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中活性碳導(dǎo)電碳粘結(jié)劑的重量比為ioo:5:10。之后，以刮刀將漿料涂布于鋁箔上，并待溶劑揮發(fā)后置于真空烘箱中烘干。待以輥壓機(jī)進(jìn)一步將極板壓實(shí)后，裁剪成所需尺寸備用。采用表面經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)化成處理的鋁箔為負(fù)極，其表面部分含有氧化物或氫氧化物的保護(hù)層皮膜。此皮膜的化成電壓為6.0V。取涂布活性碳的鋁箔極片(0.0097g)為正極與負(fù)極蝕刻鋁箔(6.0V化成，0.0158g)，搭配含1MLiPF6鹽類的電解液組成測(cè)試組件。此組成組件以lmA定電流進(jìn)行測(cè)試，每次充放電循環(huán)過程中靜置平衡30秒。圖4為此組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。組件電壓范圍為2.84.4V，以正、負(fù)極總重量換算得到的組件能量密度為13Wh/kg。圖5為此組件在lmA充放電循環(huán)下，電容量隨循環(huán)次數(shù)的變化，經(jīng)500次充放電循環(huán)后，電容量維持率約為92.0%。實(shí)施例4導(dǎo)電高分子/鋁箔(含表面保護(hù)層)不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)(1)首先，以3-甲基噻吩(3-methylthiophene)為單體，加入氯化鐵氧化劑，于三氯甲烷溶劑中進(jìn)行反應(yīng)，并以冰浴控制其反應(yīng)速率。待反應(yīng)5小時(shí)后進(jìn)行抽氣過濾，并將甲醇與去離子水清洗所得的產(chǎn)物，于7(TC真空下烘干，即可獲得粉末狀的聚3-甲基噻吩poly(3-methylthiophene，PMeT)導(dǎo)電高分子。接著，將PMeT粉末與導(dǎo)電碳混合均勻，加入以CMC溶于去離子水/甲醇(體積比1:1)所配制成的粘結(jié)劑溶液中進(jìn)行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中PMeT:導(dǎo)電碳粘結(jié)劑的重量比為70:20:io。之后，以刮刀將漿料涂布于鋁箔上，并待溶劑揮發(fā)后置于真空烘箱中烘干。待以輥壓機(jī)進(jìn)一步將極板壓實(shí)后，裁剪成所需尺寸備用。采用表面經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)化成處理的鋁箔為負(fù)極，其表面部分含有氧化物或氫氧化物的保護(hù)層皮膜。此皮膜的化成電壓為6.0V。取涂布PMeT的鋁箔極片(0.0106g)為正極，蝕刻鋁箔(6.OV化成，0.0158g)為負(fù)極，搭配含1MLiPFe鹽類的電解液組成測(cè)試組件。此組成組件以2mA定電流進(jìn)行測(cè)試，每次充放電循環(huán)過程中靜置平衡30秒。圖6為此組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。組件電壓范圍為2.23.6V，以正、負(fù)極總重量換算得到的組件能量密度為16.OWh/kg。圖7為此組件在2mA充放電循環(huán)下，電容量隨循環(huán)次數(shù)的變化，經(jīng)500次充放電循環(huán)后，電容量維持率約為87.5%。實(shí)施例5導(dǎo)電高分子/鋁箔(含表面保護(hù)層)不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)(2)首先，以3，4-乙撐雙氧噻吩(3，4-ethylenedioxythiophene，ED0T)為單體，加入1.5倍摩爾比的對(duì)-甲苯磺酸鐵(Iron(III)p-toluenesulfonate)為氧化劑，于正丁醇溶劑中進(jìn)行反應(yīng)，并以冰浴控制其反應(yīng)速率。待反應(yīng)5小時(shí)后進(jìn)行抽氣過濾，并將甲醇與去離子水清洗所得的產(chǎn)物，于7(TC真空下烘干，即可獲得粉末狀的聚3，4-乙撐雙氧噻吩(poly(3，4-ethylenedioxythiophene)，PED0T)導(dǎo)電高分子。接著，將PEDOT粉末與導(dǎo)電碳混合均勻，加入以EPDMrubber溶于正庚烷所配制成的粘結(jié)劑溶液中進(jìn)行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中PED0T:導(dǎo)電碳粘結(jié)劑的重量比為70:20:10。之后，以刮刀將漿料涂布于鋁箔上，并待溶劑揮發(fā)后置于真空烘箱中烘干。待以輥壓機(jī)進(jìn)一步將極板壓實(shí)后，裁剪成所需尺寸備用。采用表面經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)化成處理的鋁箔為負(fù)極，其表面部分含有氧化物或氫氧化物的保護(hù)層皮膜。此皮膜的化成電壓為6.0V。