專利名稱：：一種水系超級電容器化成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于超級電容器
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種水系超級電容器的化成方法。
背景技術(shù)：
：超級電容器是介于蓄電池和傳統(tǒng)電容器之間的一種新型儲能元件，具有比容量大、循環(huán)壽命長、比功率大、對環(huán)境無污染等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。它可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如太陽能儲能、移動通訊裝置、便攜式儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)記憶存儲系統(tǒng)、應(yīng)急后備電源、作為燃料電池的啟動電源以及電動汽車上的輔助電源等。超級電容器按儲能機(jī)理可分為雙電層電容、法拉第贗電容和混合電容等。超級電容器的電極材料包括炭材料、過渡金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物等。雙電層電容器的電極材料主要為炭材料，其缺點(diǎn)是電阻較大，在較大工作電流下工作較困難。法拉第贗電容器主要材料是多價態(tài)過渡金屬氧化物。超級電容器按電解液類型可分為有機(jī)體系和無機(jī)體系兩種超級電容器。目前市場的無機(jī)體系超級電容器采用水作為電解質(zhì)的溶劑又稱為水系超級電容器，水系超級電容器產(chǎn)品儲能大，價格相對有機(jī)體系超級電容器低很多，在大容量儲能方面優(yōu)勢明顯，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。水系超級電容器多采用非對稱的結(jié)構(gòu)設(shè)計，正極多采用Ni(OH)2、Pb02、Ru02等過渡金屬氧化物為活性物質(zhì)、充放電過程中發(fā)生法拉第過程，負(fù)極采用活性炭儲能。采用適當(dāng)?shù)姆椒▽Τ夒娙萜鬟M(jìn)行化成、激活正負(fù)極材料的活性對提高超級電容器產(chǎn)品的性能非常必要?，F(xiàn)有水系超級電容器產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，往往采用單一的恒定電流充放電方法化成，耗時很長。在充電后期由于正極為法拉第過程儲能大，負(fù)極容量相對較小，使負(fù)極處于過充狀態(tài)并析出大量氫氣。析出的氣體由于電解液的存在對極片產(chǎn)生一定的沖刷作用，使極片上的炭粉等活性物質(zhì)與集流體之間粘接松動、并會有少量炭粉脫落分散到電解液中。因而采用常規(guī)方法化成后電解液顏色會略發(fā)黑色，同時活性物質(zhì)的脫落松動會造成超級電容器產(chǎn)品容量減小、內(nèi)阻偏大。游離在電解液中的炭粉等物質(zhì)也會導(dǎo)致產(chǎn)品漏電流偏大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有水系體系超級電容器化成方法中存在的耗時長、化成中易析氫掉粉，化成效果差產(chǎn)品內(nèi)阻大等問題，提供了一種新型的水系超級電容器化成方法。.本發(fā)明的目的可以通過以下措施達(dá)到一種水系超級電容器化成方法，包括如下步驟A、將裝好正負(fù)極片及隔膜的水系超級電容器殼體內(nèi)抽真空至負(fù)壓，然后通過殼體內(nèi)部負(fù)壓吸入電解液；隨即以0.020.05倍額定電流，對超級電容器充電26小時；B、以0.20.4倍額定電流將超級電容器充電至1.5V,然后繼續(xù)以0.10.2倍額定電流對超級電容器充電，直至前述各步充電量之和達(dá)到超級電容器額定容量的1.25倍(以1.5~3倍為佳)，再以0.30.6倍額定電流放電至00.5V;C、以0.30.5倍額定電流將超級電容器充電至1.5V，然后繼續(xù)以0.150.25倍額定電流對超級電容器充電，直至本步驟的兩次充電量之和達(dá)到超級電容器額定容量的1.25倍(以1.5~3倍為佳)，再以0.40.7倍額定電流放電至00.5V;D、將超級電容器以12倍額定電流充電至1.5V，完成化成。