[发明专利]一种硅碳超级电容器及其制造方法

说明书

本发明可以在阳极活物质中添加锂化合物而不另外设置锂金属，从而实现锂金属的多样化制作，同时可以对锂离子进行安全有效的涂料处理，完成了简单的工作，将阳极活物制成干式工艺，在湿式工艺中可以防止氧和水对锂化合物的反应，从而高寿命、高输出。可以改善高功率和高能密度，第一次混合可使两级活物质的导电材料、活性炭和锂化合物在氮的气氛下进行，从而有效阻断锂化合物的事前反应；第一次混合可以有效地阻断锂化合物的事前反应；使用配有高速回转刀的搅拌机，将导电剂、活性炭、锂化合物和烧杯进行二次混合，通过与小刀的碰撞和剪切，提高了烧杯的生长效率，从而使得绑定高质量的绑定器能够准确完成膜成型的硅碳超级电容及其制造方法。

技术领域

本发明涉及高密度与高容量的硅碳超级电容器及其制造方法，详细地说，在阳极活物中添加锂氧化物的同时，采用干式工艺制作电极，工艺简单，产品也可以有多种形态。在电极湿式工艺时，锂氧化物氧化及溶解，导致无法发挥所希望的性能的问题的硅碳超级电容器及其制造方法。

背景技术

电容器(Capacitor)是通过向彼此相对的两张电极板供应直流电压以产生静电电容的装置。根据蓄电方式不同，电气双层电容器(EDLC，Electric double layercapacitor)分为铝电解电容器、多层陶瓷电容器和超级电容器。

随着最近智能手机(Smart-phone)等数码设备及电子设备的技术迅速发展，对小型化、高机能化暨高性能电容器的要求及必要性增加，因此对具有高能量密度的硅碳超级电容器进行了多种研究。

硅碳超级电容能够结合锂离子电池的高密度能源和电气双层电容器(EDLC)的高功率优点，详细来说，锂离子作为可以插入和脱离的碳系材料在形成负极活性物质的同时，将锂离子提前掺杂到负极活性材料。与现有的电气双层电容器(EDLC)相比，每组动作电压高，具有高2至3倍的容量和高2至3倍的能量密度的优势。

为体现高密度能量，上述硅碳超级电容在向电容内部注入锂的同时，必须进行锂的插入及脱离反应的锂掺杂工程。时下，锂掺杂工程虽然研究了多种方法，但代表性的方法是，将锂金属与石墨(Graphite)等阴极活物质叠层后，通过短路产生锂金属及阴极活物质的电位差，使锂溶入阴极活物质中。

即以上硅碳超级电容由锂金属及阴极活物质的short构成，在安全性下降的同时，锂的掺杂量难以控制，制作工艺繁琐复杂，为了容纳大量锂，阴极活物质形成多孔箔，因此会产生制造成本增加的问题。

此外，由于以上硅碳超级电容的设置，产品形态只能以铝包装的形式进行，因此制造工艺复杂，具有不能以多种形态进行制作的结构性局限。

为解决这些问题，对硅碳超级电容器进行了研究，以确保阳极活物质供应锂，不使用阴极活物质摄入使用锂。

图1是现有技术中所启用的硅碳超级电容模型图。

图1的硅碳超级电容器(以下称传统技术)(100)包含锂金属氧化物分散于表面的碳纳米管复合体构成的正极活性物质(110)。

即，传统技术(100)中阳极活物质(110)的碳纳米管复合体的表面分散了锂金属氧化物，在2～5V的电压领域中，阳极活物质(110)中可以插入或脱离锂离子，因此无需另行安装锂金属或使用阴极活物质，无需事前预制工艺，锂也能从阳极活物质(110)至负极有效供给锂的优点。

一般来说，正极活性物质是用于移动电流的电极组成物和表面面积大、表面吸附力强的活性炭混合后制造的。时下，电极组成物通常由导电率高的金属或黑碳等组成的导电材料和赋予电极组成物的变形性及流动性的粘合剂和熔化粘合剂溶剂混合的湿式工序，制成带有粘石的膏状。

但是，在传统技术(100)的两极活物质(110)中添加的锂金属氧化物由于锂具有对氧气和水的敏感性，所以如前述所述，如果采用湿法工艺，锂会因溶剂发生反应而溶出及氧化，从而导致无法体现希望的性能问题。