專利名稱：：具有可控碳含量的超級(jí)電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明總體涉及電極和電極的制備。更具體地，本發(fā)明涉及用于能量?jī)?chǔ)存裝置，如電化學(xué)雙層電容器的電極。
背景技術(shù)：
：電極被廣泛應(yīng)用于許多儲(chǔ)存電能的裝置，包括原電池(不可再次充電)、二次電池(可再次充電)、燃料電池和電容器。電能儲(chǔ)存裝置的重要特征包括能量密度、功率密度、最大充電率、內(nèi)部泄漏電流(internalleakagecurrent),等效串聯(lián)電阻(ESR)，和/或耐用性，即經(jīng)受住多次充-放電循環(huán)的能力。出于多種原因，雙層電容器，也訐爾為超電容器(supercapacitor)和超纟及電容器(ultracapacitor),在許多能量?jī)?chǔ)存應(yīng)用中獲得了人們的喜愛。這些原因包括具有高功率密度(在充電和》文電才莫式中老卩如此)，以及4妻近于傳統(tǒng)可再充電電池的能量密度的雙層電容器的實(shí)用性。雙層電容器通常是將其能量?jī)?chǔ)存元件電極浸入電解液(電解質(zhì)溶液)而被使用。同樣，被浸入電解液和充滿電解液的多孔隔離體(separator)可以確4呆電扭J皮jt匕間不4妄觸，避免電;充直4妻在電4及之間流動(dòng)。同時(shí)，該多孔隔離體允許離子流以兩個(gè)方向流過電才及之間的電解液。正如以下討i侖的，雙層電荷形成于固體電才及和電解液之間的界面。當(dāng)電勢(shì)被施加到雙層電容器的一對(duì)電極之間時(shí)，存在于電解液的離子^皮吸引朝向帶有相反電荷的電才及表面，并向該電才及遷移。因此，產(chǎn)生了帶相反電荷的離子層并保持在每一電極表面附近。電能被儲(chǔ)存在這些離子層與相應(yīng)電極表面的電荷之間的電荷隔離層(chargeseparationlayer)中。事實(shí)上，該電4肓隔離層本質(zhì)上起到了作為靜電電容器的作用。在由勢(shì)能誘導(dǎo)的電場(chǎng)的影響下，靜電電能然而，這種能量?jī)?chǔ)存模式是次要的。與傳統(tǒng)電容器相比，有關(guān)于它們的容積和重量，雙層電容器具有高電容。對(duì)于這些容積和重量功效存在兩個(gè)主要原因。第一，電荷隔離層非常薄。它們的寬度通常要求為納米級(jí)。第二，電極可由多孔材料制成，其每單位體積具有非常大的有效表面積。因?yàn)殡娙菖c電才及的面積成正比并與電荷隔離層的寬度成反比，所以大的有效表面積和窄的電荷隔離層的組合效果是其與相似大小和重量的傳統(tǒng)電容器相比具有非常高的電容。雙層電容器的高電容使得電容器能接收、儲(chǔ)存，以及釋放大量的電能。儲(chǔ)存在電容器中的電能可以利用公知的公式來確定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(1)在這個(gè)公式中，E表示儲(chǔ)存的能量，C代表電容，V是帶電電容器的電壓。因此，電容器能夠儲(chǔ)存的最大能量(Em)可由下述表達(dá)式給出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(2)其中，Vr代表電容器的額定電壓。它指出電容器的能量?jī)?chǔ)存能力同時(shí)取決于(1)它的電容，以及(2)它的額定電壓。因此，增大這兩個(gè)參數(shù)對(duì)于電容器的性能是很重要的。雙層電容器的額定電壓通常受限于電化學(xué)反應(yīng)(例如還原反應(yīng)和氧化反應(yīng))以及在電容電極之間引入電場(chǎng)的情況下電解液中發(fā)生的分解(breakdown)。