專利名稱：一種超級電容電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電容器領(lǐng)域，特別涉及一種超級電容電池及其制備方法。背景技術(shù)：
20世紀90年代，對電動汽車的開發(fā)以及對功率脈沖電源的需求，更刺激了人們對電化學(xué)電容器的研究。目前電化學(xué)電容器的比能量仍舊比較低，而電池的比功率較低，人們正試圖從兩個方面解決這個問題(I)將電池和超級電容器聯(lián)合使用，正常工作時，由電池提供所需的動力；啟動或者需要大電流放電時，則由電容器來提供，一方面可以改善電池的低溫性能不好的缺點；可以解決用于功率要求較高的脈沖電流的應(yīng)用場合，如GSM、GPRS 等。電容器和電池聯(lián)合使用可以延長電池的壽命，但這將增加電池的附件， 與目前能源設(shè)備的短小輕薄等發(fā)展方向相違背。(2)利用電化學(xué)電容器和電池的原理，開發(fā)混合電容器作為新的貯能元件。
1990年Giner公司推出了貴金屬氧化物為電極材料的所謂贗電容器或稱準電容器(Pseudo-capacitor)。為進一步提高電化學(xué)電容器的比能量，1995年，D. A. Evans等提出了把理想極化電極和法拉第反應(yīng)電極結(jié)合起來構(gòu)成混合電容器的概念(Electrochemical Hybrid Capacitor, EHC 或稱為 Hybrid capacitor)。1997 年，ESMA 公司公開了 NiOOH/ AC混合電容器的概念，揭示了蓄電池材料和電化學(xué)電容器材料組合的新技術(shù)。2001年， G. G. Amatucci報告了有機體系鋰離子電池材料和活性炭組合的Li4Ti5012/AC電化學(xué)混合電容器，是電化學(xué)混合電容器發(fā)展的又一個里程碑。然而，此電化學(xué)混合電容器存在功率密度低且能量密度低的問題。
發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種兼具高比功率特性及高比能量特性的電容電池。
一種超級電容電池，包括正極、負極、介于所述正極和負極之間的隔膜及電解液， 所述正極、負極和隔膜浸泡于所述電解液中，所述正極包括正極集流體以及涂布在所述正極集流體上的正極材料，所述正極材料包括正極活性材料、第一粘結(jié)劑及第一導(dǎo)電劑，所述正極活性材料由碳素材料與鋰離子材料組成，所述正極活性材料中所述碳素材料的含量大于等于70%且小于100% ;所述負極包括負極集流體以及涂布在所述負極集流體上的負極材料，所述負極材料包括負極活性材料、第二粘結(jié)劑及第二導(dǎo)電劑，所述負極活性材料由硅混合物與石墨烯組成，所述硅混合物與石墨烯的質(zhì)量比為I 20 80 99，所述硅混合物由單質(zhì)硅及二氧化硅組成，所述單質(zhì)硅與二氧化硅的質(zhì)量比為1: 19 19 :1。
在優(yōu)選的實施例中，所述正極活性材料、第一粘結(jié)劑及第一導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為 85 90 5 10 5 10 ;所述負極活性材料、第二粘結(jié)劑及第二導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為 85 90 5 10 5 10。
在優(yōu)選的實施例中，所述鋰離子材料為磷酸鐵鋰、鋰鎳鈷錳氧、鋰鈷氧、鋰錳氧、鋰鎳錳氧、鋰鎳鈷氧、鋰釩氧或硅酸鐵鋰。
在優(yōu)選的實施例中，所述第一導(dǎo)電劑與第二導(dǎo)電劑為乙炔黑、導(dǎo)電炭黑或碳納米管；所述第一粘結(jié)劑與第二粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯。
此外，還有必要提供一種兼具高比功率特性及高比能量特性的電容電池的制備方法。
一種超級電容電池的制備方法，包括如下步驟
步驟一將碳素材料與鋰離子材料混合制備成正極活性材料，所述正極活性材料中所述碳素材料的含量大于等于70%且小于100%，將質(zhì)量比為I 20 80 99的硅混合物與石墨烯混合制備成負極活性材料，所述硅混合物由質(zhì)量比為1: 19 19 :1的單質(zhì)硅及二氧化硅組成；
