專利名稱：一種三電極超級電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種電化學(xué)電容器，尤其涉及ー種三電極超級電容器。
背景技術(shù)：
超級電容器也稱電化學(xué)電容器，是ー種新型的儲能元件，它介于傳統(tǒng)電容器和ニ次電池之間，其容量要遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)電容器，高倍率充放電性能則遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于二次電池。在研究電極材料、電解液或正負(fù)極質(zhì)量匹配等問題時，需要用到三電極的方法，即采用包含工作電極、對電極和參比電極的電化學(xué)原型器件。具體來說，在采用電解質(zhì)的水溶液作為電解液時，一般采用標(biāo)準(zhǔn)氫電極、飽和甘汞電極、HgHgO電極、HgHgSO4電極等，但是在采用有機(jī)電解液時這些參比電極就都不適用了。有機(jī)電解液的鋰離子電池通常采用金屬鋰作為參比電 扱，但是不適用于具有雙電層電容特性的超級電容器，取而代之的是貴金屬銀或鉬、并加入IOOOppm濃度的Cr離子(Yao Chen等，《Carbon》2011年,第49卷第570-580頁)。因此，很有必要采用成本更低的參比電扱。另外，采用有機(jī)電解液的三電極電化學(xué)器件一般都是采用內(nèi)襯聚四氟こ烯的不銹鋼模具，電極片裁制成直徑約為15_的圓片放入模具中，用彈簧控制裝配壓力，在手套箱中組裝起來(A. B. Fuertes等，((Electrochimica Acta))2005年，第50卷第2799-2805頁)。這種裝置模具價格比較高、組裝起來比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的克服現(xiàn)有技術(shù)組裝復(fù)雜、價格高的缺點(diǎn)，提出ー種三電極超級電容器。本發(fā)明制作エ藝更為簡單，成本更低。本發(fā)明采用了價格低廉、使用方便的碳基材料制成參比電扱，并且采用了エ藝操作上十分簡單的鋁塑復(fù)合膜軟包裝殼體和新的三電極結(jié)構(gòu)，因而大大降低了エ藝成本，使制備三電極超級電容器更為方便、快捷。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案ー種三電極超級電容器，包括電極極耳、殼體、封裝于殼體內(nèi)的正極片、負(fù)極片、參比電極、隔膜和有機(jī)電解液，有機(jī)電解液含浸于正極片、負(fù)極片、參比電極、隔膜之中。所述的超級電容器至少包括ー個正極片和ー個負(fù)極片，正極片涂布有電化學(xué)活性材料的表面與負(fù)極片涂布有電化學(xué)活性材料的表面相對布置，中間用隔膜隔開。所述的參比電極與正極片或負(fù)極片相對布置，參比電極涂布有電化學(xué)活性材料的表面與正極片或負(fù)極片之間用隔膜隔開。所述的電極極耳的一端分別與正極片、負(fù)極片和參比電極相連接，電極極耳的另ー端伸出殼體外。所述的殼體由鋁塑復(fù)合膜制成。所述的正極片和負(fù)極片的電化學(xué)活性材料選自活性炭、介孔炭、活性的炭纖維、碳?xì)饽z、納米碳管、石墨烯中的ー種或多種。所述的參比電極的電化學(xué)活性材料選自活性炭、介孔炭、活性的炭纖維、碳?xì)饽z、納米碳管、石墨烯、炭黑、石墨中的ー種或多種。
所述的有機(jī)電解液可以是四氟硼酸四こ基銨、四氟硼酸甲基三こ基銨的碳酸丙烯酷或こ腈的溶液，所述的有機(jī)電解液可以是陽離子為I-こ基-3-甲基咪唑、I-丁基-3-甲基咪唑、N- 丁基-N-甲基吡咯烷，陰離子為四氟硼酸根離子、雙三氟甲基磺酰亞胺根離子的離子液體，所述的有機(jī)電解液也可以是所述陽離子為卜こ基-3-甲基咪唑、I-丁基-3-甲基咪唑、N- 丁基-N-甲基吡咯烷，陰離子為四氟硼酸根離子、雙三氟甲基磺酰亞胺根離子的離子液體的碳酸丙烯酯或こ腈的溶液。


圖I所示為超級電容器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為超級電容器一種實(shí)施例的橫截面示意圖；圖3所示為超級電容器另ー種實(shí)施例的橫截面示意圖；圖4所示為超級電容器的充放電曲線。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)ー步說明。極片的制備實(shí)施例I取80質(zhì)量份的活性炭、10質(zhì)量份的導(dǎo)電炭黑和70質(zhì)量份的固含量為15%的LA135，加入適量去離子水充分混合至粘度為100(T3000mPa · s，將制得的漿料涂布于鋁箔上，干燥后得到極片。