目前在雙層電容器中^f吏用的電解液有兩種。第一種包括含水的電解質(zhì)溶液，例如氫氧化鉀和石克酸溶液。雙層電容器也可以由有4幾電解液制成，例如碳酸丙烯(PC)溶液、乙腈(NA)溶液、液態(tài)鹽(通常指的是離子液體)、某些液態(tài)晶體電解液，以及甚至為固態(tài)電解液。由于離子從大量電解液中分散到活性炭的表面需要花費(fèi)時(shí)間，雙層電容器的額定電壓還受電解液與活性炭的界面上的電解液局部不足(localstarvation)的限制。在高的施加電壓下，由于需要更多的離子以形成雙層，這種電解質(zhì)的局部不足變才尋更加嚴(yán)重。為了達(dá)到商業(yè)上可接受的充-放電循環(huán)次數(shù)，使用有機(jī)電解液和活性炭制造的雙層電容電池通常^皮額定為2.3伏或4氐于2.3伏。甚至額定電壓稍微大于2.3伏都會(huì)使電容器所能承受的(性能上沒有顯著衰減)充-》丈電循環(huán)次凄t相當(dāng)大地減少。近似地，電容器額定電壓每增加100毫伏就會(huì)導(dǎo)致電容器確實(shí)可以承受的充-放電循環(huán)次數(shù)減半。提高具有多孔電極的電子裝置(例如雙層電容器)中電解液的實(shí)際分解電壓是需要的。改進(jìn)雙層電容器的可靠性和耐用性也是需要的，正如通過雙層電容器能夠承受的使其操作特性上沒有顯著衰減的充-放電循環(huán)次數(shù)而測(cè)定。一些超電容器被設(shè)計(jì)為循環(huán)壽命多達(dá)一百萬次循環(huán)。此外，由于電池結(jié)構(gòu)和電4及特4生，在循環(huán)壽命期間電容衰減。電池壽命性能的縮短和在工作期間電池可用能量的減少可歸因于電容的衰減。因此，對(duì)于高性能的超電容器，進(jìn)一步需要提供具有較小電容衰減的電極。也存在對(duì)于制造這樣的多孔電極的方法和材料，以及利用這種電極的電子裝置(包括雙層電容器)的需求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的各種實(shí)施方式是4十對(duì)可以4十對(duì)或可以滿足一種或多種上述需要的方法、電4及、電4及裝配和電子裝置。所4皮露的一種示例性實(shí)施方式提供了一種制造活性電極材料的方法。根據(jù)這種方法，可以將活性炭、可選的導(dǎo)電性,灰和粘結(jié)劑顆?；旌?。在本發(fā)明的一些方面，活性炭可選自各種類型的活性炭。在本發(fā)明的一些方面，各種類型的活性炭可以可控的量或比率而被組合以提高性能。根據(jù)本發(fā)明的一些可選4奪的方面，活性炭可在以重量計(jì)的約80%至約97%之間。通常，粘結(jié)劑可以是電4b學(xué)惰性粘結(jié)劑，例如PTFE。惰性粘結(jié)劑的比例可在以重量計(jì)的約3%至約20%之間，并且在其^也的例子中在以重量計(jì)的約9%至約11%之間，或可以是，例如以重量計(jì)的約10%。根據(jù)本發(fā)明的一些方面，在得到的混合物中的可選導(dǎo)電性顆粒的比例可以是在以重量計(jì)的約0至約15%之間，并且在一些例子中不超過以重量計(jì)的0.5%。4艮據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的可選擇方面，活性炭、可選的導(dǎo)電性碳和粘結(jié)劑的混合可以通過將這些成分進(jìn)行千混來完成。