一種新型超級電容器及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種新型超級電容器及其制備方法。新型超級電容器是由活性自支撐電極、隔膜、印刷在活性自支撐電極上的導電集流金屬柵線、電解液、封裝外殼、引出電極端組成，導電集流金屬柵線與活性自支撐電極電接觸良好，負責收集活性自支撐電極電流，匯入引出電極端，隔膜位于兩個電極之間以隔開兩個電極。制備方法包括印刷金屬柵線，聯接引出電極端，放置隔膜疊層，預封裝，注液，封裝與靜置。本發明的新型超級電容器，采用全新的設計與制作方案，質輕，比容大，制作工藝簡單。
【專利說明】一種新型超級電容器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及本發明涉及一種儲能裝置及其制備方法，特別涉及一種新型超級電容器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]超級電容器一種新型儲能裝置，它具有充電時間極短、使用壽命長、功率密度大等優點，因此可以廣泛應用于新能源電力汽車、混動動力汽車、電力列車能量回收與列車啟動，以及軍事上作為坦克車、裝甲車的啟動電源和大型激光武器的脈沖電源等。
[0003]超級電容器制備通常采用類似鋰離子電池制備方法，將粉末狀的活性材料、導電添加劑、粘合劑和溶劑等一起混合均勻配成漿料涂抹于金屬集流體上，烘干制得電極，然后與隔膜一起制成三明治結構，注入電解液，封裝而成。采用這種方式制備的超級電容器，電極中，粘合劑和金屬集流體的質量往往占到整個電極質量近50%，而直接貢獻電容的活性物質只占總的電容器質量的50%，因此，整個超級電容器比容量大打折扣。另外，這種凃漿的方式制備的超級電容器電極透液性不好，溶液擴散困難。
[0004]活性自支撐結構電極，是一種雙重功能的電極，電極自身就是活性物質，同時還是導電的自支撐結構，可充當集流體的作用。超級電容器的活性自支撐電極，常見的有碳納米管紙電極，石墨烯紙電極及其它們進一步負載其他導電聚合物、金屬氧化物的電極等。例如，發明專利CN102436934A公開了一種在已經制備好的碳納米管紙上負載MnO2和石墨烯活性材料，制成自支撐結構的超級電容器電極。又如，發明專利CN103280338A公開了一種在碳納米管巴基紙上利用電化學脈沖聚合和真空抽濾實現在原有碳納米紙上包覆一層導電聚合物和熱固性樹脂，制成超容電極。活性自支撐電極可大幅減輕超級電容器質量。但是，現有的活性自支撐電極的導電性很難和金屬比擬，用其制作超級電容器的內阻過高，并且活性自支撐電極與極耳連接也較困難，導致尺寸無法做大，使得活性自支撐結構電極的超級電容器在實際應用中受阻。
[0005]傳統超級電容器電極，為金屬集流體提供電極支撐和電流集流，活性粉末配成的漿料涂抹在集流體上，這種方式制備的超級電容器質量過大；活性自支撐電極是則完全不需要額外的集流體，采用活性物質本身作為支撐和集流體，此方式制備超級電容器內阻過大。本發明旨在克服傳統凃漿方式制備的超級電容器質量過大和目前活性自支撐電極方式內阻過大的缺陷，提供一種新型超級電容器及其制備方法。
【發明內容】
[0006]本發明的第一目的是提供一種新型超級電容器；另一目的在于提供所述超級電容器的制備方法。
[0007]本發明第一目的是這樣實現的，所述超級電容器是由活性自支撐電極、隔膜、印刷在活性自支撐電極上的導電集流金屬柵線、電解液、封裝外殼、引出電極端組成，導電集流金屬柵線與活性自支撐電極電接觸良好，負責收集活性自支撐電極電流，匯入引出電極端，隔膜位于兩個電極之間以隔開兩個電極。
[0008]所述活性自支撐為納米活性電極，具體為以下任意一種電極:
(1)碳納米管紙自支撐電極；
(2)石墨烯紙自支撐電極
(3)碳納米管與活性碳納米復合自支撐電極；
(4)碳納米管與石墨烯復合自支撐電極；
(5)碳納米管與Mn02、Ni0、V205、Ru02中的一種復合自支撐電極；
(6 )碳納米管外包覆導電聚合物自支撐電極。
[0009]所述印刷在活性自支撐電極上的導電集流金屬柵線，導電材質為金屬銀。
[0010]本發明第二目的是這樣實現的，包括印刷金屬柵線，聯接引出電極端，放置隔膜疊層，預封裝，注液，封裝與靜置，具體為:
(O印刷金屬柵線，將金屬導電漿料印刷在活性自支撐電極上，烘干，固化成型；
(2)聯接引出電極端，將引出電極端與金屬柵線聯接；
