專利名稱：一種超級電容器電極材料的預(yù)處理工藝及電極的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超級電容器的制造，具體地說是一種超級電容器的電極制造工藝方法，屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在超級電容器作為一種新型儲能裝置，具有超級儲電能力。在儲能機理上，它是高度可逆的，壽命很長，可以千萬次反復(fù)地充、放電，而且具有很大的電流，此外具有很寬的電壓范圍和工作溫度范圍。它兼具傳統(tǒng)電容器的大電流快速充放電特性與電池的儲能特性， 填補了普通電容器與電池之間的比能量與比功率空白，其放電比功率較蓄電池高近十倍， 彌補了鋁電解電容器和可充電電池之間的技術(shù)缺口，同時又克服了兩者的缺陷，既具有電池的能量貯存特性，又具有電容器的功率特性，它比傳統(tǒng)電解電容器的能量密度高上千倍， 可達1000W/kg數(shù)量級，而漏電流小數(shù)千倍。具有高至數(shù)千法拉甚至上萬法拉的超大電容量，儲電能量大、時間長；能夠瞬間釋放數(shù)百至數(shù)千安培電流，大電流放電甚至短路也不會對其有任何影響；可充放電10萬次以上而不需要任何維護和保養(yǎng)，壽命長達十年以上?？捎糜谝詷O大電流瞬間放電的工作狀態(tài)，而不易產(chǎn)生發(fā)熱著火等現(xiàn)象；且充電時間很短，可在幾秒之內(nèi)完成，是一種理想的大功率二次電源。它可在極低溫等極端惡劣的環(huán)境中使用，并且無環(huán)境污染。具有安全可靠、適用范圍寬、綠色環(huán)保、易維護等特點，是改善和解決電能動力應(yīng)用的突破性元器件。超級電容器電阻很小采取特別工藝措施，保證其ESR(等效串聯(lián)電阻)遠遠小于其它電容器的ESR。具有動力儲存性能的超級電容器很小的ESR，意味著高速率充放電情況下有很大的功率儲存能力。超級電容器壽命超長超級電容器可以有成千上萬次沖放電循環(huán)，而蓄電池只有幾百次循環(huán)。超級電容器可以頻繁地釋放能量脈沖而不會有有害的后果，但蓄電池如果頻繁地釋放能量脈沖就會降低壽命。超級電容器安全可靠在其額定電壓范圍內(nèi)可以任意充電至任意電壓值，而放電時可以放出所儲存的全部能量，失效開路，過電壓不擊穿，安全可靠。超級電容器充電快速可以快速充電和大電流充電，10秒鐘內(nèi)達到額定容量的 95% ；充電時間短；充放電能力強；對充放電電路要求簡單。超級電容器的制造的核心技術(shù)之一是電極的制造，電極性能直接影響超級電容器的各項性能。目前，我國還未完全掌握高性能超級電容器的制造技術(shù)，產(chǎn)品性能與國外相比還有很大的差距，各生產(chǎn)廠家及研究單位還在大力研發(fā)中。超級電容器電極的制造主要是將電極材料粘結(jié)在金屬集流體上，由于超級電容器的主要原料活性炭比表面積大的特點造成了粘結(jié)上的困難，其難點主要表現(xiàn)在活性炭顆粒與顆粒之間的粘結(jié)、活性炭與集流體表面的粘結(jié)?；钚蕴款w粒與顆粒之間粘結(jié)的不好會有掉料現(xiàn)象的發(fā)生，容易發(fā)生短路、容量減少、內(nèi)阻及漏電流增大；活性炭與集流體粘結(jié)不牢會造成電極材料的脫落，容易發(fā)生失效、 內(nèi)阻增大、性能不穩(wěn)定及壽命短。如果為了增加粘結(jié)性能而增加粘結(jié)劑的用量，則所生產(chǎn)的超級電容器內(nèi)阻大，且活性炭的容量不能正常發(fā)揮。因此，電極的粘結(jié)性能與超級電容器的電性能是互相矛盾的，既要保證電極的粘結(jié)性能，又要最大發(fā)揮超級電容器的電性能，所以要盡可能減少粘結(jié)劑的用量同時又要保證電極的粘結(jié)性能。