步驟二 將所述正極活性材料與第一粘結(jié)劑、第一導(dǎo)電劑及第一溶劑混合配制成正極漿料，將所述負極活性材料與第二粘結(jié)劑、第二導(dǎo)電劑及第二溶劑混合配制成負極漿料；
步驟三將所述正極漿料涂布在正極集流體上，然后干燥、軋膜，分切制作成正極， 將所述負極漿料涂布在負極集流體上，然后干燥、軋膜，分切制作成負極；及
步驟四將所述正極、隔膜及負極依次貼合組裝后浸泡于電解液中，得 到所述超級電容電池。
在優(yōu)選的實施例中，步驟一中，負極活性材料的制備過程還包括如下步驟將二氧化硅粉末與氧化石墨粉末配制成混合物，將所述混合物球磨后置于還原性氣氛下以10 IOO0C /分鐘的速度升溫至200 1200°C，加熱I 10小時得到粉末混合物，然后將所述粉末混合物在還原性氣氛中冷卻至室溫，得到所述負極活性材料。
在優(yōu)選的實施例中，步驟二中，所述正極活性材料、第一粘結(jié)劑及第一導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為85 90 : 5 10 : 5 10 ;所述負極活性材料、第二粘結(jié)劑及第二導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為85 90 5 10 : 5 10。
在優(yōu)選的實施例中，步驟二中，所述第一溶劑與第二溶劑為N-甲基吡咯烷酮，所述正極漿料與負極漿料的粘度為1500 3000牛頓秒/平方米。
在優(yōu)選的實施例中，步驟三中，所述正極集流體為鋁箔，所述負極集流體為銅箔。
在優(yōu)選的實施例中，步驟四中，所述電解液為鋰離子電解質(zhì)鹽與非水有機溶劑配制而成。
上述超級電容電池的負極采用組成為單質(zhì)硅、二氧化硅及石墨烯的負極活性材料，使得負極具有低的電位平臺，致使超級電容電池的平均工作電壓高于傳統(tǒng)的雙電層電容器，且娃具有容量大的特點，娃的理論容量4200mAh/g,遠遠大于石墨負極的容量 372mAh/g，從而使體系的能量密度上升。石墨烯材料良好的導(dǎo)電性，將石墨烯材料與單質(zhì)硅及二氧化硅復(fù)合后，石墨烯能很好的將電子傳到硅材料上，同時硅材料分散在石墨烯片層結(jié)構(gòu)中有利于材料的穩(wěn)定。且單質(zhì)硅與二氧化硅組成的硅混合物中，二氧化硅的存在能夠有效的減緩單質(zhì)硅的容量衰減，由于二氧化硅其不發(fā)生反應(yīng)，也可以減緩單質(zhì)硅在充放電過程中因體積膨脹而導(dǎo)致的容量衰減，從而能夠很好的緩沖單質(zhì)硅在體系中的膨脹，使得上述超級電容電池兼具高比功率特性及高比能量特性。

圖1為一實施方式的超級電容電池制備方法流程圖2為實施例1的超級電容電池的恒流充放電曲線圖。
具體實施方式
下面主要結(jié)合附圖及具體實施例對超級電容電池及其制備方法作進一步詳細的說明。
一實施方式的超級混合電容器，包括正極、負極、介于正極和負極之間的隔膜及電解液，正極、負極和隔膜浸泡于電解液中。
正極可以為超級電容器用的常用正極。正極包括正極集流體以及涂布在正極集流體上的正極材料，正極材料包括正極活性材料、第一粘結(jié)劑及第一導(dǎo)電劑，正極活性材料由碳素材料與鋰離子材料組成，正極活性材料中碳素材料的含量大于等于70%且小于 100%。正極活性材料、第一粘結(jié)劑及第一導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為85 90 5 10 5 10。 碳素材料優(yōu)選為活性炭、碳氣凝膠、碳納米管或熱解炭。鋰離子材料為磷酸鐵鋰、鋰鎳鈷錳氧、鋰鈷氧、鋰錳氧、鋰鎳錳氧、鋰鎳鈷氧、鋰釩氧或硅酸鐵鋰。正極中主要采用碳素材料，以雙電層機制來存儲能量，相對于鋰離子電池的離子嵌入一個脫嵌機制，能夠進行大功率輸出。
負極包括負極集流體以及涂布在負極集流體上的負極材料，負極材料包括負極活性材料、第二粘結(jié)劑及第二導(dǎo)電劑。負極活性材料、第二粘結(jié)劑及第二導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為 85 90 5 10 5 10。負極活性材料由質(zhì)量比為 I 20 80 99的硅混合物及石墨烯組成，硅混合物由單質(zhì)硅及二氧化硅組成，單質(zhì)硅與二氧化硅的質(zhì)量比為1: 19 19 :1。單質(zhì)硅、二氧化硅及石墨烯復(fù)合制備成負極，使得負極具有低的電位平臺，增加了超級電容電池的平均工作電壓，單質(zhì)硅與二氧化硅組成的硅混合物中，二氧化硅的存在能夠有效的減緩單質(zhì)硅的容量衰減，由于二氧化硅其不發(fā)生反應(yīng)，也可以減緩單質(zhì)硅在充放電過程中因體積膨脹而導(dǎo)致的容量衰減，從而能夠很好的緩沖單質(zhì)硅在體系中的膨脹。