該超級電容器化成步驟中提到的注電解液前對超級電容器內(nèi)部所施加的負(fù)壓為-0.1-0.05MPa。所注電解液的質(zhì)量為超級電容器正負(fù)極極片及隔膜總質(zhì)量的0.52倍?；煞椒ㄖ刑岬降念~定電流即超級電容器的1倍率充放電電流，單位為安培(A)，其數(shù)值等于CXU"36000，式中C為超級電容器的容量，U額為超級電容器的額度電壓。如以一只6000F水系超級電容器計算，其額定電壓為1.5V，則其額定電流為6000X1.5/3600-2.5A?；煞椒ㄖ刑岬降念~定容量為該超級電容器理論所儲存的能量，單位為安時(Ah)，其數(shù)值上與額定電流相同均為CXU額/36000。如6000F水系超級電容器的額定容量為2.5Ah。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)化成方法中采用真空注液的方法，抽出了殼體中的空氣，加快了注液速度，使電解液迅速浸潤到電極及隔膜中，提高了化成效率。隨即采用0.02~0.05倍額定電流對超級電容器進(jìn)行小電流充電，避免在未充電狀態(tài)下正極的金屬氧化物及添加材料發(fā)生副反應(yīng)，在該小電流充電狀態(tài)下，電極活性物質(zhì)初步活化同時活性物質(zhì)也與電解液得到充分浸泡。在預(yù)充電后，以0.2-0.4倍額定電流的較大電流對超級電容器進(jìn)行充電縮短了化成時間，充電至1.5V后轉(zhuǎn)為0.10.2倍額定電流的較小電流，降低了充電階段工作電壓減小了負(fù)極電位，析氫問題得到較好的緩解。經(jīng)過第一階段的充放電活化，超級電容器大電流接受能力提高，逐步轉(zhuǎn)入較大電流的充放電活化縮短化成時間，同樣在充至1.5V后轉(zhuǎn)為0.150.25倍額定電流的較小電流充電，減緩析氫問題?；勺詈箅A段以l-2倍額定電流較大電流充滿電，避免水系超級電容器處于虧電狀態(tài)影響產(chǎn)品容量及使用壽命。本發(fā)明有效避免了化成過程中極片掉粉脫落，產(chǎn)品漏電流、內(nèi)阻偏大等問題，化成周期短，提高了生產(chǎn)效率。具體實(shí)施方式實(shí)施例1:按常規(guī)方法生產(chǎn)制作6000F水系超級電容器，首先和膏制備正負(fù)極漿料，正負(fù)極活性物質(zhì)分別為氫氧化鎳和活性炭，正極配方中添加適量乙炔黑、鎳粉、氧化鈷等添加劑，負(fù)極配方中添加石墨、羧甲基纖維素鈉、聚四氟乙烯等添加劑。將正負(fù)極漿料分別均勻涂布在泡沫鎳集流體，經(jīng)烘干、壓片干燥后裁制成規(guī)定尺寸極片。將正負(fù)極極片包覆聚丙烯隔膜后交錯疊加組裝成超級電容器單體，其正負(fù)極片、隔膜總計質(zhì)量為210g。將該超級電容器接入真空系統(tǒng)，將殼體內(nèi)抽真空至負(fù)壓-0.1Mpa，然后通過殼體內(nèi)部負(fù)壓吸入6mol/LKOH電解液105g。隨即以0.05A電流對超級電容器充電6小時。以0.5A電流將超級電容器充電至1.5V，然后改以0.25A對超級電容器繼續(xù)充電，直至本步驟充電量與前一步充電電量之和達(dá)到3Ah，再以1A電流放電至0.5V。以1A電流將超級電容器充電至1.5V，然后繼續(xù)以0.5A電流對超級電容器充電，直至本步—驟充電量達(dá)到3Ah，再以1.2A電流放電至00.5V。將超級電容器以2.5A電流充電至1.5V，完成化成步驟?；煽倳r間共33小時。將上述方法化成的產(chǎn)品編號為1#，在Arbin公司BT-2000測試系統(tǒng)上對產(chǎn)品性能進(jìn)行測試，并與采用常規(guī)化成方法制作的6000F產(chǎn)品(2#)進(jìn)行對比。本實(shí)施例1至例4所采用的常規(guī)化成方法為在常壓下注液，并常溫擱置24h使電解液充分浸潤極片。