根據(jù)本發(fā)明的一些進(jìn)一步的可選擇方面，混合可以通過使活性炭、可選的導(dǎo)電性石灰和粘結(jié)劑經(jīng)受無潤(rùn)滑高剪切力技術(shù)(non-lubricatedhigh-shearforcetechnique)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的另外進(jìn)一步的可選擇方面，活性電極材料的膜可以由本發(fā)明中所描述的制造的活性電極材料的顆粒制成。膜可以附著于集電體上并可用于各種電子裝置，例如用于雙層電容器。在一種實(shí)施方式中，制造活性電才及材津+的顆粒的方法可以包^"提供從各種類型的碳中選擇的活性炭。在另一種實(shí)施方式中，活性炭可通過不同類型活性炭的選擇性組合而制成。在一些選擇中，該方法可進(jìn)一步包括提供導(dǎo)電性碳顆粒。在一種實(shí)施方式中，粘結(jié)劑可以是或可包括PTFE。在一種實(shí)施方式中，混合操作可包括通過將活性炭、導(dǎo)電性碳和粘結(jié)劑進(jìn)行干混來混合。在一種實(shí)施方式中，混合4乘作可以在沒有加工助劑下實(shí)施。在一種實(shí)施方式中，電才及可以包4舌集電體；并且活性電4及才才泮牛膜附著于集電體，其中活性電4及材料可以包括選自一種或多種來源的活性炭或通過各種類型活性炭的選擇性組合?；钚噪姌O材料可以包括粘結(jié)劑?；钚噪?及材料可以包4舌導(dǎo)電性石灰顆粒。在一種實(shí)施方式中，一種制造活性電4及材料顆粒的方法可以包括提供選自各種類型碳的活性炭或通過選擇地與不同類型的碳組合而制備成的活性炭；提供可選的低雜質(zhì)水平的導(dǎo)電性碳顆粒；提供粘結(jié)劑；以及將活性炭、導(dǎo)電性碳和粘結(jié)劑混合以獲得混合物。在一種實(shí)施方式中，電化學(xué)雙層電容器可以包4舌含有第一集電體和活性電極材料的第一膜的第一電極，該第一膜包含第一表面和第二表面，該第一集電體被第一膜的第一表面所附著；含有第二集電體和活性電極材料的第二膜的第二電極，該第二膜包含第三表面和第四表面，該第二集電體被第二膜的第三表面所附著；設(shè)置于第一膜的第二表面和第二膜的第四表面之間的多孔隔離體；容器；電解液；其中，第一電才及、第二電才及、多孔隔離體，以及電解液均置于該容器中；第一膜至少部分浸入電解液；第二膜至少部分浸入電解液；多孔隔離體至少部分浸入電解液；每個(gè)第一膜和第二膜可以包括選自一種或多種組合的活性炭類型的活性炭混合物。在一種實(shí)施方式中，電才及膜可進(jìn)一步包括導(dǎo)電性碳。在一種實(shí)施方式中，電才及月莫可進(jìn)一步包4舌粘結(jié)劑。在一種實(shí)施方式中，該膜可通過導(dǎo)電性粘結(jié)層附著于各自的集電體。參考以下的-說明書、附圖和所附;〖又利要求將更好地理解本發(fā)明的這些和其^4爭(zhēng)4正禾口方面。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一些方面用于制造活性電極材料的方法的可選性操作。圖2包括子2A和圖2B,示出了可用于超級(jí)電容器的各電極組件的橫截面。圖3示出了由不同的活性炭制成的電極的電容衰減。圖4也示出了由不同的活性炭制成的電極的電容衰減。具體實(shí)施方式在本發(fā)明中，詞語(yǔ)"實(shí)施方式"和"變體"是用來指具體的裝置、工藝、或制造物，而不是必定指一種以及同樣的裝置、工藝、或制造物。因此，在某一處或上下文中4吏用的"一種實(shí)施方式"(或類似的表述)是指一種具體的裝置、工藝、或制造物；并且，在不同地方的相同或相似的表述可以是指相同或不同的裝置、工藝、或制造物。同樣地，在某一處或上下文中^f吏用的"一些實(shí)施方式"、"某些實(shí)施方式"或類似的表述可指一種或多種具體的裝置、工藝、或同的裝置、工藝、或制造物。