在優(yōu)選的實施例中，第一粘結(jié)劑與第二粘結(jié)劑優(yōu)選為聚偏氟乙烯(PVDF);第一導(dǎo)電劑與第二導(dǎo)電劑優(yōu)選為乙炔黑，導(dǎo)電炭黑(例如，導(dǎo)電炭黑supperP)或碳納米管等常見的導(dǎo)電劑。
在優(yōu)選的實施例中，隔膜采用鋰離子電池常用的pp隔膜。
在優(yōu)選的實施方式中，電解液為鋰離子電解質(zhì)鹽與非水有機溶劑配制而成。鋰離子電解質(zhì)鹽優(yōu)選為LiPF6、LiBF4, LiBOB, LiCF3S03、LiN(SO2CF3)或LiAsF6 ;非水有機溶劑優(yōu)選為碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、r-丁內(nèi)酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸甲丙酯、乙酸乙酯及乙腈中的一種或多種。
如圖1所示，上述超級電容電池的制備方法，包括如下步驟
步驟SI，將碳素材料與鋰離子材料混合制備成正極活性材料，所述正極活性材料中所述碳素材料的含量大于等于70%且小于100%，將質(zhì)量比為I 20 80 99的硅混合物與石墨烯混合制備成負極活性材料，硅混合物由質(zhì)量比為1: 19 19 I的單質(zhì)硅及二氧化硅組成。在本實施例中，負極活性材料的制備過程還包括如下步驟將二氧化硅粉末與氧化石墨粉末配制成混合物，將混合物球磨后置于還原性氣氛的的管式爐中以10 IOO0C /分鐘的速度緩慢升溫至200 1200°C，加熱I 10小時得到粉末混合物，然后將粉末混合物在還原性氣氛中隨爐冷卻至室溫，得到負極活性材料。還原性氣氛優(yōu)選為體積百分比為5 : 95氫氣與気氣的混合氣氣氛。
步驟S2，將正極活性材料與第一粘結(jié)劑、第一導(dǎo)電劑及第一溶劑混合配制成正極漿料，將負極活性材料與第二粘結(jié)劑、第二導(dǎo)電劑及第二溶劑混合配制成負極漿料。正極活性材料、第一粘結(jié)劑及第一導(dǎo)電劑的質(zhì)量比優(yōu)選為85 90 5 10 5 10。負極活性材料與第二粘結(jié)劑、第二導(dǎo)電劑的質(zhì)量比優(yōu)選為85 90 5 10 5 10。第一溶劑及第二溶劑優(yōu)選為N-甲基吡咯烷酮(NMP)，正極漿料及負極漿料的粘度優(yōu)選為1500 3000 牛頓秒/平方米。
步驟S3，將正極漿料涂布在正極集流體上，然后干燥及軋膜，分切制作成正極，將負極漿料涂布在負極集流體上，然后干燥及軋膜，分切制作成負極。正極集流體優(yōu)選為鋁箔，負極集流體優(yōu)選為銅箔。
步驟S4，將所述正極、隔膜及負極依次貼合組裝后浸泡于電解液中，得到所述超級電容電池。本實施例中，將正極及負極與隔膜卷繞組裝成卷心后并聯(lián)，裝入電池殼后焊接， 干燥脫水，注入電解液，經(jīng)充放電活化后得到本實施方式的超級電容電池。
上述超級電容電池的負極采用組成為單質(zhì)硅、二氧化硅及石墨烯的負極活性材料，使得負極具有低的電位平臺，致使超級電容電池的平均工作電壓高于傳統(tǒng)的雙電層電容器，且娃具有容量大的特點，娃的理論容量4200mAh/g,遠遠大于石墨負極的容量 372mAh/g，從而使體系的能量密度上升。石墨烯材料良好的導(dǎo)電性，將石墨烯材料與單質(zhì)硅及二氧化硅復(fù)合后，石墨烯能很好的將電子傳到硅材料上，同時硅材料分散在石墨烯片層結(jié)構(gòu)中有利于材料的穩(wěn)定。且單質(zhì)硅與二氧化硅組成的硅混合物中，二氧化硅的存在能夠有效的減緩單質(zhì)硅的容量衰減，由于二氧化硅其不發(fā)生反應(yīng)，也可以減緩單質(zhì)硅在充放電過程中因體積膨脹而導(dǎo)致的容量衰減，從而能夠很好的緩沖單質(zhì)硅在體系中的膨脹，使得上述超級電容電池兼具高比功率特性及高比能量特性。
以下為具體實施例部分
實施例1
