復合電極、超級電容器及其制備方法

復合電極、超級電容器及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種復合電極、超級電容器及其制備方法，復合電極，包括集流體，其特征在于，在所述的集流體外表面設有復合材料層；超級電容器，包括正極(1)、負極(2)、隔膜(3)和電解質(4)，所述的隔膜(3)設于正極(1)與負極(2)間，正極(1)與隔膜(3)間填充電解質(4)；負極(2)與隔膜(3)間填充電解質(4)；所述的正極(1)和/或負極(2)采用復合電極。復合電極材料穩定性好，強度高，該超級電容器具有高容量密度，高功率密度，和優良循環穩定性等特點，可廣泛應用于電子、通信，交通運輸，能量存儲等不同領域。
【專利說明】
復合電極、超級電容器及其制備方法
技術領域
[0001]本專利涉及材料與新能源技術領域，尤其是涉及一種復合電極、超級電容器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]超級電容器是介于雙電層電容器和電池之間的電化學儲能裝置。超級電容器具有非常高的功率密度，因此可作為廣泛的應用于需要高功率的各種能源領域中，但其在需要大容量的領域卻受到限制。因此，開發一種新型的電極材料可以同時提高超級電容器的功率密度和能量密度，并使其具有更加廣泛的應用領域。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是提供一種復合電極、超級電容器及其制備方法，復合電極材料穩定性好，強度高，該超級電容器具有高容量密度，高功率密度，和優良循環穩定性等特點，可廣泛應用于電子、通信，交通運輸，能量存儲等不同領域。
[0004]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0005]—種復合電極，包括集流體，在所述的集流體外表面設有復合材料層；
[0006]所述的復合材料包括以下材料組分充分混合，且其重量份之比為:
[0007]半導體材料，10份?70份
[0008]導電基體材料，10份?70份
[0009]導電粘結劑，10份?70份
[0010]所述的半導體材料包括黑磷或磷烯的一種或兩種任意比例組合。
[0011]所述的導電基體材料包括導電高分子材料、具有贗電容性質的金屬氧化物或碳活性材料中的一種或幾種任意比例組合。
[0012]所述的導電高分子材料包括聚苯胺及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯乙烯及其衍生物、聚吡啶及其衍生物、聚喹啉及其衍生物或聚對苯及其衍生物中的一種或幾種任意比例組合；
[0013]或者，
[0014]所述的具有贗電容性質的金屬氧化物包括錳、鎳、釩、鈷或釕的氧化物中的一種或幾種任意比例組合；
[0015]或者，
[0016]所述碳活性材料包括石墨、石墨烯、碳納米管、軟碳、硬碳、碳纖維、碳凝膠或活性炭中的一種或幾種任意比例組合，以及，功能化的石墨、功能化的石墨稀、功能化的碳納米管、功能化的軟碳、功能化的硬碳、功能化的碳纖維、功能化的碳凝膠、功能化的活性炭中的一種或幾種任意比例組合。
[0017]所述的導電粘結劑包括導電劑和粘結劑，其中:
[0018]導電劑，5份?35份;導電劑包括石墨、乙炔黑、炭黑、碳纖維、石墨烯、軟碳、硬碳和碳納米管中的一種或幾種任意比例組合；
[0019]粘結劑，5份?35份;粘結劑包括聚四氟乙烯、聚偏四氟乙烯、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸和環糊精中的一種或幾種任意比例組合。
[0020]所述的集流體的材料為銅、鋁、鎳、不銹鋼、碳、石墨、導電高分子材料、石墨烯、碳納米管、碳纖維或碳凝膠。
[0021]一種超級電容器，包括正極1、負極2、隔膜3和電解質4，所述的隔膜3設于正極I與負極2間，正極I與隔膜3間填充電解質4;負極2與隔膜3間填充電解質4;所述的正極I和/或負極2采用權利要求1至6任意一項所述的復合電極。
