[发明专利]一种聚酰亚胺超级电容器及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及电容器领域，具体涉及一种聚酰亚胺超级电容器。

 

背景技术

超级电容器是介于传统电容器与电池之间的一种新型电化学储能器件，它相比传统电容器有着更高的能量密度，静电容量能达千法拉至万法拉级；相比电池有着更高的功率密度和超长的循环寿命，因此它结合了传统电容器与电池的优点，是一种应用前景广阔的化学电源。它具有比容量高、功率大、寿命长、工作温限宽、免维护等特点。

按照储能原理的不同，超级电容器可以分为三类：双电层电容器（EDLC），法拉第准电容超级电容器和混合型超级电容器，其中双电层电容器主要是利用电极/电解质界面电荷分离所形成的双电层来实现电荷和能量的储存；法拉第准电容超级电容器主要是借助电极表面快速的氧化还原反应所产生的法拉第“准电容”来实现电荷和能量的储存；而混合型超级电容器是一极采用电池的非极化电极（如氢氧化镍），另一极采用双电层电容器的极化电极（如活性炭），这种混合型的设计可以大幅度提高超级电容器的能量密度。

超级电容器按电解质分可分为无机电解质、有机电解质、聚合物电解质三种超级电容器，其中无机电解质应用较多的为高浓度的酸性（如H₂SO₄）或碱性（如KOH）的水溶液，中性水溶液电解质应用的较少；有机电解质则一般采用季胺盐或锂盐与高电导率的有机溶剂（如乙腈）组成混合电解液，而聚合物电解质如今只停留在实验室阶段，尚无商业化产品的出现。

在申请号为200510110461.5的专利中，正极采用LiMn_2-XM_XO₄，负极采用活性炭，该超级电容器的比能量最高可达50Wh/Kg（基于正、负极活性物质总质量计算的）。但是，此类有机混合型超级电容器的能量密度与功率密度都不理想，电化学稳定性差、热稳定性差以及使用温度范围小，电容电池循环寿命短，不能满足目前人们对于电容电池有要求。

 

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种聚酰亚胺超级电容器，采用多孔炭材料，制备大容量、高功率、循环寿命长、无污染、高安全性、免维护的超级电容器。

本发明的另一目的是配合本发明的聚酰亚胺超级电容器提供一种聚酰亚胺超级电容器的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种聚酰亚胺超级电容器，包括容器壳体，电解液和电芯，所述电芯按照聚酰亚胺隔膜、正极片、聚酰亚胺隔膜、负极片的顺序依次卷绕或叠放封装在容器壳体内，其中正极片和负极片通过将正、负极浆料附着在集流体上制成，正、负极片分别连接导针，导针从容器壳体内穿出，所述正、负极浆料由按质量百分比计的以下组分组成：多孔炭材料15%-45%，导电剂0.5%-10%，胶黏剂1%-15%，溶剂30%-70%。

所述正、负极浆料粘度范围为1500cps-8500cps，固含量范围为20%-60%，PH值为6-10。

所述多孔材料为多孔碳材料乙炔黑，活性炭，导电炭黑，天然石墨，人工石墨，活性碳纤维，碳布，碳纳米管，硬碳，碳气凝胶，石墨烯中的一种或两种以上混合。

本发明中所采用的导电剂为导电炭黑、导电石墨、SP-Li、科琴黑、碳纳米管中的一种或两种以上混合。

本发明中所述聚酰亚胺隔膜的厚度为5-70μm，优选的为20-40μm；其孔隙率为50-95%，优选的为90-95%。

所述的溶剂可以是去离子水或有机溶液，根据上述组分的相溶性进行选择。

所述电解液为有机电解液，其中的电解质为为四氟硼酸锂、四氟硼酸四乙基胺、四甲基四氟硼酸胺、四丙基四氟硼酸胺、四丁基四氟硼酸胺、三甲基乙基四氟硼酸胺、二乙基二甲基四氟硼酸胺、N-乙基-N-甲基吡咯烷四氟硼酸胺、六氟磷酸锂、四乙基六氟磷酸胺、四甲基六氟磷酸胺、四丙基六氟磷酸胺、四丁基六氟磷酸胺、三甲基乙基六氟磷酸胺、三乙基甲基六氟磷酸胺、二乙基二甲基六氟磷酸胺中的一种或多种任意结合；其中有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丁烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、乙酸乙酯、乙腈中的一种或两种以上混合，电解质的浓度为0.3mol/L-4mol/L。

一种聚酰亚胺超级电容器的制备方法，其包括以下步骤：