表述"可選擇的實(shí)施方式"和類似的用語(yǔ)^皮用于指出i午多不同的可能的實(shí)施方式中的一種。可能的實(shí)施方式的數(shù)目并非必須限于兩種或任何的其他數(shù)目。一種實(shí)施方式如"一個(gè)示例"或"舉例"的性質(zhì)是指該實(shí)施方式被用作一個(gè)實(shí)施例。這種性質(zhì)并非必定指該實(shí)施方式是優(yōu)選實(shí)施方式；該實(shí)施方式可以是4旦并非必須是當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施方式。表述"活性電極材料"和類似的用語(yǔ)表示提供或增強(qiáng)電極功能的材料，其通過僅提供大小約為電極的可見外表面的接觸區(qū)或反應(yīng)區(qū)域而實(shí)現(xiàn)。例如，在雙層電容器電才及中，活性電極材^H莫包括具有高孔隙率的顆粒，以使得暴露于電解液(電極浸入到其中)的電極表面積除了可見的外表面面積之外可被適度地增加；實(shí)際上，暴露于電解液的表面積具有成為由活性電極材料制成的膜的體積的作用。詞語(yǔ)"膜"的含義類似于詞語(yǔ)"層"和"片"的含義；詞語(yǔ)"膜"并非必須是指材料的具體厚度或薄度。當(dāng)用于描述活性電極材料膜的制造時(shí)，術(shù)語(yǔ)"4分末"、"顆粒"等是指大量的小顆粒。本領(lǐng)域才支術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，顆粒材料通常是指粉末、細(xì)粒(grain)、微粒(speck)、粉塵(dust)或其他名稱。因此，本發(fā)明全文中涉及到的石友和粘結(jié)劑粉末并不意p木著限制本發(fā)明的實(shí)施方式。本發(fā)明中涉及的"粘結(jié)劑"是為了傳遞能夠提供用于碳的粘結(jié)的聚合物、共聚物和類似的超高分子量物質(zhì)的含義。這些物質(zhì)可作為用于改善松散組合的微粒材料的內(nèi)聚力的粘結(jié)劑，即，在特定應(yīng)用中實(shí)施一些有用功能的活性填料材神牛。詞語(yǔ)"砑光機(jī)(calender)，，、"鉗子(nip)，，、"層合機(jī)(laminator)"以及類似的表述意指適用于壓平和延展的裝置。壓平可以是但不必限于用輥輪(滾筒，roller)來實(shí)施。當(dāng)用作動(dòng)詞時(shí)，"砑光(calender)"和"層壓(laminate)"是指進(jìn)4亍壓平處理，其可以^旦不必須包4舌舉昆壽侖。本發(fā)明中4吏用的混合或摻和可以是意p未著包括Y吏組分元素(componentelement)在一起以形成〉'昆合物的處J里。高剪力或高沖擊力可以j旦并非必須用于這種混合?？捎糜谥苽?混合本發(fā)明中的干粉的示例性設(shè)備可以非限制性的方式包括球磨機(jī)、電磁球磨機(jī)、盤式磨粉機(jī)、針盤式磨粉機(jī)(pinmill)、高能沖擊式磨機(jī)、液能沖擊式磨才幾、反向噴卩觜氣;危4分碎才幾(opposingnozzlejetmill)、；充床氣流粉碎機(jī)、錘式粉碎機(jī)機(jī)、費(fèi)里茨磨粉機(jī)(fritzmill)、對(duì)轉(zhuǎn)攪拌機(jī)(Warringblender)、專昆式石皮石卒才幾、才幾才戒融合處J里器(例:^HosokawaAMS)、或沖擊式磨才幾。在本發(fā)明的全文中可以」找到只于定義的其4也以及進(jìn)一步的限定和說明。定義是為了有助于理解本說明書和所附權(quán)利要求，并且本發(fā)明的范圍和精神不應(yīng)被解釋為嚴(yán)格限制于本說明書所描述的具體實(shí)施例?