[0022]所述的所述隔膜3為聚丙烯微孔膜，聚乙烯微孔膜、聚乙烯-聚丙烯復合膜、聚偏氟丙烯微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜、聚偏氟乙烯-聚偏氟丙烯復合膜、紙隔膜、陶瓷隔膜或無紡布隔膜。
[0023]一種超級電容器的制備方法，包括:
[0024]步驟A、正極I和/或負極2的復合電極材料的制備，按比例取復合材料并充分混合成楽料，將楽料涂覆于集流體表面，制成正極I和/或負極2的復合電極材料；
[0025]步驟B、超級電容器的組裝，在正極I與負極2間設置隔膜4，填充電解質，以疊片或繞卷的方式組裝成超級電容器。
[0026]所述的步驟A的涂覆包括浸漬、涂布、噴涂、電沉積、打印或印刷。
[0027]由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的一種復合電極、超級電容器及其制備方法，復合電極材料穩定性好，強度高，該超級電容器具有高容量密度，高功率密度，和優良循環穩定性等特點，可廣泛應用于電子、通信，交通運輸，能量存儲等不同領域。
【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
[0029]圖1為本發明實施例二提供的超級電容器的結構示意圖；
[0030]圖2為本發明實施例二提供的超級電容器的循環伏安曲線圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0032]另需要說明的是本文中所提到的描述方位的“上”、“下”、“左”、“右”、“前、“后”除特殊說明均不特指該方位，只是為了描述方便，所述產品的放置方向不同其描述也不盡相同。本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下可理解的方位，都屬于本發明的保護范圍。
[0033]下面將結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述。
[0034]實施例一
[0035]—種復合電極，包括集流體，在所述的集流體外表面設有復合材料層；
[0036]所述的復合材料包括以下材料組分充分混合，且其重量份之比為:
[0037]半導體材料，10份?70份
[0038]導電基體材料，10份?70份
[0039]導電粘結劑，10份?70份
[0040]本例中，所述的半導體材料包括黑磷或磷烯的一種或兩種任意比例組合，總份數是10份?70份。
[0041]本例中，所述的導電基體材料包括“導電高分子材料”、“具有贗電容性質的金屬氧化物”或“碳活性材料”中的一種或幾種任意比例組合，也就是可以只有一種，也可以是任意的兩種，也可以是三種都有，總份數是10份?70份。
[0042]這里，所述的導電高分子材料包括聚苯胺及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯乙烯及其衍生物、聚吡啶及其衍生物、聚喹啉及其衍生物或聚對苯及其衍生物中的一種或幾種任意比例組合；也就是可以只有一種，也可以是任意的兩種、三種……，也可以是所有的種類都有，如導電基體材料只選取“導電高分子材料”，則總份數是10份?70份。
[0043]這里，所述的具有贗電容性質的金屬氧化物包括錳、鎳、釩、鈷或釕的氧化物中的一種或幾種任意比例組合;也就是可以只有一種，也可以是任意的兩種、三種……，也可以是所有的種類都有，如導電基體材料只選取“具有贗電容性質的金屬氧化物”，則總份數是10份?70份。
[0044]這里，所述碳活性材料包括石墨、石墨烯、碳納米管、軟碳、硬碳、碳纖維、碳凝膠或活性炭中的一種或幾種任意比例組合。同時，所述碳活性材料還可以同時(或單獨只)包括功能化的石墨、功能化的石墨稀、功能化的碳納米管、功能化的軟碳、功能化的硬碳、功能化的碳纖維、功能化的碳凝膠、功能化的活性炭中的一種或幾種任意比例組合。也就是可以只有一種，也可以是任意的兩種、三種……，也可以是所有的種類都有，如導電基體材料只選取“碳活性材料”，則總份數是10份?70份。
[0045]本例中，所述的導電粘結劑包括導電劑和粘結劑，其中:
[0046]導電劑，5份?35份;導電劑包括石墨、乙炔黑、炭黑、碳纖維、石墨烯、軟碳、硬碳和碳納米管中的一種或幾種任意比例組合；也就是可以只有一種，也可以是任意的兩種、三種……，也可以是所有的種類都有，則總份數是5份?35份。