實(shí)施例2取40質(zhì)量份的活性炭、30質(zhì)量份的介孔炭、10質(zhì)量份的活性的碳纖維、10質(zhì)量份的導(dǎo)電炭黑和25質(zhì)量份的固含量為40%的丁苯橡膠、5質(zhì)量份的羧甲基纖維素，加入適量去離子水充分混合至粘度為100(T3000mPa · s，將制得的漿料涂布于鋁箔上，干燥后得到極片。實(shí)施例3取60質(zhì)量份的活性炭、10質(zhì)量份的氣凝膠、5質(zhì)量份的納米碳管、5質(zhì)量份的石墨烯、10質(zhì)量份的導(dǎo)電炭黑和12質(zhì)量份的聚偏ニ氟こ烯，加入適量N-甲基吡咯烷酮充分混合至粘度為100(T3000mPa · s，將制得的漿料涂布于鋁箔上，干燥后得到極片。實(shí)施例4取40質(zhì)量份的炭黒、40質(zhì)量份的石墨和140質(zhì)量份的固含量為15%的LA133，加入適量去離子水充分混合至粘度為100(T3000mPa · s，將制得的漿料涂布于鋁箔上，干燥后得到極片。超級電容器的結(jié)構(gòu)實(shí)施例5圖I所示為本發(fā)明超級電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。正極極耳141的一端與正極片14連接，參比電極極耳121的一端與參比電極12連接，負(fù)極極耳151的一端與負(fù)極片15連接，上述電極極耳與相應(yīng)的電極的連接采用超聲焊接。正極極耳141、參比電極極耳121和負(fù)極極耳151的另一端伸出鋁塑復(fù)合膜殼體11外。
如圖I和圖2所示，本發(fā)明超級電容器包括鋁塑復(fù)合膜殼體11、封裝于殼體11內(nèi)的參比電極12、隔膜13、正極片14、負(fù)極片15、有機(jī)電解液16、正極極耳141、參比電極極耳121和負(fù)極極耳151。有機(jī)電解液16含浸于參比電極12、隔膜13、正極片14、負(fù)極片15之中。正極片14的涂布有電化學(xué)活性材料的表面與負(fù)極片15的涂布有電化學(xué)活性材料的表面相對布置，正極片14和負(fù)極片15用隔膜13隔開；參比電極12固定于隔膜13上，參比電極12的涂布有電化學(xué)活性材料的表面與正極片14之間用隔膜13隔開。正極片14和負(fù)極片15均為單面涂布電化學(xué)活性物質(zhì)。實(shí)施例6本實(shí)施例與實(shí)施例5的區(qū)別在于，超級電容器還含有一個雙面涂布電化學(xué)活性材料的正極片和一個雙面涂布電化學(xué)活性材料的負(fù)極片，此雙面涂布電化學(xué)活性材料的正極片與雙面涂布電化學(xué)活性材料的負(fù)極片之間用隔膜隔開。本實(shí)施例的超級電容器各層之間的疊放順序?yàn)閰⒈入姌O-隔膜-正極片-隔膜-負(fù)極片-隔膜-正極片-隔膜-負(fù)極片。

實(shí)施例7如圖3所示，超級電容器包含兩個參比電極12，兩個參比電極12分別與正極片14和負(fù)極片15相對布置,其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例5相同。超級電容器的組裝實(shí)施例8采用實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)，正極片、負(fù)極片、參比電極均采用實(shí)施例I制備的極片，組裝后加入I摩爾/升的四氟硼酸四こ基銨的こ腈溶液，靜置后封ロ。實(shí)施例9采用實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)，正極片采用實(shí)施例I制備的極片，負(fù)極片采用實(shí)施例2制備的極片，參比電極采用實(shí)施例I制備的極片，組裝后加入I摩爾/升的四氟硼酸四こ基銨的碳酸丙烯酯溶液，靜置后封ロ。實(shí)施例10采用實(shí)施例7的結(jié)構(gòu)，正極片采用實(shí)施例I制備的極片，負(fù)極片采用實(shí)施例2制備的極片，參比電極采用實(shí)施例I制備的極片，組裝后加入I摩爾/升的四氟硼酸甲基三こ基銨的碳酸丙烯酯溶液，靜置后封ロ。實(shí)施例11采用實(shí)施例7的結(jié)構(gòu)，正極片和負(fù)極片采用實(shí)施例2制備的極片，參比電極采用實(shí)施例4制備的極片，組裝后加入I. 5摩爾/升的四氟硼酸甲基三こ基銨的こ腈溶液，靜置后封ロ。實(shí)施例12 29采用實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)，正極片和負(fù)極片采用實(shí)施例I制備的極片，參比電極采用實(shí)施例4制備的極片，組裝后加入含有離子液體的有機(jī)電解液，靜置后封ロ，如下表所示實(shí)施例 I有機(jī)電解液電解液
