一種高比能量超級電容器負極片及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于化學電源領域，涉及一種化學電源產(chǎn)品，具體涉及一種高比能量超級電容器負極片及其制備方法。
【背景技術】
[0002]本發(fā)明涉及一種新興的化學電源一一超級電容器。超級電容器，又稱電化學電容器，是近年來得到迅速發(fā)展的一種新型儲能器件。超級電容器通過電極表面發(fā)生快速、可逆的電荷吸附/脫附過程或電化學反應過程進行能量的儲存和釋放，其能量密度是傳統(tǒng)的靜電電容器的10?100倍，功率密度是電池的10?100倍。超級電容器以其特有的性能優(yōu)勢，特別適用于短時間高功率輸出場合，如機車啟動、UPS、能量回收、激光武器、電磁炮等領域。
[0003]目前，現(xiàn)有技術的超級電容器主要采用兩種技術方案:第一種是雙電層電容器，這類超級電容器正負極材料均采用炭材料(活性炭、碳氣凝膠等)，由于不涉及到電化學反應過程，因此這類超級電容器的比功率很高，可以達到5000W/kg以上，但其比能量只有3~5Wh/kg;另一種是準電容超級電容器，這類超級電容器主要采用各類金屬氧化物(N1、MnO2, RuO2)或金屬氮化物(MoNx)等作為活性材料，這類超級電容器的比能量可達8~10Wh/kg,但其比功率一般低于雙電層電容器。
[0004]中國專利201010239537.5中提出了一種高倍率超級電容器，其負極片漿料中的活性物質(zhì)是活性炭，導電材料為導電炭材料，其比例為:活性炭100，導電炭材料0.2-20, BP活性炭占碳材料的比例為83.3%~99.8%，同時未提及活性炭材料的物理特性參數(shù)。
[0005]無論是雙電層電容器還是準電容超級電容器，其比能量一般都在10Wh/kg以下，因此難以滿足某些場合的使用需求，例如:星上霍爾電推進系統(tǒng)，其要求電源的供電功率較大，同時對電源的放電時間重量均有要求。當采用傳統(tǒng)的雙電層電容器或準電容超級電容器時，其存在重量較大的缺點，難以滿足使用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的超級電容器比能量較低的問題，提供一種高比能量超級電容器負極片，利用該負極片制備的超級電容器，不但能夠達到星上霍爾電推進系統(tǒng)對超級電容器的功率要求，而且相對于現(xiàn)有技術的超級電容器，能夠很大程度的提高其比能量，很好的滿足其對超級電容器的供電時間及壽命需求。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種高比能量超級電容器負極片，包括:活性物質(zhì)、導電劑、粘結劑和集流體，其中，該負極片的活性物質(zhì)選擇碳材料，所述的碳材料由活性炭、天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、硬碳、軟碳中的任意一種或幾種組成。
[0008]上述的負極片，其中，所述的活性物質(zhì)中活性炭的比例為5%?50%。
[0009]上述的負極片，其中，所述的活性炭的比表面積為300?3000m2/g，優(yōu)選為1000?2000m2/go
[0010]上述的負極片，其中，所述的活性炭的粒徑為5?50 μm，優(yōu)選為5?20 μm。
[0011 ] 上述的負極片，其中，所述的集流體為銅箔。
[0012]上述的負極片，其中，所述銅箔的厚度為5~20μπι，優(yōu)選為10~15μπι。
[0013]本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述的高比能量超級電容器負極片的制備方法，該步驟包含:
步驟I，將粘結劑置于溶劑中，充分攪拌直至溶解均勻；
步驟2，將導電劑倒入粘結劑溶液中，充分攪拌；
步驟3，將活性物質(zhì)粉末倒入上述步驟2的溶液中，充分攪拌直到形成均勻的漿料； 步驟4，將漿料均勻的涂布在集流體上，待干燥后，壓制形成電極片。
[0014]本發(fā)明由于采用的活性炭占碳材料的比例為5~50%，因此可充分發(fā)揮其他負極材料的克容量優(yōu)勢，進而大幅度地提高了超級電容器的比能量，同時由于采用了高比表面積的活性炭材料，因此仍可保持超級電容器功率特性好、循環(huán)壽命長等優(yōu)點。
綜上所述，本發(fā)明提供的高比能量超級電容器負極片，解決了傳統(tǒng)超級電容器比能量較低的問題；采用本發(fā)明的負極片制備的超級電容器，比能量高、比功率大、循環(huán)壽命長，能用于為星上霍爾電推進系統(tǒng)供電的超級電容器。
【附圖說明】
[0015]圖1為采用本發(fā)明實施例1的負極片制作的超級電容器的恒流充放電曲線。
[0016]圖2為采用本發(fā)明實施例1的負極片制作的超級電容器的循環(huán)壽命曲線。
[0017]圖3為采用本發(fā)明實施例2的負極片制作的超級電容器的恒流充放電曲線。
[0018]圖4為采用本發(fā)明實施例2的負極片制作的超級電容器的循環(huán)壽命曲線。
[0019]圖5為采用本發(fā)明實施例3的負極片制作的超級電容器的恒流充放電曲線。
[0020]圖6為采用本發(fā)明實施例3的負極片制作的超級電容器的循環(huán)壽命曲線。
【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖詳細說明本發(fā)明的技術方案。
[0022]本發(fā)明的高比能量超級電容器負極片由活性物質(zhì)、導電劑、粘結劑和集流體構成。其中，導電劑、粘結劑、溶劑采用超級電容器用常規(guī)導電劑、粘結劑、溶劑。該負極片的活性物質(zhì)由活性炭、天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、硬碳、軟碳等其中的一種或幾種組成?；钚蕴勘缺砻娣e為1000?2000m2/g，粒徑為5?20 μ m。集流體為銅箔，銅箔的厚度為10?15 μ mD
[0023]本發(fā)明的超級電容器負極片中導電劑占1_3%，粘結劑占1-5%，活性物質(zhì)占92-98%，以重量百分數(shù)計。
[0024]實施例1
步驟I，將粘結劑置于溶劑中，充分攪拌直至溶解均勻；
步驟2，將導電劑倒入粘結劑溶液中，充分攪拌；
步驟3，將活性物質(zhì)粉末倒入上述步驟2的溶液中，充分攪拌直到形成均勻的漿料；該活性物質(zhì)為活性炭與天然石墨、中間相炭微球的混合物，其中，活性炭的用量以活性物質(zhì)的質(zhì)量百分含量計為5%，比表面積為1000~2000m2/g，粒徑為5~20 μπι，天然石墨與中間相炭微球的質(zhì)量比例為1:1;
步驟4，將漿料均勻的涂布在集流體上，待干燥后，壓制形成電極片，即為本發(fā)明的高比能量超級電容器負極片