而如果采用常規(guī)方法是無法達到這樣目的的。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的目的是彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以大規(guī)模生產(chǎn)超級電容器電極制造工藝方法，通過對原料的預(yù)處理，減少粘結(jié)劑的用量，所制造的電極具有粘結(jié)強度高、穩(wěn)定性好、粘結(jié)劑用量少、工藝簡單并適合大規(guī)模生產(chǎn)的特點。本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為
一種規(guī)?；a(chǎn)超級電容器電極的原料預(yù)處理工藝及電極的制造方法，共兩種方案 方案一
a.將活性炭在水中進行分散2-3小時，采用高速攪拌機進行分散；
b.將一定量的粘結(jié)劑投入分散好的活性炭漿料中，繼續(xù)攪拌1-2小時；
c.脫除漿料中的部分水分得到濕塊狀活性炭與粘結(jié)劑的混合物；
d.將活性炭與粘結(jié)劑混合物的濕塊狀混合物放入烘箱中烘干，烘干后變成硬塊；
e.將活性炭與粘結(jié)劑混合物的硬塊破碎成15um以下顆粒；
f.將含有活性炭與粘結(jié)劑的顆粒放入水中攪拌1-2小時；
g.放入一定量的粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑及CMC水溶液，繼續(xù)攪拌6-8小時；
h.按公知方法將上述步驟所制得的漿料均勻涂在金屬集流體上并烘干。方案二
方案二與方案一的不同之處僅在于在a步驟中除了加入活性炭外還加入所需要的部分導(dǎo)電劑或全部導(dǎo)電劑。若在a步驟中加入部分導(dǎo)電劑則在g步驟中需加入剩余部分的導(dǎo)電劑；若在a步驟中加入全部導(dǎo)電劑則在g步驟中無需再加入導(dǎo)電劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法的的有益效果體現(xiàn)在
1.通過對超級電容器電極材料的預(yù)處理，減少了粘結(jié)劑的用量，可最大程度的發(fā)揮電極材料的性能，最大程度的發(fā)揮了電極材料的容量，減少了電極的內(nèi)阻。2.本發(fā)明所用的粘結(jié)劑均為水系粘結(jié)劑，且制備漿料的溶劑也為水，具有環(huán)保無污染的特點；
3.本發(fā)明采用涂布法制作電極，生產(chǎn)過程簡單，易于控制，對設(shè)備要求相對較低，且所用粘結(jié)劑價格低廉，減少了超級電容器的生產(chǎn)成本；
4.采用本發(fā)明所制作的電極具有不掉料、柔軟易加工的特點，提高了原材料的利用率， 并提高了超級電容器的可靠性。
具體實施例方式
以下通過具體實施方式
，對本發(fā)明進行進一步描述，但不得將這些實施例解釋為對本發(fā)明保護范圍的限制。實施例1 :(1)將將82襯％活性炭在水中進行分散3小時，采用高速攪拌機進行分散；(2)將固含量2wt%的SBR乳液投入分散好的活性炭漿料中，繼續(xù)攪拌2小時；(3)用抽濾的方法脫除漿料中的部分水分得到濕塊狀活性炭與粘結(jié)劑的混合物；(4)將含有SBR的活性炭濕塊狀混合物放入烘箱中烘干，烘干后變成硬塊；(5)將活性炭與粘結(jié)劑混合物的硬塊經(jīng)過行星式球磨機破碎成15um以下顆粒；(6)將含有活性炭與粘結(jié)劑的顆粒放入水中攪拌1小時；(7)放入固含量3 wt%的SBR乳液、10 wt%的導(dǎo)電炭黑及固含量3 wt%的CMC 水溶液，繼續(xù)攪拌8小時；(8)用背涂式涂布機將制得的漿料均勻涂在鋁箔上并烘干，電極單面厚度lOOum。