混合电化学电容器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种混合电化学电容器，包括正极、负极、介于正极和负极之间的隔板及电解液；其特征在于所述负极由两层以上的薄型碳粉末电极和介于相邻两层薄型碳粉末电极之间的负极隔板一同组合而成。本实用新型专利技术由于负极采用多层薄型碳粉末电极与负极隔板交替排布组合的形式，使得负极的等效串联电阻减小，电解质离子移动路径缩短，而比电容增高，功率密度变大。故与传统设计的混合电化学电容器相比，本实用新型专利技术除了具有功率密度高，循环寿命长这些混合电化学电容器的传统优点外，能量密度也得到了显著提高，超过２０Ｗｈ／ｋｇ，完全可以满足电动车与混合动力汽车动力电池的要求以及太阳能与风能发电站储能器件的要求。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电化学储能器件领域，具体涉及一种新型的混合电化学电容器。
技术介绍
随着经济的不断发展，能源、资源与环境等成为社会的焦点问题，寻找清洁、可再 生及资源节约型的能源是人类社会十分迫切而非常艰巨的任务。 目前，在能源领域主要有三种类型的储能器件电池、物理电容器以及电化学电容 器(也称超级电容器)。电化学电容器是近些年来发展起来的介于传统物理电容器和电池 特性之间的一种新型绿色储能器件，具有快速充放电特性，功率密度大(为普通电池的几 十倍以上)，循环寿命长(循环次数可达10万次以上)，使用温度范围宽(在_40°C 75°C 之间)。基于这些独特性能，电化学电容器有非常好的应用前景。 根据储能机理的不同，电化学电容器可分为双电层电容器和法拉第准电容器两大 类。双电层电容器是利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来存储能量，其电极通 常采用具有高比表面积的多孔炭材料。法拉第准电容电容器是指在电极表面或体相中的二 维或准二维空间上，电极活性物质进行欠电位沉积，使其发生快速、可逆的化学吸附/脱附 或氧化/还原反应，从而产生比双电层电容器更高的比容量，其电极材料主要是金属氧化 物和导电聚合物。 为了同时获得较高的能量密度和功率密度，近年来发展起来一种新型非对称型电 化学电容器(也称混合电化学电容器)，即电容器的一极是双电层电极，另一极为法拉第准 电容电极。非对称型电化学超级电容器综合了两类电化学电容器的优点，可更好地满足实 际应用中负载对电源系统的能量密度和功率密度的整体要求。 在各类金属氧化物/碳非对称型电化学电容器中，Pb02/C体系，由于材料价格低及 Pb02电极制造技术成熟，非常适合制造大容量型储能器件。 以往文献中提到的PbOyC非对称型电化学电容器，其正极采用薄型铅酸电池的正 极材料，利用PbS04/Pb02电对的氧化还原反应，负极采用涂膜活性炭或活性炭纤维布，H2S04 水溶液作电解液。由于碳电极的等效串联电阻与电解质离子移动路径等问题，一般认为碳 电极的厚度最好不超过0.3mm，即使是薄型正电极，也很难与之匹配。其结果是活性炭负极 的电容量远小于氧化铅正极，在充放电过程中，大多数正极材料未被利用，电容器的能量密 度低，无法超过20Wh/kg，还不到电池的三分之一。另外，薄型正电极也不适合制造大尺寸极 板。 以往文献中提到的Pb02/C非对称型电化学电容器，其正极为厚度仅60 ii m的电沉 积Pb02电极(其集流体为有掺杂5% Sb的Sn02镀层的Ti箔)，负极采用涂膜活性炭，H2S04 水溶液作电解液。这是典型的超级电容器设计模式，采用薄型电极时，功率密度大但能量密 度小，这是由于构成电容器的非活性组分(集流体、汇流排、极柱、隔板和外壳等)将占总质 量的更大部分，因此，其能量密度仅为电池的十分之一左右。 现有的PbOyC非对称型电化学电容器，功率密度高，循环寿命长，但其能量密度显3著低于蓄电池，达不到电动车与混合动力汽车动力电池的要求、达不到太阳能与风能发电 站储能电池的要求，大大地限制了该电容器的应用范围。
技术实现思路