[0047]粘結劑，5份?35份;粘結劑包括聚四氟乙烯、聚偏四氟乙烯、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸和環糊精中的一種或幾種任意比例組合。也就是可以只有一種，也可以是任意的兩種、三種……，也可以是所有的種類都有，則總份數是5份?35份。
[0048]同時，導電劑的量不大于復合材料總量的30%。粘結劑的量不大于復合材料總量的30 %。可以很好地保證導電性能的同時保證材料的強度。
[0049]本例中，所述的集流體的材料為銅、鋁、鎳、不銹鋼、碳、石墨、導電高分子材料、石墨烯、碳納米管、碳纖維或碳凝膠。
[0050]實施例二
[0051]如圖1所示，一種超級電容器，包括正極1、負極2、隔膜3和電解質4，所述的隔膜3設于正極I與負極2間，正極I與隔膜3間填充電解質4;負極2與隔膜3間填充電解質4;所述的正極I和/或負極2采用實施例一所述的復合電極，一般是正極I選用復合電極，而負極2可以直接選取集流體本身的材料，如銅、招、鎳、不銹鋼、碳、石墨、導電高分子材料、石墨稀、碳納米管、碳纖維或碳凝膠。當然也可以是正極I和負極2均采用復合電極。
[0052]本例中，所述的所述隔膜3為聚丙烯微孔膜，聚乙烯微孔膜、聚乙烯-聚丙烯復合膜、聚偏氟丙烯微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜、聚偏氟乙烯-聚偏氟丙烯復合膜、紙隔膜、陶瓷隔膜或無紡布隔膜。電解質4選取現有技術中的電解質4即可。
[0053]在本例中，所述超級電容器電極以層疊或繞卷方式組裝成方形，圓柱形，扣式或片狀中的任意一種，也可以組裝成其他不規則形狀。如圖2所示，本發明所述的超級電容器循環伏安曲線圖，該超級電容器具有優異的充放電性能。超級電容器具有高比容量，高比能量和高循環穩定性，高倍率性能和高安全性等優點，可廣泛應用與電子通信，交通運輸，能量存儲等多種領域。
[0054]實施例三
[0055]—種超級電容器的制備方法，包括:
[0056]步驟A、正極I和/或負極2的復合電極材料的制備，按比例取復合材料并充分混合成楽料，將楽料涂覆于集流體表面，制成正極I和/或負極2的復合電極材料；
[0057]這里所述的涂覆包括浸漬、涂布、噴涂、電沉積、打印或印刷。涂覆技術與現有技術相同。
[0058]步驟B、超級電容器的組裝，在正極I與負極2間設置隔膜4，填充電解質，以疊片或繞卷的方式組裝成超級電容器。組裝方式與現有的組裝方式相同。
[0059]實施例四
[0060]制備復合電極，將7g黑磷，Ig聚噻吩，0.5g乙炔黑和1.5g聚四氟乙烯攪拌后涂覆于銅箔上，裁剪成一定尺寸的復合電極片并真空干燥至恒重，將此復合電極片作為正極I，以石墨烯為負極2;
[0061 ] 然后將硫酸，硫酸鋅溶于水中，配成0.0lmol/L，PH值為0.1的溶液，并將此溶液作為電解質，再組裝成超級電容器。
[0062]實施例五
[0063]制備復合電極，將7g磷烯，1.5g碳納米管和1.5g聚偏四氟乙烯攪拌后涂覆于鋁箔上，裁剪成一定尺寸的復合電極片并真空干燥至恒重，將此復合電極片作為正極I，以石墨為負極2;
[0064]然后將氯化鈉溶于水中，配成0.0lmol/L的溶液，并將此溶液作為電解質，再組裝成超級電容器。
[0065]實施例六
[0066]制備復合電極，將7g黑磷，Ig二氧化錳，Ig碳凝膠和Ig羧甲基纖維素攪拌后涂覆于鎳箔上，裁剪成一定尺寸的復合電極片并真空干燥至恒重，將此復合電極片作為正極I，以碳纖維為負極2;
[0067]然后將乙酸鋅溶于體積比為2:1的碳酸丙烯酯和N，N_二甲基甲酰胺的混合溶液，配成0.0lmol/L的溶液，并將此溶液作為電解質，再組裝成超級電容器。
[0068]實施例七
[0069]制備復合電極，將7g磷烯，Ig聚苯胺，Ig二氧化錳，0.5g石墨和0.5g羧甲基纖維素攪拌后涂覆于鋁箔上，裁剪成一定尺寸的復合電極片并真空干燥至恒重，將此復合電極片作為正極I，以聚苯胺為負極2;
[0070]然后將硫酸鋅溶于N，N-二甲基甲酰胺，配成0.05mo 1/L的溶液，并將此溶液作為電解質，再組裝成超級電容器。