實施例2 :(1)將將82襯％活性炭、10 wt%的導(dǎo)電炭黑在水中進行分散3小時，采用高速攪拌機進行分散；(2)將固含量2wt%的SBR乳液投入分散好的活性炭漿料中，繼續(xù)攪拌2小時；(3)用抽濾的方法脫除漿料中的部分水分得到濕塊狀活性炭與粘結(jié)劑的混合物；(4)將含有SBR的活性炭濕塊狀混合物放入烘箱中烘干，烘干后變成硬塊；(5)將活性炭與粘結(jié)劑混合物的硬塊經(jīng)過行星式球磨機破碎成15um以下顆粒；(6)將含有活性炭與粘結(jié)劑的顆粒放入水中攪拌1小時；(7)放入固含量3 wt%的SBR乳液及固含量3 wt%的CMC 水溶液，繼續(xù)攪拌8小時；(8)用背涂式涂布機將制得的漿料均勻涂在鋁箔上并烘干，電極單面厚度lOOum。實施例3 :(1)將將82襯％活性炭在水中進行分散3小時，采用高速攪拌機進行分散；(2)將固含量2wt%的環(huán)氧樹脂乳液投入分散好的活性炭漿料中，繼續(xù)攪拌2小時；(3) 用抽濾的方法脫除漿料中的部分水分得到濕塊狀活性炭與粘結(jié)劑的混合物；(4)將含有環(huán)氧樹脂的活性炭濕塊狀混合物放入烘箱中烘干，烘干后變成硬塊；(5)將活性炭與粘結(jié)劑混合物的硬塊經(jīng)過行星式球磨機破碎成15um以下顆粒；(6)將含有活性炭與粘結(jié)劑的顆粒放入水中攪拌1小時；(7)放入固含量3 wt%的環(huán)氧樹脂乳液、10 wt%的導(dǎo)電炭黑及固含量 3 wt%的CMC水溶液，繼續(xù)攪拌8小時；(8)用背涂式涂布機將制得的漿料均勻涂在鋁箔上并烘干，電極單面厚度lOOum。實施例4 :(1)將將82襯％活性炭、10 wt%的導(dǎo)電炭黑在水中進行分散3小時，采用高速攪拌機進行分散；(2)將固含量2wt%的環(huán)氧樹脂乳液投入分散好的活性炭漿料中，繼續(xù)攪拌2小時；(3)用抽濾的方法脫除漿料中的部分水分得到濕塊狀活性炭與粘結(jié)劑的混合物；(4)將含有環(huán)氧樹脂的活性炭濕塊狀混合物放入烘箱中烘干，烘干后變成硬塊；(5) 將活性炭與粘結(jié)劑混合物的硬塊經(jīng)過行星式球磨機破碎成15um以下顆粒；(6)將含有活性炭與粘結(jié)劑的顆粒放入水中攪拌1小時；(7)放入固含量3 wt%的環(huán)氧樹脂乳液及固含量 3 wt%的CMC水溶液，繼續(xù)攪拌8小時；(8)用背涂式涂布機將制得的漿料均勻涂在鋁箔上并烘干，電極單面厚度lOOum。實施例5 (1)將將82 wt%活性炭在水中進行分散3小時，采用高速攪拌機進行分散；(2)將固含量2wt%的聚氨酯乳液投入分散好的活性炭漿料中，繼續(xù)攪拌2小時；(3) 用抽濾的方法脫除漿料中的部分水分得到濕塊狀活性炭與粘結(jié)劑的混合物；(4)將含有聚氨酯的活性炭濕塊狀混合物放入烘箱中烘干，烘干后變成硬塊；(5)將活性炭與粘結(jié)劑混合物的硬塊經(jīng)過行星式球磨機破碎成15um以下顆粒；(6)將含有活性炭與粘結(jié)劑的顆粒放入水中攪拌1小時；(7)放入固含量3襯％的聚氨酯乳液、10 wt%的導(dǎo)電炭黑及固含量3 wt%的CMC水溶液，繼續(xù)攪拌8小時；(8)用背涂式涂布機將制得的漿料均勻涂在鋁箔上并烘干，電極單面厚度lOOum。實施例6 :(1)將將82襯％活性炭、10 wt%的導(dǎo)電炭黑在水中進行分散3小時，采用高速攪拌機進行分散；(2)將固含量2wt%的聚氨酯乳液投入分散好的活性炭漿料中，繼續(xù)攪拌2小時；(3)用抽濾的方法脫除漿料中的部分水分得到濕塊狀活性炭與粘結(jié)劑的混合物；(4)將含有聚氨酯的活性炭濕塊狀混合物放入烘箱中烘干，烘干后變成硬塊；(5)將活性炭與粘結(jié)劑混合物的硬塊經(jīng)過行星式球磨機破碎成15um以下顆粒；(6)將含有活性炭與粘結(jié)劑的顆粒放入水中攪拌1小時；(7)放入固含量3 wt%的聚氨酯乳液及固含量3 wt% 的CMC水溶液，繼續(xù)攪拌8小時；(8)用背涂式涂布機將制得的漿料均勻涂在鋁箔上并烘干，電極單面厚度lOOum。