隨后以0.35倍額定電流對超級電容器充電S12h，再以0.35倍額定電流將電容器放電至0V，重復(fù)以上充放電步驟共進(jìn)行三次循環(huán)完成化成。采用本發(fā)明化成方法制作產(chǎn)品與采用常規(guī)化成方法制作產(chǎn)品的對比數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下產(chǎn)品編號化成總時間(h)產(chǎn)品內(nèi)阻(mfi)容量(F)漏電流(mA)1#330.856300232#690.93610561實(shí)施例2:按常規(guī)方法生產(chǎn)制作6000F水系超級電容器，首先和膏制備正負(fù)極漿料，正負(fù)極活性物質(zhì)分別為氫氧化鎳和活性炭，正極配方中添加適量乙炔黑、鎳粉、氧化鈷等添加劑，負(fù)極配方中添加石墨、羧甲基纖維素鈉、聚四氟乙烯等添加劑。將正負(fù)極漿料分別均勻涂布在泡沫鎳集流體，經(jīng)烘干、壓片干燥后裁制成規(guī)定尺寸極片。將正負(fù)極極片包覆聚丙烯隔膜后交錯疊加組裝成超級電容器單體，其正負(fù)極片、隔膜總計質(zhì)量為210g。將該超級電容器接入真空系統(tǒng)，將殼體內(nèi)抽真空至負(fù)壓-0.05Mpa，然后通過殼體內(nèi)部負(fù)壓吸入6mol/LKOH電解液160g。隨即以0.12A電流對超級電容器充電2小時。以0.8A電流將超級電容器充電至1.5V，然后改以0.4A對超級電容器繼續(xù)充電，直至本步驟充電量與前一步充電電量之和達(dá)到6Ah，再以1A電流放電至0.5V。以1.2A電流將超級電容器充電至1.5V，然后繼續(xù)以0.6A電流對超級電容器充電，直至本步驟充電量達(dá)到6Ah,再以1.5A電流放電至0.5V。將超級電容器以5A電流充電至1.5V，完成化成步驟?；煽倳r間共28小時。將上述方法化成的產(chǎn)品編號為3#，在Arbin公司BT-2000測試系統(tǒng)上對產(chǎn)品性能進(jìn)行測試，并與采用常規(guī)化成方法制作的6000F產(chǎn)品(2#)進(jìn)行對比，對比數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例3:按常規(guī)方法生產(chǎn)制作25000F水系超級電容器，首先和膏制備正負(fù)極漿料，正負(fù)極活性物質(zhì)分別為氫氧化鎳和活性炭，正極配方中添加適量乙炔黑、鎳粉、氧化鈷等添加劑，負(fù)極配方中添加石墨、羧甲基纖維素鈉、聚四氟乙烯等添加劑。將正負(fù)極漿料分別均勻涂布在泡沬鎳集流體，經(jīng)烘干、壓片干燥后裁制成規(guī)定尺寸極片。將正負(fù)極極片包覆聚丙烯隔膜后交錯疊加組裝成超級電容器單體，其正負(fù)極片、隔膜總計質(zhì)量為820g。將該超級電容器接入真空系統(tǒng)，將殼體內(nèi)抽真空至負(fù)壓-0.1Mpa，然后通過殼體內(nèi)部負(fù)壓吸入6mol/LKOH電解液820g。隨即以0.4A電流對超級電容器充電2小時。以2.4A電流將超級電容器充電至1.5V，然后改以1.2A對超級電容器繼續(xù)充電，直至本步驟充電量與前一步充電電量之和達(dá)到22Ah，再以6A電流放電至0,2V。以3.6A電流將超級電容器充電至1.5V，然后繼續(xù)以1.8A電流對超級電容器充電，直至本步驟充電量達(dá)到22Ah，再以7A電流放電至0.2V。將超級電容器以12A電流充電至1.5V，完成化成步驟?；煽倳r間共36小時。將上述方法化成的產(chǎn)品編號為4#，在Arbin公司BT-2000測試系統(tǒng)上對產(chǎn)品性能進(jìn)行測試，并與采用常規(guī)化成方法制作的25000F水系超級電容器產(chǎn)品(5#)進(jìn)行對比，對比數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例4:按常規(guī)方法生產(chǎn)制作50000F水系超級電容器，首先和膏制備正負(fù)極漿料，正負(fù)極活性物質(zhì)分別為氫氧化鎳和活性炭，正極配方中添加適量乙炔黑、鎳粉、氧化鈷等添加劑，負(fù)極配方中添加石墨、羧甲基纖維素鈉、聚四氟乙烯等添加劑。