本技术目的是提供一种不仅功率密度高，循环寿命长，而且能量密度也显著 提高的混合电化学电容器，以便满足电动车与混合动力汽车动力电池的要求以及太阳能与 风能发电站储能器件的要求。 本技术的技术方案是一种混合电化学电容器，包括正极、负极、介于正极和 负极之间的隔板及电解液；其特征在于所述负极由两层以上的薄型碳粉末电极和介于相邻 两层薄型碳粉末电极之间的负极隔板一 同组合而成。 本技术中所述薄型碳粉末电极之间以平叠的方式与负极隔板进行组合。 或者本技术中所述薄型碳粉末电极以折叠的方式形成多层结构，并与负极隔 板进行组合。 或者本技术中所述薄型碳粉末电极以巻叠的方式形成多层结构，并与负极隔 板进行组合。 本技术中所述薄型碳粉末电极的层数优选2 12。 本技术中所述正极为普通铅蓄电池Pb02正极。 所述普通铅蓄电池Pb(^正极由正极集流体和涂布于正极集流体上的正极铅膏 构成；而所述薄型碳粉末电极由负极集流体和涂布于负极集流体上的电容电极材料构成， 所述的电容电极材料由碳材料、导电剂和粘合剂组成，它们各自的重量百分比为碳材料 30 90%，导电剂3 50%，粘合剂5 25% ;其中所述碳材料为活性炭、碳纳米管、碳 纳米纤维、碳/炭复合物、石墨化活性炭及碳气溶胶中的一种或二种以上的混合物；所述导 电剂是炭黑、乙炔黑、石墨、膨胀石墨碳纤维中的一种或二种以上的混合物；所述粘合剂是 PTFE、 PVDF、氟橡胶、CMC及氯丁橡胶中的一种或两种以上的混合物。 当然本技术中如上述普通铅蓄电池Pb(^正极的正极铅膏配方为公知技术，本 技术对其组分及配比均参照现有技术，而不作任何限定。并且本技术中所述正极 可以同现有技术一样任意制成平板式或者管式两种型式，本技术中对此也不作限制。 本技术中所述正极集流体是普通浇铸板栅，或者铅及铅合金箔冲孔拉网板 栅，或者铅及铅合金箔冲切拉网板栅，或者铅网板栅；而所述负极集流体则是普通浇铸板 栅、或者铅及铅合金箔平板，或者铅及铅合金箔冲孔平板，或者铅及铅合金冲切拉网板栅、 或者铅网板栅。 本技术中所述隔板是由微孔橡胶、PE、PVC、PP、AGM中的一种或二种以上材料 复合制成；所述负极隔板也是由微孔橡胶、PE、 PVC、 PP、 AGM中的一种或二种以上材料复合 制成；而所述的电解液为液状或胶体状稀硫酸。 本技术中同现有技术一样，所述正极底部通过正极汇流条相连，而负极底部 通过负极汇流条相连。 本技术所述的这种混合电化学电容器同现有技术一样，其整体可以设计成普通富液型式，或者也可以设计成阀控密封型式。 本技术的优点是 1、本技术所提供的这种混合电化学电容器，由于负极采用多层薄型碳粉末电 极与负极隔板交替排布组合的形式，使得负极的等效串联电阻减小，电解质离子移动路径 縮短，而比电容增高，功率密度变大。故与传统设计的混合电化学电容器相比，本技术 除了具有功率密度高，循环寿命长这些混合电化学电容器的传统优点外，能量密度也得到 了显著提高，超过20Wh/kg，完全可以满足电动车与混合动力汽车动力电池的要求以及太阳 能与风能发电站储能器件的要求。 2、本技术中所述正极采用传统的、具有较长循环寿命的铅蓄电池Pb(^正极的 设计，在寿命指标方面能够与薄型碳粉末电极相匹配，而所述薄型碳粉末电极经过多层平 叠、折叠或者巻叠后，总电容量可达到较高的数值，方便与铅蓄电池Pb02正极在容量方面相 匹配。以下结合附图及实施例对本技术作进一步描述 附图说明图1为本技术混合电化学电容器的主剖面图； 图2为本技术混合电化学电容器的正负极连接结构示意图； 图3为本技术混合电化学电容器的局部放大剖面图； 图4为本技术中薄型碳粉末电极平叠组合结构示意图； 图5为本技术中薄型碳粉末电极折叠组合结构示意图； 图6为本技术中薄型碳粉末电极巻叠组合结构示意图。 其中1、正极；11、正极集流体；2、负极；3、隔板；4、薄型碳粉末电极；41、负极集 流体；5、负极隔板；6、正极汇流条；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合电化学电容器，包括正极（１）、负极（２）、介于正极（１）和负极（２）之间的隔板（３）及电解液；其特征在于所述负极（２）由两层以上的薄型碳粉末电极（４）和介于相邻两层薄型碳粉末电极（４）之间的负极隔板（５）一同组合而成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高建峰，柳颖，张娟，孟波，郑军伟，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]