双电层 超级电容器以及自放电 性能研究

双电层 超级电容器以及自放电 性能研究

刘永久 1 格根塔娜 1 谷亮 2

锦州凯美能源有限公司¹ 辽宁铁道职业技术学院² 辽宁省 锦州市 121001

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2. 引言

　超级电容器又称电化学电容器或双电层电容器，是一种新型储能器件，它利用电极/电解质交界面上的双电层来储存能量。

超级电容器具有功率密度高、充放电循环寿命长、充电时间短、贮存寿命长、工作温度范围宽等优点。超级电容器在充电之后的贮存过程中，存在漏电电流，形成自放电。自放电又称荷电保持能力，它是指在开路状态下，电池储存的电量在一定环境条件下的保持能力。

自放电是决定超级电容器性能的一项关键指标，相较于化学储能，自放电大这一特性极大地阻碍了超级电容器市场应用的进一步推广，因此改善超级电容器自放电是目前我们迫切需要解决的一大难题。用于改善超级电容器的方法主要从原材料和生产工艺入手，包括杂质含量，产品内部结构设计，过程干燥工艺的优化等。因此，本文研究和讨论了在加工制作过程中，形成超级电容器自放电的原理和机理。

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3. 实验部分

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2. 实验材料及仪器设备

实验所用主要材料为CMC，分散剂，乙醇，粘结剂，活性炭，导电炭黑，铝箔，电解液等。

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3. 活性炭极片的制备

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2. 用天平称取分散剂0.4g于小钢杯中，加水500g，用强力搅拌器快搅10min。

3. 停止搅拌，加乙醇100g于小钢杯中，搅5min。

4. 停止搅拌，加导电炭黑20g，快搅40min。

5. 停止搅拌，加CMC 5g，搅10min。

6. 停止搅拌，加活性炭200g，搅至成浆，需12h。

7. 加SBR粘接剂 25g，搅2h。

8. 涂布：将上述制备的浆料过滤，使用极片涂布机将调制好的浆料均匀涂覆在铝箔集流体上，涂布速度设为3.5 m/h，经100℃至120℃系列梯度升温烘箱适度烘干后卷绕在纸轴上成卷，极片厚度控制在120 ±3μm，150 ±3μm和180 ±3μm。

8.碾压：使用极片高精度碾压机进行碾压，碾压压强为20 Mpa，碾压后极片厚度控制在100±3 μm，130 ±3μm和160 ±3μm。

（三）超级电容器的组装

电极裁剪规格尺寸如表所示

活性炭电极集流体为铝箔，按照上述规格尺寸紧紧缠好后做成卷芯，将卷心放入真空干燥箱100℃干燥6 h，然后按顺序叠在一起，紧紧缠好后做成卷芯。再将缠好的卷芯装入电解池中，抽真空1 h后加注适量以1.0 mol·L^-1 的Et₄NBF₄/AN(四氟硼酸四乙基铵/乙腈)为电解液，经封装后组装成模拟超级电容器。

四 结果和讨论

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2. 活性炭杂质对自放电性能影响

活性炭自身对自放电的影响主要是材料中杂质的含量。

根据实验结果可知，活性炭材料的杂质含量对产品的自放电影响非常大。分析可知，当电极材料存在杂质时，根据厂家测定报告可知为金属杂质，在加电条件下，容易与电解液中的溶剂或水发生电化学反应，使得超级电容器开路电压下降形成自放电。因此，杂质含量越高，自放电越大，产品性能越差。

（二）正负极厚度对自放电的影响

根据实验结果可知，正负极的厚度配比，对电极自放电有影响。主要是由于加电过程中，不同的厚度产生不同的容量。而正负极容量是影响产品内正负极产品分压的主要原因。容量越大，分得的电压越小；反之容量越小，分得的电压越高。分得的电压高，会导致电压超过电解液的电化学窗口，发生电化学反应，形成自放电。

（三）干燥和老化工艺对自放电的影响

产品中的水含量对电容的自放电有很大影响，水的来源主要是电极吸附以及在干燥过程中水分残余导致。在加电过程中，由于水的电化学窗口为1.23V，产品加电电压为2.7V，因此水会发生副分解反应，形成自放电。水含量越高，自放电越明显。

五 结论

自放电主要受制造工艺、材料含量、设计等方面的影响，自放电是衡量电容性能的主要参数之一。超级电容器加工制作过程中自放电的产生主要可归于以下几个原因：

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2. 活性炭中杂质含量：杂质含量越高，越容易发生电化学反应形成自放电。

3. 电极正负极分压：根据公式C₊V₊=C_-V_-可知，正负极的容量与正负极分压成反比，容量越高，分得电压越低，容量越低，分得电压越高。不合理的电压分配，使得产品内部发生电化学反应，形成自放电。

4. 干燥工艺的影响：生产工艺控制体系水分较多，产品工作电压高于水分解电压1.23V时，会发生水解副反应，从而引起体系产生自放电。