實(shí)施例12 I-乙堪-3-屮鎮(zhèn)味時雙.:......￡M I."磺酰亞胺鹽
實(shí)施例13卜乙基べ卜丨1丨|瞇_闕就翻酸故
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實(shí)施例20I摩爾/升.丨 甲磺酸亞胺鹽的乙腈溶液
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實(shí)施例22^^I摩爾/升I-乙坫-3-平坫味噸《----- 甲磺酸亞胺鹽的碳酸丙烯_溶液
實(shí)施例232摩爾/升I-乙坫-3-中袪味噸卩4 翻酸鹽的碳酸內(nèi)烯K溶液
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實(shí)施例282摩爾/升X-廠采-X-中％吡咯烷雙:.....亞胺鹽的乙睛溶液 實(shí)施例291.5序爾/升I-丁基-3-中基咪嘲叫氣刪酸鹽的碳酸內(nèi)録SI溶液三電極超級電容器的應(yīng)用圖4所示是實(shí)施例13制備的超級電容器的充放電曲線，曲線I為總的充放電曲線，曲線2和曲線3分別是正極片和負(fù)極片作為工作電極的充放電的電位-時間的曲線。這種結(jié)構(gòu)的三電極超級電容器無論是在材料、電解液的研究中還是生產(chǎn)實(shí)踐中都有非常重要的意義。
權(quán)利要求
1.一種三電極超級電容器，包括殼體(11)、電極極耳，以及封裝于殼體(11)內(nèi)的參比電極(12)、正極片(14)、負(fù)極片(15)，以及有機(jī)電解液(16);所述的有機(jī)電解液(16)含浸于參比電極(12)、隔膜(13)、正極片(14)、負(fù)極片(15)之中，其特征在于所述的超級電容器至少包括一個正極片和一個負(fù)極片，正極片(14)涂布有電化學(xué)活性材料的表面與負(fù)極片(15)涂布有電化學(xué)活性材料的表面相對布置，正極片(14)和負(fù)極片(15)之間用用隔膜(13)隔開；所述的參比電極(12)固定于隔膜(13)上，參比電極(12)涂布有電化學(xué)活性材料的表面與正極片(14)之間用隔膜(13)隔開；正極極耳(141)的一端與正極片(14)連接，參比電極極耳的一端(121)與參比電極(12)連接，負(fù)極極耳(151)的一端與負(fù)極片(15)連接；正極極耳(141)、參比電極極耳(121)和負(fù)極極耳(151)的另一端伸出殼體(11)外；所述的殼體(11)由鋁塑復(fù)合膜制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三電極超級電容器，其特征在于所述的正極片(14)、負(fù)極片(15)的電化學(xué)活性材料為選自活性炭、介孔炭、活性的炭纖維、碳?xì)饽z、納米碳管、石墨烯中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三電極超級電容器，其特征在于所述的參比電極(12)的電化學(xué)活性材料為選自活性炭、介孔炭、活性的炭纖維、碳?xì)饽z、納米碳管、石墨烯、炭黑、石墨中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三電極超級電容器，其特征在于所述的有機(jī)電解液為四氟硼酸四乙基銨、四氟硼酸甲基三乙基銨的碳酸丙烯酯或乙腈的溶液，或者所述的有機(jī)電解液為陽離子為I-乙基-3-甲基咪唑或I- 丁基-3-甲基咪唑或N- 丁基-N-甲基吡咯烷，陰離子為四氟硼酸根離子或雙三氟甲基磺酰亞胺根離子的離子液體，或者所述的有機(jī)電解液為所述離子液體的碳酸丙烯酯或乙腈的溶液。
全文摘要
一種三電極超級電容器，包括殼體、封裝于殼體內(nèi)的電芯、參比電極、含浸于電芯和參比電極之中的有機(jī)電解液和電極極耳，其特征在于所述的電芯至少包括一個正極片和一個負(fù)極片，正極片的附有電化學(xué)活性材料的表面與負(fù)極片的附有電化學(xué)活性材料的表面相對設(shè)置，中間用隔膜隔開；所述的參比電極固定于電芯上，參比電極的附有電化學(xué)活性材料的表面與電芯的電極片之間用隔膜隔開；所述的電極極耳分別正極片、負(fù)極片和參比電極相連接，一端伸出殼體外；所述的殼體由鋁塑復(fù)合膜制成。
文檔編號H01G11/78GK102867653SQ20121035108
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者孫現(xiàn)眾, 馬衍偉, 張熊 申請人:中國科學(xué)院電工研究所