一种开放式三维异性石墨电极的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种开放式三维异性石墨电极，属于电容器用开放式三维异性石墨电极。
【背景技术】
[0002]超级电容器，又称为电化学电容器，是一种介于二次锂离子电池与传统电容器之间的新型储能器件。超级电容器具有超大容量、高功率密度(为锂离子电池的10-100倍)、寿命长、充放电速度快、循环寿命长等诸多优点。目前已在汽车、电力、铁路、通讯、国防、消费性电子产品等行业获得广泛的应用。超级电容器通常包含双电极、电解质、集流体、隔离物四个部件。超级电容器在结构上与电解电容器非常相似，它们的主要区别在于电极材料。研究表明，电极材料表面积越大，其电荷储存能力越强。选择理想的电极材料以及设计制造具有超大表面积的电极对超级电容器的性能起决定性作用，其中多孔电极设计制造最为关键。
[0003]目前，常用于超级电容器的石墨电极包括二维平面结构和3D结构。二维平面结构石墨电极常制成微米甚至纳米级的超薄膜，然后用于组装三明治结构超级电容器。近年，人们进行了很多关于3D结构电极结构和性能的研究。交错指状结构和3D结构能够大幅度增加电极活性材料与电解液中接触面积，这有助于提高超级电容器的比电容和能量密度，此夕卜，通过减小相邻电极间的距离有助于提高功率密度。Gao等比较了平行柱状、同心圆环状电极以及梳状电极的储能能力，发现在活性层厚度相同的前提下同心圆环电极储能能力最佳，其比电容可到达0.51F/cm2，容量电容达到3.lF/cm3。
[0004]上述类型的超级电容器用石墨电极，虽然涉及到二维平面结构和3D结构，但是结构大多为平面或对称结构。结构比较简单，因此对超级电容器电极结构设计尚处于探索阶段，特别是异型石墨电极结构对超级电容器的性能影响尚属未知领域。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于针对现在超级电容器电极结构单一，比表面积小的不足，提供一种开放式三维异性石墨电极。
[0006]本实用新型通过下述技术方案来完成:电极为开放式三维异型石墨结构。从上到下以塔式结构分布，主体体积逐步增大。
[0007]所述的塔形开放式三维异型石墨电极，其主体由两支可变孔径大小的空心石墨圆柱交叉缠绕而成,保证彼此之间良好的接触性的同时,每支可变孔径大小的空心石墨圆柱表面上不规则的分布着若干小型空心石墨圆柱。因此，显著增大了石墨电极的比表面积。
[0008]所述的开放式三维异型石墨电极，其可供电解质离子通过的微孔数量，可以通过调整母料中石墨原料的含量来调整。
[0009]所述的开放式三维异型石墨电极，其母料为目前用于制备超级电容器电极的碳基材料主要有活性碳、活性碳纤维、模板碳、碳化物衍生碳、碳纳米管、石墨烯或中间相碳微球，所述的碳基材料须加入一定的添加剂(包括:粘结剂如PVDF或PVTE，导电剂:乙炔黑)制备的浆料。
[0010]所述的开放式三维异型石墨电极，是通过分层累积成型的方式制备的。
[0011]采用本实用新型技术方案具有如下优异效果:
[0012](I)所述的开放式三维异型石墨电极，具有超大的比表面积和可大量可供电解质离子通过的微孔。可显著提高超级电容器的性能。
[0013](2)所述的开放式三维异型石墨电极，呈塔式结构分布在增大电极的比表面积的同时，可提高电极的机械强度。避免电极的脱落。
[0014](3)所述的开放式三维异型石墨电极，从上到下可通过调节母料中石墨原材料的含量来调节可供电解质离子通过的微孔数量。进一步提高电极的性能。
[0015](4)从宏观角度入手，制备超级电容器用开放式三维异型石墨电极，为探讨通过完善电极的设计制造以提高超级电容器性能提供了一种有效的方法。
【附图说明】
[0016]图1为开放式三维异型石墨电极的结构示意图，1.空心石墨圆柱，2.空心石墨圆柱，3.基体。
【具体实施方式】
[0017]实施例1
[0018]—种用开放式三维异性石墨电极，石墨电极的主体为两支空心石墨圆柱I交叉缠绕而成，形成塔式开放性结构，其石墨电极的主体从上到下横截面积逐渐增大，两支空心石墨电极下端设置基材3。两支空心石墨圆柱I还不规则的分布着若干空心石墨圆柱2,其中空心石墨圆柱2的孔径小于空心石墨圆柱I。空心石墨圆柱1、空心石墨圆柱2的孔径大小可变。
【主权项】
1.一种开放式三维异性石墨电极，其特征在于:该石墨电极的主体为两支空心石墨圆柱(I)交叉缠绕而成，在空间上形成塔形开放式结构，其石墨电极的主体从上到下横截面积逐渐增大，两支空心石墨电极下端设置基材(3)，两支空心石墨圆柱(I)上不规则的分布着若干空心石墨圆柱(2)，其中空心石墨圆柱(2)的孔径小于空心石墨圆柱(I)。
2.根据权利要求1所述的开放式三维异性石墨电极，其特征在于:空心石墨圆柱(I)、空心石墨圆柱(2)的孔径大小可变。
【专利摘要】本实用新型为一种开放式三维异型石墨电极。从上到下以塔式结构分布，主体体积逐步增大。其主体由两支可变孔径大小的空心石墨圆柱交叉缠绕而成，保证彼此之间良好的接触性的同时，每支可变孔径大小的空心石墨圆柱上不规则的分布着若干小型空心石墨圆柱。本实用新型所述的石墨电极在确保具有超大的功率密度的同时，还具有可观的能量密度，可显著提高超级电容器性能，是一种新型的超级电容器用的开放式石墨电极。
【IPC分类】H01G11-26
【公开号】CN204348524
【申请号】CN201520078597
【发明人】吴海华, 郭辉, 黄川 , 李厅
【申请人】三峡大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月4日