正極將正極活性材料活性炭、粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比為 85 10 5混合，加入溶劑NMP調(diào) 節(jié)漿料粘度為2500牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在鋁箔上， 然后干燥及軋膜，分切制作成正極。
負極(I)將質(zhì)量比為1: 10的二氧化硅粉末與氧化石墨粉末混合，球磨后置于還原性氣氛(體積百分比為5 95氫氣與氬氣組成的混合氣)的管式爐中以10°C/分鐘的速度緩慢升溫至200°C，接著保溫加熱I小時，得到粉末混合物，然后將粉末混合物在還原性氣氛中隨爐冷卻至室溫，得到組成為硅混合物與石墨烯的負極活性材料，其中硅混合物與石墨烯的質(zhì)量比為20 80，硅混合物中單質(zhì)硅與二氧化硅的質(zhì)量比為1: 19;(2)將組成為硅混合物及石墨烯的負極活性材料與粘結(jié)劑PVDF、導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比為 85 10 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為2500牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在銅箔上， 然后干燥及軋膜，分切制作成負極。
將正極、隔膜與負極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個卷芯并聯(lián)裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電池殼中。
將LiPF6溶于碳酸丙烯酯及碳酸二乙酯混合液中制備成lmol/L的電解液。
按上述方式將并聯(lián)的卷芯裝入電池殼后焊接，干燥脫水，注入電解液，經(jīng)充放電活化后得到本實施方式的超級電容電池。
圖2是本實施例的超級電容電池的恒流充放電曲線圖,其中電壓范圍為O 4伏， 電流為lA/g，設(shè)備為武漢藍電CT-2001A8點藍電池測試系統(tǒng)。如圖2所示，經(jīng)測試，所得超級電容電池平均容量為4. 2Ah，能量密度為50wh/kg，最大功率密度為5000W/kg。
實施例2
正極將質(zhì)量比為70 30的活性炭與磷酸鐵鋰材料配制成正極活性材料。將正極活性材料、粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比為90 5 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為1500牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在鋁箔上，然后干燥及軋膜，分切制作成正極。
負極(I)將質(zhì)量比為1: 10的二氧化硅粉末與氧化石墨粉末混合，球磨后置于還原性氣氛(體積百分比為5 95的氫氣與氬氣組成的混合氣)的管式爐中以20°C/分鐘的速度緩慢升溫至400°C，接著保溫加熱2小時，得到粉末混合物，然后將粉末混合物在還原性氣氛中隨爐冷卻至室溫，得到組成為硅混合物與石墨烯的負極活性材料，其中硅混合物與石墨烯的質(zhì)量比為20 80，硅混合物中單質(zhì)硅與二氧化硅的質(zhì)量比為1: 3;(2) 將組成為硅混合物與石墨烯的負極活性材料與粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比為 90 5 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為1500牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在銅箔上，然后干燥及軋膜，分切制作成負極。
將正極、隔膜與負極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個卷芯并聯(lián)裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電池殼中。
將LiBOB溶于乙腈溶液中制備成lmol/L的電解液。
按上述方式將并聯(lián)的卷芯裝入電池殼后焊接，干燥脫水，注入電解液，經(jīng)充放電活化后得到本實施方式的超級電容電池。