實施例7 :(1)將將82襯％活性炭在水中進行分散3小時，采用高速攪拌機進行分散；(2)將固含量2wt%的PTFE乳液投入分散好的活性炭漿料中，繼續(xù)攪拌2小時；(3)用抽濾的方法脫除漿料中的部分水分得到濕塊狀活性炭與粘結(jié)劑的混合物；(4)將含有PTFE 的活性炭濕塊狀混合物放入烘箱中烘干，烘干后變成硬塊；(5)將活性炭與粘結(jié)劑混合物的硬塊經(jīng)過行星式球磨機破碎成15um以下顆粒；(6)將含有活性炭與粘結(jié)劑的顆粒放入水中攪拌1小時；(7)放入固含量3 wt% WSBR乳液、10 wt%的導(dǎo)電炭黑及固含量3 wt%的 CMC水溶液，繼續(xù)攪拌8小時；(8)用背涂式涂布機將制得的漿料均勻涂在鋁箔上并烘干，電極單面厚度lOOum。實施例8 :(1)將將82襯％活性炭、10 wt%的導(dǎo)電炭黑在水中進行分散3小時，采用高速攪拌機進行分散；(2)將固含量2wt%的PTFE乳液投入分散好的活性炭漿料中，繼續(xù)攪拌2小時；(3)用抽濾的方法脫除漿料中的部分水分得到濕塊狀活性炭與粘結(jié)劑的混合物；(4)將含有PTFE的活性炭濕塊狀混合物放入烘箱中烘干，烘干后變成硬塊；(5)將活性炭與粘結(jié)劑混合物的硬塊經(jīng)過行星式球磨機破碎成15um以下顆粒；(6)將含有活性炭與粘結(jié)劑的顆粒放入水中攪拌1小時；(7)放入固含量3 wt%的SBR乳液及固含量3 wt%的CMC 水溶液，繼續(xù)攪拌8小時；(8)用背涂式涂布機將制得的漿料均勻涂在鋁箔上并烘干，電極單面厚度lOOum。實施例9 (1)將將82 wt%活性炭在水中進行分散3小時，采用高速攪拌機進行分散；(2)將固含量2wt%的丙烯酸乳液投入分散好的活性炭漿料中，繼續(xù)攪拌2小時；(3) 用抽濾的方法脫除漿料中的部分水分得到濕塊狀活性炭與粘結(jié)劑的混合物；(4)將含有丙烯酸的活性炭濕塊狀混合物放入烘箱中烘干，烘干后變成硬塊；(5)將活性炭與粘結(jié)劑混合物的硬塊經(jīng)過行星式球磨機破碎成15um以下顆粒；(6)將含有活性炭與粘結(jié)劑的顆粒放入水中攪拌1小時；(7)放入固含量3襯％的丙烯酸乳液、10 wt%的導(dǎo)電炭黑及固含量3 wt%的CMC水溶液，繼續(xù)攪拌8小時；(8)用背涂式涂布機將制得的漿料均勻涂在鋁箔上并烘干，電極單面厚度lOOum。實施例10:(1)將將82wt%活性炭、10 wt%的導(dǎo)電炭黑在水中進行分散3小時，采用高速攪拌機進行分散；(2)將固含量2wt%的丙烯酸乳液投入分散好的活性炭漿料中，繼續(xù)攪拌2小時；(3)用抽濾的方法脫除漿料中的部分水分得到濕塊狀活性炭與粘結(jié)劑的混合物；(4)將含有丙烯酸的活性炭濕塊狀混合物放入烘箱中烘干，烘干后變成硬塊；(5)將活性炭與粘結(jié)劑混合物的硬塊經(jīng)過行星式球磨機破碎成15um以下顆粒；(6)將含有活性炭與粘結(jié)劑的顆粒放入水中攪拌1小時；(7)放入固含量3 wt%的丙烯酸乳液及固含量3 wt% 的CMC水溶液，繼續(xù)攪拌8小時；(8)用背涂式涂布機將制得的漿料均勻涂在鋁箔上并烘干，電極單面厚度lOOum。將按以上實施例制備的雙層涂覆的電極，經(jīng)過對輥機碾壓，將碾壓后的極片裁切成寬度17mm，正極長度230mm，負極長度190mm。采用日本NKK公司生產(chǎn)的超級電容器專用 TF4030型隔膜，電解液用超級電容器專業(yè)電解液，組裝成100個超級電容器進行測試，取平均值，測試結(jié)果如下表