，F(xiàn)將以附圖示出的本發(fā)明的若干實(shí)例作詳細(xì)"i兌明以作為參考。附圖和說明書中使用的相同的編號(hào)是指相同或基本上相同的零件或操作。附圖是簡(jiǎn)化形式而不是精確尺寸。僅出于方便和清楚的目的，附圖中可以-使用i者3口頂部、底部、左、右、上、下、正上方、上方、下方、正下方、后方和前方的方向性術(shù)語(yǔ)。這些和類似的方向性術(shù)語(yǔ)不應(yīng)凈皮i人為限制本發(fā)明的范圍。更具體地參照附圖，圖1示出了用于制造活性電極材料的工藝100的可選性操作。盡管該工藝操作被描述為實(shí)質(zhì)上是連續(xù)的，但某些才喿作也可以交-奪的順序、以聯(lián)合(conjunction)或以并4亍、以流水方式，或其他方式進(jìn)行。除了明確指出、其他使上下文更加清楚、或內(nèi)在需要之外，對(duì)操作是否以本說明書中列出的相同順序?qū)嵤┎]有特定的要求。并不是所有示出的操作都是絕對(duì)必須的，也可以向工藝100中加入其他可選的操作。以下將直接提供工藝100的高度概述。對(duì)工藝100的操作及操作的變形將在概述之后進(jìn)行更力口詳細(xì)的4笛述。在工藝100的一種實(shí)施方式中，操作105可以提供活性炭顆粒以及在可選的操作110中，可提供具有低雜質(zhì)水平和高導(dǎo)電性的可選的導(dǎo)電性碳顆粒。在操作115中，可以提供粘結(jié)劑。在一種或多種實(shí)施方式中，如本發(fā)明中其它地方所描述的，可以J吏用多種粘結(jié)劑中的一種或多種，該粘結(jié)劑可以包括聚四氟乙烯(也^皮稱為PTFE或商品名"Teflon")。在本發(fā)明的混合或摻和操作120中，可以將一種或多種活性炭、導(dǎo)電性碳和粘結(jié)劑摻和或混合；通常是將兩種或多種混合在一起，更常用的，是將活性炭與粘結(jié)劑混合?？蛇x擇地，在某些實(shí)施方式中，可以省去活性炭、導(dǎo)電性碳成分中的一種和/或一些操作。應(yīng)該理解沒有實(shí)施方式是為了限制于特定品牌或供應(yīng)商的碳、粘結(jié)劑或其他材料。本文中4是供了高浸透能力(soakingcapacity)的碳電極結(jié)構(gòu)以及可以制造其的工藝的更加詳細(xì)的描述?？梢园l(fā)現(xiàn)由具有高碳浸透能力的活性炭制成的電極比由具有相對(duì)較低浸透能力的活性炭制成的電極具有更好的，也就是說，具有更少的電容衰減。因此，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，與作為比專交的石灰產(chǎn)品相比，高于約三分之一或更大的浸透能力可以提供差不多約14%的更少的電容衰減。更具體的可參考圖3,圖表300中示出了由不同活性炭制成的電極的電容衰減。如圖所示，商購(gòu)的不同類型的活性炭具有不同的電容衰減率。如圖3進(jìn)一步所示，經(jīng)受測(cè)試的所有電極都經(jīng)歷了一定程度的電容衰減。測(cè)試開始時(shí)，不同的活性炭彼此之間具有大約5個(gè)百分點(diǎn)之內(nèi)的電容，但測(cè)試結(jié)束時(shí)，對(duì)于各自的電容衰減，從具有最小電容衰減的活性炭(圖3中，命名為C#8)到具有最大電容衰減的活性炭(命名為C#2)表現(xiàn)出為大約為14個(gè)百分點(diǎn)的變動(dòng)范圍(注意，圖3中的命名C#124是供了另一個(gè)可選的活性炭產(chǎn)生的中間^:值)。通過〉'旻泡重量測(cè)i式(soakingweighttesting),可以7見察到電才及的浸泡重量與圖3的圖表300中示出的電容衰減相關(guān)。