經(jīng)測試，所得超級電容電池平均容量為4. 5Ah，能量密度為60wh/kg，最大功率密度為 4000ff/kgo
實施例3
正極將質(zhì)量比為80 20的碳氣凝膠與鋰鎳鈷錳氧材料配制成正極活性材料。 將正極活性材料、粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑導(dǎo)電炭黑supperP按質(zhì)量比為85 10 5混合配制成漿料，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為3000牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在鋁箔上，然后干燥及軋膜，分切制作成正極。
負極(I)將質(zhì)量比為1: 10的二氧化硅粉末與氧化石墨粉末混合，球磨后置于還原性氣氛(體積百分比為5 95的氫氣與氬氣組成的混合氣)的管式爐中以50°C/分鐘的速度緩慢升溫至600°C，接著保溫加熱5小時，得到粉末混合物，然后將粉末混合物在還原性氣氛中隨爐冷卻至室溫，得到組成為硅混合物與石墨烯的負極活性材料，其中硅混合物與石墨烯的質(zhì)量比為20 80，硅混合物中單質(zhì)硅與二氧化硅的質(zhì)量比為1:1; (2)將組成為娃混合物與石墨烯的負極活性材料與粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑導(dǎo)電炭黑supperP按質(zhì)量比為85 10 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為3000牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在銅箔上，然后干燥及軋膜、分切制作成負極。
將正極、隔膜與負極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個卷芯并聯(lián)裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電池殼中。
將LiBF4溶于碳酸二甲酯與碳酸乙烯酯混合液中制備成lmol/L的電解液。
按上述方式將并聯(lián)的卷芯裝入電池殼后焊接，干燥脫水，注入電解液，經(jīng)充放電活化后得到本實施方式的超級電容電池。
經(jīng)測試，所得超級電容電池平均容量為4. 7Ah，能量密度為60wh/kg，最大功率密度為 5000W/kg。
實施例4
正極將質(zhì)量比為90 10的碳納米管與鋰錳氧材料配制成正極活性材料。將正極活性材料、粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑碳納米管按質(zhì)量比為90 5 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為2000牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在鋁箔上，干然后燥及軋膜，分切制作成正極。
負極(I)將質(zhì)量比為1: 10的二氧化硅粉末與氧化石墨粉末混合，球磨后放入還原性氣氛(體積百分比為5 95的氫氣與氬氣的組成混合氣)的管式爐中以80°C/分鐘的速度緩慢升溫至800°C，接著保溫加熱10小時，得到粉末混合物，然后將粉末混合物在還原性氣氛中隨爐冷卻至室溫，得到組成為硅混合物與石墨烯的負極活性材料，其中硅混合物與石墨烯的質(zhì)量比為20 80，硅混合物中單質(zhì)硅與二氧化硅的質(zhì)量比為18 2 ；(2)將組成為硅與石墨烯的負極活性材料與粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑碳納米管按質(zhì)量比為 90 5 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為2000牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在銅箔上，然后干燥及軋膜，分切制作成負極。
將正極、隔膜與負極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個卷芯并聯(lián)裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電池殼中。
