[发明专利]一种铅碳超级电容器

说明书

本发明公开了一种铅碳超级电容器，包括正极板、碳负极板、多块铅碳双性极板、介于相邻极板之间的隔膜以及电解液；所述隔膜为AGM隔板，电解液为稀硫酸电解液；按照正极板、多块铅碳双性极板以及碳负极板依次排布组装，极板之间设置耐酸橡胶密封条，用固定螺栓定位极板并压紧固定；所述铅碳双性极板由塑料边框、集流体、正极活性物质和碳负极组成；所述集流体嵌入塑料边框中；所述集流体为正面带网格状凹槽的铅板，所述正极活性物质镶嵌在凹槽内，集流体的反面为平板状，用有机导电胶粘结碳负极。本发明的超级电容器，结构紧凑，体积小巧，具有较高的功率密度和较高能量密度。

技术领域

本发明属于电化学储能器件领域，具体涉及一种具有双性结构极板的铅碳超级电容器。

背景技术

随着国民经济的不断发展，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：各类电池、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℃～75℃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碳材料。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，PbO2/C体系，由于材料价格低及PbO2电极制造技术成熟，非常适合制造大容量型储能器件；同时由于采用硫酸水溶液作为电解质，具有非常高的电导率，因此电容器的内阻非常低；另外该体系的电化学窗口为2.40～1.00V，仅次于有机体系，非常适合制造高功率型储能器件。

专利200910115958.4公布的二氧化铅/活性炭超级电容器，正极为在平板钛电极上脉冲电沉积二氧化铅薄膜，负极为用活性炭、导电剂和粘合剂配置的浆料，在金属钛网上直接压片制备。专利201210330660.7公布的三维多孔钛基二氧化铅/活性炭的水系非对称超级电容器，正极为在三维多孔钛基电沉积二氧化铅，负极为用稻壳基多孔活性炭、导电剂和粘合剂配置的浆料，在不锈钢网上直接压片制备。这些都是典型的功率型超级电容器设计模式，薄型的正极与薄型的负极组合，功率密度大；但二氧化铅薄膜正极的容量非常小，因此电容器能量密度极小，器件体积较大，限制了其应用的范围。

专利201020632848.3公布的叠片式高电压混合电化学电容器，其正极采用形成式，具有非常长的使用寿命，实现了正负电极使用寿命的匹配；同样，形成式二氧化铅正极也类似于薄膜电极，容量值非常低，同样也未解决能量密度的问题。

在实际使用中，作为储能器件，必须将单体电容器进行串并联，达到适合的电容量与工作电压，通常采用内、外连接复合的方式。由于现有的PbO2/C非对称型电化学电容器，功率密度高，循环寿命长，但其能量密度相对较低，因此电容器组合后，体积偏大，能量密度更低，达不到电动车与混合动力汽车动力电池辅助电源的要求、达不到太阳能与风能发电站储能电池、辅助电源的要求，大大地限制了该电容器的应用范围。

发明内容