如下表1所示，當(dāng)摻入電極，在測(cè)試過程中具有較高浸泡重量的碳與較少的電容衰減相關(guān)，如圖1中所描述的。表l:電才及:菱泡重量<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>在利用該工藝的一些實(shí)施方式中(其中采用根據(jù)其浸透性(soakability)而被選擇的或以使得浸透性最小化的方式而組合的活性炭)，可以提供一種高性能的超級(jí)電容器或雙層電容器產(chǎn)品。這種產(chǎn)品進(jìn)一步可以包4舌以重量計(jì)的約10%的粘結(jié)劑，以及以重量計(jì)的約0.5%的導(dǎo)電性碳。在圖表400中，圖4對(duì)比了由一種傳統(tǒng)采用的活性炭制成的電極與由傳統(tǒng)采用的活性炭的選擇性組合物或混合物制成的活性炭的電容衰減。圖表中較下方的線或痕跡對(duì)應(yīng)于商業(yè)采用的活性炭C#l。圖表中較上方的線或痕跡對(duì)應(yīng)于包括以重量計(jì)的約95%的C#l和約5%的C#8的活性炭混合物。如圖所示，摻入不同類型的活性炭的電極具有不同的電容衰減率，并且具有優(yōu)良滲透能力的碳如C#8僅以相對(duì)較少的量與另外的碳混合，就能夠顯著降低主體碳的電容衰減。然而上述表l中未示出，摻入C弁1的電才及的浸泡重量約為1.5g/g。如表l中進(jìn)一步示出的，摻入C弁8的電極的浸泡重量約為2.1g/g。通過向C#l活性炭電才及中加入以重量計(jì)的^f又5%的C#8活性炭(即使得得到的混合物含有以重量計(jì)的大約5%的C#8)，可以使摻合得到的混合物的電極的電極浸泡重量增加到約1.65g/g至約1.7g/g之間。并且，圖4中的兩種不同的活性炭是在各自的電容值彼jt匕相差大約5個(gè)百分點(diǎn)之內(nèi)的情況下開始測(cè)-試的。然而，當(dāng)測(cè)i式結(jié)束時(shí)，在相當(dāng)純凈的C#l活性炭與包括以重量計(jì)的約5%的C#8的活性炭之間，電容衰減表現(xiàn)出大約12個(gè)百分點(diǎn)的變動(dòng)范圍。本發(fā)明還公開了一種用于測(cè)量電極浸泡重量的方法，在一種實(shí)施方式中，可從用事先選擇的傳統(tǒng)釆用的碳或傳統(tǒng)采用的碳的混合物制成的電才及上切下約4cmx4cm的方形用作測(cè)定的電才及樣品。然后測(cè)定并記錄切下的電極樣品的厚度和重量。在設(shè)置用來容納電才及樣品的并瓦中，可倒入電解質(zhì);容'液并讀耳又和i己錄該電解質(zhì)〉容液的重量。然后將該電極樣品置于電解質(zhì)溶液中大約5分鐘，并在這段時(shí)間期滿后移出。然后以與在電才及沖羊品-陂浸透前稱重的同樣的方式讀取并記錄電解質(zhì)溶液的重量。然后可以通過計(jì)算電極的每克電極中滲透的電解液的重量來測(cè)量電招^羊品的"浸透性"。然后這個(gè)浸透指數(shù)可作為用于配制和開發(fā)具有最優(yōu)化浸透性的最優(yōu)化電極的指導(dǎo)。如本文示出的，電極的浸透性越高，則電極的電容衰減就越小。將在下文中更加詳細(xì)的描述可用于制造電極的工藝的可選拷，形式的單個(gè)操作。在第一實(shí)施例中，通過圖1的操作105，首先提供了選自傳統(tǒng)采用的碳類型的活性炭顆粒。正如所描述的，由具有較高浸透性的活性炭顆粒制成的電極比由具有較低浸透性的其它在一些實(shí)施方式中，活性炭顆?？梢詠碜跃哂休^高浸透性的活性炭類型中的一種或組合。