將LiBF4溶于碳酸丙烯酯及碳酸二乙酯混合液中制備成lmol/L的電解液。
按上述方式將并聯(lián)的卷芯裝入電池殼后焊接，干燥脫水，注入電解質(zhì)，經(jīng)充放電活化后得到本實施方式的超級電容電池。
經(jīng)測試，所得超級電容電池平均容量為5. 2Ah，能量密度為66wh/kg，最大功率密度為 6000W/kg。
實施例5
正極將質(zhì)量比為85 15的熱解炭與鋰鈷氧材料配制成正極活性材料。將正極活性材料、粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比為85 10 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為2700牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在鋁箔上，然后干燥及軋膜，分切制作成正極。
負極(I)將混合，球磨后置于還原性氣氛(體積百分比為5 95的氫氣與氬氣組成的混合氣)的管式爐中以100°c /分鐘的速度緩慢升溫至1200°c，接著保溫加熱8小時，得到粉末混合物，然后將粉末混合物在還原性氣氛中隨爐冷卻至室溫，得到組成為硅混合物與石墨烯的負極活性材料，其中硅混合物與石墨烯的質(zhì)量比為20 80，硅混合物中單質(zhì)硅與二氧化硅的質(zhì)量比為19 1(2)將組成為硅混合物與石墨烯的負極活性材料與粘結(jié)劑PVDF及導(dǎo)電劑乙炔黑按質(zhì)量比為85 10 5混合，加入溶劑NMP調(diào)節(jié)漿料粘度為2700 牛頓秒/平方米，經(jīng)涂布在銅箔上，然后干燥及軋膜，分切制作成負極。
將正極、隔膜與負極依次層疊后采用卷繞方式組裝成小卷芯，采用16個卷芯并聯(lián)裝入寬度、厚度及高度分別為70mm、34mm及65_的不銹鋼電池殼中。
將LiCF3SO3溶于乙腈溶液中制備成lmol/L的電解液。
按上述方式將并聯(lián)的卷芯裝入電池殼后焊接，干燥脫水，注入電解液，經(jīng)充放電活化后得到本實施方式的超級電容電池。
經(jīng)測試，所得超級電容電池平均容量為5. 3Ah，能量密度為68wh/kg，最大功率密度為 5800W/kg。
以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1.一種超級電容電池，包括正極、負極、介于所述正極和負極之間的隔膜及電解液，所述正極、負極和隔膜浸泡于所述電解液中，其特征在于，所述正極包括正極集流體以及涂布在所述正極集流體上的正極材料，所述正極材料包括正極活性材料、第一粘結(jié)劑及第一導(dǎo)電劑，所述正極活性材料由碳素材料與鋰離子材料組成，所述正極活性材料中所述碳素材料的含量大于等于70%且小于100% ;所述負極包括負極集流體以及涂布在所述負極集流體上的負極材料，所述負極材料包括負極活性材料、第二粘結(jié)劑及第二導(dǎo)電劑，所述負極活性材料由硅混合物與石墨烯組成，所述硅混合物與石墨烯的質(zhì)量比為I 20 80 99，所述硅混合物由單質(zhì)硅及二氧化硅組成，所述單質(zhì)硅與二氧化硅的質(zhì)量比為1: 19 19 I。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容電池，其特征在于，所述正極活性材料、第一粘結(jié)劑及第一導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為85 90 : 5 10 : 5 10 ;所述負極活性材料、第二粘結(jié)劑及第二導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為85 90 5 10 5 10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容電池，其特征在于，所述鋰離子材料為磷酸鐵鋰、鋰鎳鈷猛氧、鋰鈷氧、鋰猛氧、鋰鎳猛氧、鋰鎳鈷氧、鋰鑰;氧或娃酸鐵鋰。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容電池，其特征在于，所述第一導(dǎo)電劑與第二導(dǎo)電劑為乙炔黑、導(dǎo)電炭黑或碳納米管；所述第一粘結(jié)劑與第二粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯。