將正負(fù)極漿料分別均勻涂布在泡沫鎳集流體，經(jīng)烘干、壓片干燥后裁制成規(guī)定尺寸極片。將正負(fù)極極片包覆聚丙烯隔膜后交錯疊加組裝成超級電容器單體，其正負(fù)極片、隔膜總計質(zhì)量為1580g。將該超級電容器接入真空系統(tǒng)，將殼體內(nèi)抽真空至負(fù)壓-0.08Mpa，然后通過殼體內(nèi)部負(fù)壓吸入6mol/LKOH電解液3160g。隨即以1A電流對超級電容器充電2小時。以8A電流將超級電容器充電至1.5V，然后改以4A對超級電容器繼續(xù)充電，直至本步驟充電量與前一步充電電量之和達(dá)到55Ah，再以10A電流放電至0V。以10A電流將超級電容器充電至1.5V,然后繼續(xù)以5A電流對超級電容器充電，直至本步驟充電量達(dá)到55Ah，再以12A電流放電至0V。將超級電容器以30A電流充電至1.5V，完成化成步驟?；煽倳r間共37小時。將上述方法化成的產(chǎn)品編號為6#，在Arbin公司BT-2000測試系統(tǒng)上對產(chǎn)品性能進(jìn)行測試，并與采用常規(guī)化成方法制作的50000F水系超級電容器產(chǎn)品(7#)進(jìn)行對比，對比數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1、一種水系超級電容器化成方法，其特征在于包括如下步驟A、將裝好正負(fù)極片及隔膜的水系超級電容器殼體內(nèi)抽真空至負(fù)壓，然后通過殼體內(nèi)部負(fù)壓吸入電解液；隨即以0.02～0.05倍額定電流，對超級電容器充電2～6小時；B、以0.2～0.4倍額定電流將超級電容器充電至1.5V，然后繼續(xù)以0.1～0.2倍額定電流對超級電容器充電，直至前述各步充電量之和達(dá)到超級電容器額定容量的1.2～5倍，再以0.3～0.6倍額定電流放電至0～0.5V；C、以0.3～0.5倍額定電流將超級電容器充電至1.5V，然后繼續(xù)以0.15～0.25倍額定電流對超級電容器充電，直至本步驟的兩次充電量之和達(dá)到超級電容器額定容量的1.2～5倍，再以0.4～0.7倍額定電流放電至0～0.5V；D、將超級電容器以1～2倍額定電流充電至1.5V，完成化成。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟A中所述的負(fù)壓為-0.1-0.05Mpa。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟B中以0.10.2倍額定電流對超級電容器充電時，直至前述各步充電量之和達(dá)到超級電容器額定容量的1.53倍。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟C中以0.150.25倍額定電流對超級電容器充電時，直至本步驟的兩次充電量之和達(dá)到超級電容器額定容量的1.53倍。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于吸入水系超級電容器殼體內(nèi)的電解液的質(zhì)量為超級電容器正負(fù)極極片及隔膜總質(zhì)量的0.52倍。全文摘要本發(fā)明提供了一種水系超級電容器化成方法，該法采用真空注液加入定量電解液，并采用分階段多步驟不同電流值對水系超級電容器進(jìn)行充放電活化，有效改善了化成過程中極片掉粉脫落現(xiàn)象，提高了超級電容器漏電流、內(nèi)阻產(chǎn)品性能；同時化成周期較大縮短，提高了生產(chǎn)效率。文檔編號H01G9/155GK101656156SQ20091018350公開日2010年2月24日申請日期2009年9月22日優(yōu)先權(quán)日2009年9月22日發(fā)明者佘沛亮,明張,王金同,蘇迎東申請人:南京雙登科技發(fā)展研究院有限公司