[0071 ]實施例八
[0072]制備復合電極，將7g磷烯，Ig碳纖維，Ig聚喹啉和0.5g聚丙烯酸攪拌后涂覆于不銹鋼片上，裁剪成一定尺寸的復合電極片并真空干燥至恒重，將此復合電極片同時作為正極I和負極2;
[0073]然后將高氯酸鋰溶于碳酸丙烯酯，配成0.0lmol/L的溶液，并將此溶液作為電解質，再組裝成超級電容器。
[0074]本發明實施例所提供的超級電容器具有高容量密度，高功率密度，和優良循環穩定性等特點，可廣泛應用于電子、通信，交通運輸等不同領域。
[0075]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種復合電極，包括集流體，其特征在于，在所述的集流體外表面設有復合材料層； 所述的復合材料包括以下材料組分充分混合，且其重量份之比為: 半導體材料，10份?70份 導電基體材料，10份?70份 導電粘結劑，10份?70份2.根據權利要求1所述的復合電極，其特征在于，所述的半導體材料包括黑磷或磷烯的一種或兩種任意比例組合。3.根據權利要求1所述的復合電極，其特征在于，所述的導電基體材料包括導電高分子材料、具有贗電容性質的金屬氧化物或碳活性材料中的一種或幾種任意比例組合。4.根據權利要求3所述的復合電極，其特征在于，所述的導電高分子材料包括聚苯胺及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯乙烯及其衍生物、聚吡啶及其衍生物、聚喹啉及其衍生物或聚對苯及其衍生物中的一種或幾種任意比例組合； 或者， 所述的具有贗電容性質的金屬氧化物包括錳、鎳、釩、鈷或釕的氧化物中的一種或幾種任意比例組合； 或者， 所述碳活性材料包括石墨、石墨烯、碳納米管、軟碳、硬碳、碳纖維、碳凝膠或活性炭中的一種或幾種任意比例組合，以及，功能化的石墨、功能化的石墨稀、功能化的碳納米管、功能化的軟碳、功能化的硬碳、功能化的碳纖維、功能化的碳凝膠、功能化的活性炭中的一種或幾種任意比例組合。5.根據權利要求1所述的復合電極，其特征在于，所述的導電粘結劑包括導電劑和粘結劑，其中: 導電劑，5份?35份;導電劑包括石墨、乙炔黑、炭黑、碳纖維、石墨烯、軟碳、硬碳和碳納米管中的一種或幾種任意比例組合； 粘結劑，5份?35份;粘結劑包括聚四氟乙烯、聚偏四氟乙烯、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸和環糊精中的一種或幾種任意比例組合。6.根據權利要求1、2、3、4或5所述的復合電極，其特征在于，所述的集流體的材料為銅、鋁、鎳、不銹鋼、碳、石墨、導電高分子材料、石墨烯、碳納米管、碳纖維或碳凝膠。7.—種超級電容器，包括正極(1)、負極(2)、隔膜(3)和電解質(4)，所述的隔膜(3)設于正極(I)與負極(2)間，正極(I)與隔膜(3)間填充電解質(4);負極(2)與隔膜(3)間填充電解質(4);其特征在于，所述的正極(I)和/或負極(2)采用權利要求1至6任意一項所述的復合電極。8.根據權利要求6所述的超級電容器，其特征在于，所述的所述隔膜(3)為聚丙烯微孔膜，聚乙烯微孔膜、聚乙烯-聚丙烯復合膜、聚偏氟丙烯微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜、聚偏氟乙烯-聚偏氟丙烯復合膜、紙隔膜、陶瓷隔膜或無紡布隔膜。9.一種超級電容器的制備方法，其特征在于，包括: 步驟A、正極(I)和/或負極(2)的復合電極材料的制備，按比例取復合材料并充分混合成漿料，將漿料涂覆于集流體表面，制成正極(I)和/或負極(2)的復合電極材料； 步驟B、超級電容器的組裝，在正極(I)與負極(2)間設置隔膜(4)，填充電解質，以疊片或繞卷的方式組裝成超級電容器。10.根據權利要求9所述的超級電容器的制備方法，其特征在于，所述的步驟A的涂覆包括浸漬、涂布、噴涂、電沉積、打印或印刷。
【文檔編號】H01G11/30GK106098399SQ201610362205
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月26日
【發明人】崔秀國, 祖雷, 連慧琴
【申請人】北京石油化工學院