取涂布PED0T的鋁箔極片(0.0140g)為正極，蝕刻鋁箔(6.0V化成，0.0158g)為負(fù)極，搭配含1MLiPFe鹽類的電解液組成測(cè)試組件。此組成組件以1.5mA定電流進(jìn)行測(cè)試，每次充放電循環(huán)過程中靜置平衡30秒。圖8為此組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。組件電壓范圍為2.43.8V，以正、負(fù)極總重量換算得到的組件能量密度為11.7Wh/kg。圖9為此組件在1.5mA充放電循環(huán)下，電容量隨循環(huán)次數(shù)的變化，經(jīng)500次充放電循環(huán)后，電容量維持率約為80.5%。比較實(shí)施例1活性碳/活性碳對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)首先，將活性碳粉末(NoritSXUltraactivatedcarbon)加入以CMC溶于去離子水/甲醇(體積比l:1)所配制成的粘結(jié)劑溶液中進(jìn)行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中活性碳粘結(jié)劑的重量比為90:io。之后，以刮刀將漿料涂布于鋁箔上，并待溶劑揮發(fā)后置于真空烘箱中烘干。待以輥壓機(jī)進(jìn)一步將極板壓實(shí)后，裁剪成所需尺寸備用。取兩片相同涂布活性碳的鋁箔極片(0.0197g)分別作為正極與負(fù)極之用，搭配含1MLiPFe鹽類的電解液組成測(cè)試組件。此組成組件以0.42mA定電流進(jìn)行測(cè)試，每次充放電循環(huán)過程中靜置平衡30分鐘。圖IO為此組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。組件電壓范圍為02.5V，以正、負(fù)極總重量換算得到的組件能量密度為3.59Wh/kg。比較實(shí)施例2導(dǎo)電高分子/鋁箔不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)首先，以3-甲基噻吩(3-methylthiophene)為單體，加入氯化鐵氧化劑，于三氯甲烷溶劑中進(jìn)行反應(yīng)，并以冰浴控制其反應(yīng)速率。待反應(yīng)5小時(shí)后進(jìn)行抽氣過濾，并將甲醇與去離子水清洗所得的產(chǎn)物，于7(TC真空下烘干，即可獲得粉末狀的聚3-甲基噻吩poly(3-methylthiophene，PMeT)導(dǎo)電高分子。接著，將PMeT粉末與導(dǎo)電碳混合均勻，加入以CMC溶于去離子水/甲醇(體積比1:1)所配制成的粘結(jié)劑溶液中進(jìn)行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中PMeT:導(dǎo)電碳粘結(jié)劑的重量比為70:20:io。之后，以刮刀將漿料涂布于鋁箔上，并待溶劑揮發(fā)后置于真空烘箱中烘干。待以輥壓機(jī)進(jìn)一步將極板壓實(shí)后，裁剪成所需尺寸備用。以涂布PMeT的鋁箔極片(0.0195g)為正極，鋁箔(未經(jīng)蝕刻，未化成，0.0120g)為負(fù)極，搭配含1MLiPF6鹽類的電解液組成測(cè)試組件。此組件以0.18375mA定電流進(jìn)行連續(xù)充放電測(cè)試。圖ll為此組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。組件電壓范圍為1.03.6V，以正、負(fù)極總重量換算得到的組件能量密度為8.21Wh/kg。比較實(shí)施例3活性碳/鋁箔不對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)首先，將活性碳粉末(Norit②SXUltraactivatedcarbon)加入以CMC溶于去離子水/甲醇(體積比l:1)所配制成的粘結(jié)劑溶液中進(jìn)行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中活性碳粘結(jié)劑的重量比為90:io。之后，以刮刀將漿料涂布于鋁箔上，并待溶劑揮發(fā)后置于真空烘箱中烘干。待以輥壓機(jī)進(jìn)一步將極板壓實(shí)后，裁剪成所需尺寸備用。取涂布活性碳的鋁箔極片(0.0197g)為正極，蝕刻鋁箔(未化成，O.0125g)為負(fù)極，搭配含1MLiPF6鹽類的電解液組成測(cè)試組件。此組成組件以0.21mA定電流進(jìn)行測(cè)試。圖12為此組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。組件電壓范圍為2.64.4V，以正、負(fù)極總重量換算得到的組件能量密度為8.26Wh/kg。比較實(shí)施例4活性碳/活性碳對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)首先，將活性碳粉末(NoritASupra)加入以導(dǎo)電碳與粘結(jié)劑溶于去離子水所配制成的粘結(jié)劑溶液中進(jìn)行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中活性碳導(dǎo)電碳粘結(jié)劑的重量比為ioo:5:10。