(3)放置隔膜疊層，采取一層電極一層隔膜的方式將電極和隔膜折疊在一起；
(4)預封裝，將折疊好的電極與隔膜封裝起來，留一個開口；
(5)注液,從開口處向電容器注入電解液；
(6)將開口封口定型，靜置。
[0011]所述印刷金屬柵線，具體為采用絲網印刷、鋼板印刷或者噴印中的一種方式。
[0012]所述聯接引出電極端，聯接方式為采用焊接和導電膠粘結中的一種方式。
[0013]有益效果
本發明的新型超級電容器，采用全新的設計與制作方案，將導電漿料用印刷的方式涂抹在其上，整個電極起支撐作用的是活性物質，而傳導匯流部分，僅需印刷少量導電漿料就可以。因此具有質輕，比容大，制作工藝簡單的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明中新型超級電容器剖面結構示意圖。
[0015]圖中:1_活性自支撐電極；2_隔膜；3_金屬柵線；4_電解液；5_引出電極端；6-封裝外殼。
[0016]圖2為本發明中新型超級電容器正面內部結構示意圖。
[0017]圖中:1-活性自支撐電極；3-金屬柵線；5_引出電極端；6_封裝外殼。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖與實施例對本發明一種新型超級電容器及其制備方法作進一步對說明，但不以任何方式對本發明加以限制，依據本發明的教導所作的任何變更或替換，均屬于本發明的保護范圍。
[0019]本發明公開一種新型超級電容器，特征是所述超級電容器是由活性自支撐電極、隔膜、印刷在活性自支撐電極上的導電集流金屬柵線、電解液、封裝外殼、引出電極端組成，導電集流金屬柵線與活性自支撐電極電接觸良好，負責收集活性自支撐電極電流，匯入引出電極端，隔膜位于兩個電極之間以隔開兩個電極。[0020]所述活性自支撐為納米活性電極，具體為以下任意一種電極:
(1)碳納米管紙自支撐電極；
(2)石墨烯紙自支撐電極；
(3)碳納米管與活性碳納米復合自支撐電極；
(4)碳納米管與石墨烯復合自支撐電極；
(5)碳納米管與Mn02、Ni0、V205、Ru02中的一種復合自支撐電極；
(6 )碳納米管外包覆導電聚合物自支撐電極。
[0021]所述印刷在活性自支撐電極上的導電集流金屬柵線，導電材質為金屬銀。
[0022]本發明還公開新型超級電容器的制備方法，包括印刷金屬柵線，聯接引出電極端，放置隔膜疊層，預封裝，注液，封裝與靜置，具體為:
(O印刷金屬柵線，將金屬導電漿料印刷在活性自支撐電極上，烘干，固化成型；
(2)聯接引出電極端，將引出電極端與金屬柵線聯接；
(3)放置隔膜疊層，采取一層電極一層隔膜的方式將電極和隔膜折疊在一起；
(4)預封裝，將折疊好的電極與隔膜封裝起來，留一個開口；
(5)注液,從開口處向電容器注入電解液；
(6)將開口封口定型，靜置。
[0023]所述印刷金屬柵線，具體為采用絲網印刷、鋼板印刷或者噴印中的一種方式。
[0024]所述聯接引出電極端，聯接方式為采用焊接和導電膠粘結中的一種方式。
[0025]實施例1:
將碳納米管紙切成適宜尺寸的長方形，在采用絲網印刷在電極一側印制導電銀柵線，采用導電膠將引出電極電極端連接在印制的銀柵線上，烘干，固化成型；將前步制備好的碳納米管紙電極和隔膜呈三明治狀折疊在一起；將折疊好的電極與隔膜鋁塑膜封裝起來，留一個開口 ；從開口處注入電解液；封閉開口，定型，靜置即制成新型超級電容器。
[0026]實施例2:
將碳納米管與活性碳納米復合自支撐電極切成適宜尺寸的長方形，在采用絲網印刷在電極一側印制導電銀柵線，烘干，固化成型；將引出電極電極端焊接在絲網印刷的銀柵線上；將前步加工好的電極和隔膜呈三明治狀折疊在一起；將折疊好的電極與隔膜鋁塑膜封裝起來，留一個開口 ；從開口處注入電解液；封閉開口，定型，靜置即制成新型超級電容器。
[0027]實施例3:
將碳納米管與石墨烯復合自支撐電極切成適宜尺寸的長方形，在采用鋼板印刷在電極一側印制導電銀柵線，采用導電膠將引出電極電極端鏈接在印制的銀柵線上，烘干，固化成型；將加工好的電極和隔膜呈三明治狀折疊在一起；將折疊好的電極與隔膜鋁塑膜封裝起來，留一個開口 ；從開口處注入電解液；封閉開口，定型，靜置即制成新型超級電容器。
[0028]實施例4:
將負載MnO2納米顆粒的碳納米管紙切成適宜尺寸的長方形，在采用噴印的方式在電極一側印制導電銀柵線，采用導電膠將引出電極電極端鏈接在印制的銀柵線上，烘干，固化成型；將加工好的電極和隔膜呈三明治狀折疊在一起；將折疊好的電極與隔膜鋁塑膜封裝起來，留一個開口 ；從開口處注入電解液；封閉開口，定型，靜置即制成新型超級電容器。
[0029]實施例5: 將負載NiO納米顆粒的碳納米管紙切成適宜尺寸的長方形，在采用絲網印刷在電極一側印制導電銀柵線，采用導電膠將引出電極電極端鏈接在印制的銀柵線上，烘干，固化成型；將加工好的電極和隔膜呈三明治狀折疊在一起；將折疊好的電極與隔膜鋁塑膜封裝起來，留一個開口 ；從開口處注入電解液；封閉開口，定型，靜置即制成新型超級電容器。
[0030]實施例6:
將負載V2O5納米顆粒的碳納米管紙切成適宜尺寸的長方形，在采用絲網印刷在電極一側印制導電銀柵線，采用導電膠將引出電極電極端鏈接在印制的銀柵線上，烘干，固化成型；將加工好的電極和隔膜呈三明治狀折疊在一起；將折疊好的電極與隔膜鋁塑膜封裝起來，留一個開口 ；從開口處注入電解液；封閉開口，定型，靜置即制成新型超級電容器。
[0031]實施例7:
將負載RuO2納米顆粒的碳納米管紙切成適宜尺寸的長方形，在采用絲網印刷在電極一側印制導電銀柵線，采用導電膠將引出電極電極端鏈接在印制的銀柵線上，烘干，固化成型；將加工好的電極和隔膜呈三明治狀折疊在一起；將折疊好的電極與隔膜鋁塑膜封裝起來，留一個開口 ；從開口處注入電解液；封閉開口，定型，靜置即制成新型超級電容器。
[0032]實施例8:
將碳納米管外包覆導電聚合物聚苯胺自支撐電極。切成適宜尺寸的長方形，在采用噴印的方式在電極一側印制導電銀柵線，采用導電膠將引出電極電極端鏈接在印制的銀柵線上，烘干，固化成型；將加工好的電極和隔膜呈三明治狀折疊在一起；將折疊好的電極與隔膜鋁塑膜封裝起來，留一個開口 ；從開口處注入電解液；封閉開口，定型，靜置即制成新型超級電容器。
[0033]實施例9:
將碳納米管外包覆導電聚合物聚吡咯自支撐電極。切成適宜尺寸的長方形，在采用噴印的方式在電極一側印制導電銀柵線，采用導電膠將引出電極電極端鏈接在印制的銀柵線上，烘干，固化成型；將加工好的電極和隔膜呈三明治狀折疊在一起；將折疊好的電極與隔膜鋁塑膜封裝起來，留一個開口 ；從開口處注入電解液；封閉開口，定型，靜置即制成新型超級電容器。
【權利要求】
1.一種新型超級電容器，具體為超級電容器是由活性自支撐電極、隔膜、印刷在活性自支撐電極上的導電集流金屬柵線、電解液、封裝外殼、引出電極端組成，導電集流金屬柵線與活性自支撐電極電接觸良好，負責收集活性自支撐電極電流，匯入引出電極端，隔膜位于兩個電極之間以隔開兩個電極。
2.根據權利要求1所述的超級電容器，其特征是:所述活性自支撐為納米活性電極，具體為以下任意一種電極: (1)碳納米管紙自支撐電極； (2)石墨烯紙自支撐電極； (3)碳納米管與活性碳納米復合自支撐電極； (4)碳納米管與石墨烯復合自支撐電極； (5)碳納米管與Mn02、Ni0、V205、Ru02中的一種復合自支撐電極； (6)碳納米管外包覆導電聚合物自支撐電極。
3.根據權利要求1所述的超級電容器，其特征是:所述印刷在活性自支撐電極上的導電集流金屬柵線，導電材質為金屬銀。
4.一種新型超級電容器的制備方法，包括印刷金屬柵線，聯接引出電極端，放置隔膜疊層，預封裝，注液，封裝與靜置，具體為: (O印刷金屬柵線，將金屬導電漿料印刷在活性自支撐電極上，烘干，固化成型； (2)聯接引出電極端，將引出電極端與金屬柵線聯接； (3)放置隔膜疊層，采取一層電極一層隔膜的方式將電極和隔膜折疊在一起； (4)預封裝，將折疊好的電極與隔膜封裝起來，留一個開口； (5)注液,從開口處向電容器注入電解液； (6)將開口封口定型，靜置。
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征是:所述印刷金屬柵線，具體為采用絲網印刷、鋼板印刷或者噴印中的一種方式。
6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征是:所述聯接引出電極端，聯接方式為采用焊接和導電膠粘結中的一種方式。
【文檔編號】H01G11/26GK103762088SQ201310748280
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】肖輝, 劉鑄, 孫力 申請人:昆明納太能源科技有限公司