序號容量/FESR (DC) /mQESR (AC) /mQ實施例116. 52217實施例216. 62216實施例315. 82318實施例415. 82218實施例516. 22619實施例616. 32520實施例717. 92016實施例817. 72116實施例916. 72116實施例1016. 8221權(quán)利要求
1.一種超級電容器電極材料的預(yù)處理工藝及電極的制造方法，其特征在于通過對電極材料的預(yù)處理而減少粘結(jié)劑的用量，從而提高所制造的超級電容器電極的電性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極材料的預(yù)處理及電極的制造過程，其特征在于如下步驟a、將活性炭及導(dǎo)電劑在水中進行分散2-3小時，采用高速攪拌機進行分散；b、將一定量的粘結(jié)劑投入分散好的活性炭漿料中，繼續(xù)攪拌1-2小時；c、脫除漿料中的部分水分得到濕塊狀活性炭與粘結(jié)劑的混合物；d、將活性炭與粘結(jié)劑混合物的濕塊狀混合物放入烘箱中烘干，烘干后變成硬塊；e、將活性炭與粘結(jié)劑混合物的硬塊破碎成15um以下顆粒；f、將含有活性炭、導(dǎo)電劑與粘結(jié)劑的混合顆粒放入水中攪拌1-2小時；g、放入一定量的粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑及CMC水溶液，繼續(xù)攪拌6-8小時；h、按公知方法將上述步驟所制得的漿料均勻涂在金屬集流體上并烘干。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中a步驟所述，加入活性炭的量為80-85重量份，導(dǎo)電劑0_15重量份，水為300-400重量份，高速攪拌速度為2000-3000r/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求2中b步驟所述，預(yù)加入粘結(jié)劑量為固含量的1-2重量份。
5.根據(jù)權(quán)利要求2中f、g步驟所述，混合顆粒在水中的攪拌采用常規(guī)攪拌，不可用高速分散機進行分散。
6.根據(jù)權(quán)利要求2中g(shù)步驟所述，加入CMC水溶液固含量為3-5重量份。
7.根據(jù)權(quán)利要求2中所述，b步驟與g步驟中所加入的粘結(jié)劑總量為4-5重量份。
8.根據(jù)權(quán)利要求2中所述，a步驟與g步驟中所加入的導(dǎo)電劑總量為10-15重量份。
9.根據(jù)權(quán)利要求2中所述，所加入的粘結(jié)劑可為丁苯橡膠、環(huán)氧樹脂、聚氨酯、PTFE、 丙烯酸酯類等水性粘結(jié)劑，要求電化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的用于超級電容器電極材料的預(yù)處理方法，其特征在于是用于制作超級電容器的電極，及用它制作的超級電容器。
全文摘要
一種可以大規(guī)模生產(chǎn)超級電容器電極制造工藝方法。通過對原料的預(yù)處理，減少粘結(jié)劑的用量，所制造的電極具有粘結(jié)強度高、穩(wěn)定性好、粘結(jié)劑用量少、工藝簡單并適合大規(guī)模生產(chǎn)的特點。
文檔編號H01G9/04GK102254699SQ201110123258
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者劉繼波, 張耀偉, 黃浩宇 申請人:湖南耐普恩電能科技有限公司