之后，以刮刀將漿料涂布于鋁箔上，并待溶劑揮發(fā)后置于真空烘箱中烘干。待以輥壓機(jī)進(jìn)一步將極板壓實(shí)后，裁剪成所需尺寸備用。取兩片相同涂布活性碳的鋁箔極片(O.OlOOg)分別作為正極與負(fù)極之用，搭配含1MLiPFe鹽類的電解液組成測(cè)試組件。此組成組件以lmA定電流進(jìn)行測(cè)試，每次充放電循環(huán)過程中靜置平衡30秒。圖13為此組件在定電流充放電的各次循環(huán)充放電曲線。組件電壓范圍為03.2V，以正、負(fù)極總重量換算得到的組件能量密度為4.77Wh/kg。圖14為此組件在lmA充放電循環(huán)下，電容量隨循環(huán)次數(shù)的變化，經(jīng)500次充放電循環(huán)后，電容量維持率約為72%。上述實(shí)施例15與比較實(shí)施例14的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納列于表一與表二。表一<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>相較于正、負(fù)電極采相同活性碳的對(duì)稱型設(shè)計(jì)，采用鋁箔為負(fù)極材料的不對(duì)稱型組件是具有較高的工作電壓及能量密度，而在負(fù)極鋁箔表面另形成一保護(hù)層時(shí)，將更有利于能量密度的提升。表二<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>如比較實(shí)施例4中采正、負(fù)電極相同活性碳的對(duì)稱型設(shè)計(jì)者，其工作電壓相較比較實(shí)施例1中提高僅有助于能量密度自3.59Wh/kg至4.77Wh/kg的微幅提升，但此舉對(duì)循環(huán)過程的電容量維持率產(chǎn)生不利影響。相較于正、負(fù)電極采相同活性碳的對(duì)稱型設(shè)計(jì)，本發(fā)明于負(fù)極表面包覆有一保護(hù)層的不對(duì)稱型組件是具有較高工作電壓、能量密度及較佳的電容量維持率。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。權(quán)利要求一種儲(chǔ)能組件，包括一正極；一負(fù)極，表面包覆有一保護(hù)層；以及一電解液。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能組件，其中所述正極是由具備快速儲(chǔ)能的電化學(xué)電容能力的材料披覆于一集電體所構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儲(chǔ)能組件，其中所述材料是由活性碳、導(dǎo)電高分子或其組合所構(gòu)成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的儲(chǔ)能組件，其中該導(dǎo)電高分子包括聚3-甲基噻吩或聚3，4-乙撐雙氧噻吩。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儲(chǔ)能組件，其中所述集電體為鋁。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能組件，其中所述負(fù)極是由一可與鋰離子產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)的金屬材料所構(gòu)成。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儲(chǔ)能組件，其中所述金屬材料為鋁。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儲(chǔ)能組件，其中所述保護(hù)層是由所述金屬材料的氧化物或氫氧化物所構(gòu)成。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能組件，其中所述電解液包含鋰離子鹽類。全文摘要本發(fā)明提供一種儲(chǔ)能組件，包括一正極；一負(fù)極，表面包覆有一保護(hù)層；以及電解液。該正極是由具備快速儲(chǔ)能電化學(xué)電容能力的材料披覆于一集電體所構(gòu)成。該負(fù)極是由一可與鋰離子產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)的金屬材料所構(gòu)成。該保護(hù)層是由該金屬材料的氧化物或氫氧化物所構(gòu)成。文檔編號(hào)H01G9/155GK101740222SQ20081017263公開日2010年6月16日申請(qǐng)日期2008年11月4日優(yōu)先權(quán)日2008年11月4日發(fā)明者李俊龍,蔡麗瑞,黃震宇申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院