[发明专利]一种全固态超级电容器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容器及其制造方法，具体涉及一种全固态超级电容器及其制造方法。

背景技术

电容器是一种电能储存器件，但一般电容器的电容量非常低，处于μF(10-6F)或pF(10-12F)数量级，这对于储能来说效率远远不够。而超级电容器(Supercapacitor)的电容量直接使用F作为单位衡量，具有可与电池相比拟的储能能力。而与电池相比，超级电容器充放电更快，具有更强的大功率放电能力，可用作各种小型用电器的电源，又可用于各种汽车、坦克等发动机的启动系统中及各种脉冲设备，因而具有广阔的应用前景。

超级电容器由外壳、电解质、隔膜以及正、负电极组成，其中电解质与电极是关键组件。

电极材料是超级电容器性能的决定性因素，碳材料是目前人们普遍关注的优良电极材料。目前使用比较多的碳材料有活性炭和碳纳米管等，它们一般具有良好的导电性、大的比表面积、良好的化学惰性以及适合电解质离子迁移的孔隙，被认为是超级电容器尤其是高功率超级电容器的理想电极材料。许多国内外的科研工作者们都致力于超级电容器的研究，其中主要集中于对电极材料的研究，但因电解质对超级电容器起着重要的作用，如对离子传导有加速作用、对离子补充有离子源作用、对电极颗粒有粘结作用等，对电解质的研究也绝对不可忽视。

电解质在超级电容器储能与内部电流传导中起关键性作用，高分解电压、高电导率、高机械稳定性以及能够更好浸润电极表面的电解质是超级电容器研发人员寻求的目标。超级电容器的电解质包括：水系电解液、有机电解液、固体电解质和凝胶电解质。最初使用的电解质一般为液态，为了提高电解质的电压窗口，液态电解质一般使用有机溶剂溶解离子化合物，这些溶剂大多易燃且有毒性，并且液态物质易发生泄漏，严重影响超级电容器的安全性。而固体电解质和凝胶电解质具有良好的可靠性且无电解液泄露，比能量高，循环电压较宽。因此，使用安全且易加工的固态电解质取代液态电解质，是超级电容器的发展趋势。

聚合物电解质是一类固态或凝胶态电解质，其制备方法是将大量有机溶剂溶解的盐溶液以及液态增塑剂加入聚合物基体中，形成具有聚合物主体结构的稳定凝胶。它充分提高了电导率，但是降低了膜的机械强度，并使得电解质对金属电极的腐蚀活性增加了。而复合聚合物电解质(Composite polymer electrolyte，CPE)是一种两相复合的电解质体系，它是将少量微米/纳米尺寸的无机(陶瓷)/有机填料颗粒分散在常规固态聚合物电解质中制成的。这样通常能够使电解质的电导率、机械性能以及界面活性被充分的提高。

CN 101162650 B公开了一种柔性薄膜型固态超级电容器及其制造方法，包括正、负电极、外电极及封装膜，正、负电极间设有柔性固态电解质隔膜。其制造方法如下：采用印刷技术依次将外电极浆料、电极浆料、柔性固态电解质浆料、电极浆料、外电极浆料、封装浆料精确地涂于基体上，配合相应的压制、烘干、裁剪、包装工艺最终形成电极一隔膜一电极结构的柔性薄膜型固态超级电容器。利用该方法获得的超级电容器其机械强度仍较差，而且在电池工作状态下表现出较差的化学和电化学稳定性。

CN 101221853 A公开了一种半固态或全固态水系超级电容器，其正极采用含有包括锂离子、或者其他碱金属、碱土金属、稀土金属、铝或锌的一种或几种离子的混合物阳离子嵌入化合物材料，负极采用高比表面的活性炭、介孔碳或碳纳米管等，电解质采用含上述阳离子的水系聚合物凝胶电解质。该发明所用电解从其实施例可以看出主要还是凝胶状的，所以其机械强度仍较差，另一方面由于聚合物本身较高的结晶度、较低的电导率，无法满足实际需要，而且从其实施例结果看出其比容量损失较高，会影响超级电容器的使用寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种全固态的超级电容器的制造方法，利用本发明所提供的制造方法制得的超级电容器，一方面较传统的超级电容器，具有更高的安全性，电解质不易泄漏，不易燃烧爆炸，另一方面解决现有的固态电容器的不足，使其具有更高的比容量以及更长的循环寿命。

本发明所提供的超级电容器的制造方法，包括如下步骤：将固态电解质原始浆料分别涂覆在正、负电极表面，然后在真空环境中静置等待固态电解质成型，再将正、负电极中间放入隔膜后叠合在一起，最后在惰性气氛中装入外壳，得到全固态超级电容器。