[发明专利]一种基于活性碳电极的超级电容器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于基于超级电容器制造技术范围，特别涉及具有高放电功率特性的一种基于活性碳电极的超级电容器及其制造方法。

背景技术

超级电容器是一种新型储能装置，集高能量密度、高功率密度、长寿命等特性于一身，此外它还具有免维护、高可靠性等优点，是一种兼备电容和电池特性的新型电子元件。根据储能机理的不同其主要分为建立在界面双电层基础上的“双电层型”超级电容器以及建立在法拉第准电容基础上的“准电容型”超级电容器。碳材料的性质是决定“双电层型”超级电容器性能的决定因素。其中包括碳材料的比表面积、孔径分布、电化学稳定性和电导率等。经过研究满足要求的碳材料有活性炭，纳米碳纤维，纳米碳管等等，这方面比较典型的专利如美国MAXWELL公司的专利《具有密封电解封口的多电极双层电容器》(CA1408121A)以及北京集星联合电子科技有限公司的专利《活性炭纤维布/喷涂铝复合极板双电层电容器及其制备方法》(ZL03124290.1)。“准电容”的原理是电极材料利用锂离子或质子在材料的三维或准二维晶格立体结构中的储留来达到储存能量的目的，虽然其充放电特性与双电层电容极其相似，但其储能机理与碳材料表面的二维吸阳有较大的差别，该类电极材料包括金属氧化物、氮化物、高分子聚合物等等，目前该领域的专利主要集中在混合型超级电容器领域，如上海奥威科技开发有限公司的《一种车用动力电源超级电容器》(CN1431669)。超级电容器的关键指标包括能量密度以及放电功率等，其中制约放电功率的关键因素是电容器的内阻，而电极本身的内阻和超级电容器的组装结构又在很大程度上决定着电容器内阻的高低。因此通过制备性能优良的新型活性碳电极以及设计合理的电容器结构可以有效的降低电容器内阻并提高电容器放电功率，基于上述新型电极和外壳结构组装的超级电容器在交通、能源、航天和军用领域中具有重要的应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于活性碳电极的超级电容器及其制造方法，所述超级电容器的结构为活性碳阳极和活性碳阴极依次迭加卷绕为电极芯后，密封在不锈钢或铝外壳内构成圆柱型结构，灌注有机电解液组装成为全密封免维护型超级电容器。

所述活性碳阳极结构是将粉末状活性碳以及纤维状活性碳的混合成多孔电极物质粘附在连续带状铝箔基体正反两面上形成，在活性碳阳极的一侧边缘处没有粘附多孔电极物质，铝箔暴露在外。所述活性碳阴极结构是将粉末状活性碳以及纤维状活性碳的混合成多孔电极物质粘附在连续带状铝箔基体正反两面上形成，在活性碳阴极的一侧边缘处没有粘附多孔电极物质，铝箔暴露在外。

所述活性碳阳极及活性碳阴极的制造工艺采用浆料涂覆法制备。将粉末状活性碳以及纤维状活性碳混合成多孔电极物质粘附在连续带状铝箔基体正反两面上形成，并将电极材料与粘合剂混合，溶解在水性溶剂中制成电极浆料，活性碳纤维在此处可以增强电极的结构强度并降低电极内阻；以铝箔作为基体进行连续化涂覆，将电极浆料充分剪切搅拌，再将其均匀的刮涂在铝箔上，烘干后连续辊压，由此得到活性碳阳极及活性碳阴极。

所述有机电解液由溶质和溶剂组成；其中溶质为四乙基四氟硼酸铵，或三乙基一甲基四氟硼酸铵；溶剂为碳酸丙烯脂，环丁砜，或碳酸丙烯脂与5-40wt％d环丁砜的混合物；电解液中溶质的浓度为0.5mol/L～1.6mol/L。

一种基于活性碳电极的超级电容器制造方法，其特征在于，超级电容器的外形结构为圆柱型，电容器的正负两极的端子居于圆柱体的两端，正负极端子与电容器外壳都保持绝缘，电容器的外壳本身不带电。

所述圆柱型电容器的制作方法为将活性碳阳极、隔膜、活性碳阴极、隔膜依次叠加并卷绕成为圆柱状电极芯，活性碳阳极、活性碳阴极、隔膜之间在正负电极方向上有一定错位，将上述电极芯阳极集流体、阴极集流体分别与顶盖正极、顶盖负极通过焊接方式连接后放置在不锈钢外壳内，通过压延旋封方式完成电容器组装，正负电极端子通过楔形结构对电极芯两端的引流片产生一个应力，可有效降低接触电阻。将上述结构在真空条件下干燥处理后灌注有机电解液后完成电容器密封。