5.一種超級電容電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一將碳素材料與鋰離子材料混合制備成正極活性材料，所述正極活性材料中所述碳素材料的含量大于等于70%且小于100%，將質(zhì)量比為I 20 80 99的硅混合物與石墨烯混合制備成負極活性材料，所述硅混合物由質(zhì)量比為1: 19 19 I的單質(zhì)硅及二氧化硅組成； 步驟二 將所述正極活性材料與第一粘結(jié)劑、第一導(dǎo)電劑及第一溶劑混合配制成正極漿料，將所述負極活性材料與第二粘結(jié)劑、第二導(dǎo)電劑及第二溶劑混合配制成負極漿料； 步驟三將所述正極漿料涂布在正極集流體上，然后干燥、軋膜，分切制作成正極，將所述負極漿料涂布在負極集流體上，然后干燥、軋膜，分切制作成負極；及 步驟四將所述正極、隔膜及負極依次貼合組裝后浸泡于電解液中，得到所述超級電容電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超級電容電池的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述負極活性材料的制備過程還包括如下步驟將二氧化硅粉末與氧化石墨粉末配制成混合物，將所述混合物球磨后置于還原性氣氛下以10 100°C /分鐘的速度升溫至200 1200°C，力口熱I 10小時得到粉末混合物，然后將所述粉末混合物在還原性氣氛中冷卻至室溫，得到所述負極活性材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超級電容電池的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述正極活性材料、第一粘結(jié)劑及第一導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為85 90 5 10 5 10;所述負極活性材料、第二粘結(jié)劑及第二導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為85 90 5 10 5 10。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超級電容電池的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述第一溶劑與第二溶劑為N-甲基吡咯烷酮，所述正極漿料與負極漿料的粘度為1500 3000牛頓秒/平方米。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超級電容電池的制備方法，其特征在于，步驟三中，所述正極集流體為鋁箔，所述負極集流體為銅箔。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超級電容電池的制備方法，其特征在于，步驟四中，所述電解液為鋰離子電解質(zhì)鹽與非水有機溶劑配制而成。
全文摘要
一種超級電容電池，正極包括正極集流體以及涂布在正極集流體上的正極材料，正極材料包括正極活性材料、第一粘結(jié)劑及第一導(dǎo)電劑，正極活性材料由碳素材料與鋰離子材料組成，正極活性材料中碳素材料的含量大于等于70％且小于100％；負極包括負極集流體以及涂布在負極集流體上的負極材料，負極材料包括負極活性材料、第二粘結(jié)劑及第二導(dǎo)電劑，負極活性材料由質(zhì)量比為1～20∶80～99的硅混合物與石墨烯組成，硅混合物由質(zhì)量比為1∶19～19∶1的單質(zhì)硅及二氧化硅組成。上述超級電容電池的負極具有低的電位平臺，增加了超級電容電池的平均工作電壓，使其兼具高比功率特性及高比能量特性。此外，還提供了一種超級電容電池的制備方法。
文檔編號H01G9/04GK103000383SQ20111027375
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者周明杰, 鐘玲瓏, 王要兵 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司