通過圖1的操作115進(jìn)一步提供了粘結(jié)劑，將其與通過操作105選沖奪的活性炭混合，可以提供多種可選擇的粘結(jié)劑中的一種或多種，作為舉例粒狀粉末PTFE,和/或各種其他氟聚合物顆粒、或聚丙烯、或聚乙烯、或共聚物和/或其他聚合物摻和物中的一種或多種。已經(jīng)確信通過諸如PTFE之類的惰性粘結(jié)劑的使用來試圖將含有這種惰性粘結(jié)劑的電極的電壓增大是可以被實(shí)現(xiàn)的。這樣的增加可以發(fā)生，一部分是由于減少了電解液(其中電極隨后浸沒)之間的相互作用。在一種實(shí)施方式中，PTFE顆粒的常見直徑可以是在五百樣￡米的范圍內(nèi)。在混合工藝120中，可以將活性炭顆粒和粘結(jié)劑顆粒以各種比例摻和或以別的方式'混合在一起。在各種實(shí)施方式中，活性炭和粘結(jié)劑的比例可以如下以重量計(jì)的約80%至約97%的活性炭，以重量計(jì)約的3%至約20%的PTFE?？闪入以重量i十的約0至約15%范圍的可選的導(dǎo)電性碳。一種實(shí)施方式可以含有約94.5%的活性炭、約5%的PTFE,以及約0.5%的導(dǎo)電性碳。其它的范圍也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。注意本文中所有的百分比都是以重量計(jì)表示的，盡管也可以使用其他基準(zhǔn)的百分比。導(dǎo)電性碳可優(yōu)選地以混合物中的低百分比設(shè)定，因?yàn)閷?dǎo)電性碳比例的增加會(huì)趨向于降低電解液(其中由導(dǎo)電性碳顆粒制成的電極隨后浸泡在該電解質(zhì)中)的分解電壓。在一種實(shí)施方式的整個(gè)電4及制造工藝100中，摻和:操作120可以是"干混"操作，即活性炭、導(dǎo)電性碳，和/或粘結(jié)劑的摻和是在不將任何溶劑、液體、加工助劑等添加到顆?；旌衔锵露鴮?shí)施的。例如，干混可以在粉碎機(jī)、混合機(jī)或攪拌機(jī)(例如裝配有高強(qiáng)度攪拌棒的V-攪拌機(jī)，或如下文所述的其他可選擇的設(shè)備)中進(jìn)行約l分鐘至約10分鐘，直至形成均勻的干燥混合物。在仔細(xì)閱讀本發(fā)明后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明了，根據(jù)投料量的大小、材料、顆粒大小、密度以及其他性質(zhì)，摻和時(shí)間可以不同，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。如上所述，該摻和的粉末材料也可以或可選擇地通過其他設(shè)備來形成/混合/摻和?？捎糜谥苽?混合本發(fā)明的干粉的這樣的設(shè)備可包括非限制性實(shí)施例各種類型的攪拌機(jī)，包括滾筒攪拌機(jī)和對(duì)轉(zhuǎn)4覺拌才幾(warringblender);以及各種類型的賴^爭(zhēng)才幾，包括J求磨才幾、電》茲J求磨才幾、盤式粉粉機(jī)、針盤式磨粉4幾、高能沖擊式磨才幾、液能沖擊式磨機(jī)、反向噴嘴氣流粉碎機(jī)、流床氣流粉^爭(zhēng)4幾、錘式粉^爭(zhēng)才幾、費(fèi)里茨磨粉機(jī)、輥式破石爭(zhēng)機(jī)、機(jī)械融合處理器(例如HosokawaAMS)、或沖擊式磨4幾。在一種實(shí)施方式中，可以利用無潤(rùn)滑高剪切力或高沖擊力4支術(shù)來混合干4分材料。在一種實(shí)施方式中，可以通過上述描述的那些中的一種來提供高剪切力或高沖擊力。可將粉末材料、粘結(jié)劑和碳引入磨粉機(jī)，然后可以將高速和/或強(qiáng)力施加或強(qiáng)加到4分末材坤+上以完成對(duì)4分末狀材津牛中的粘結(jié)劑施加高剪切力或高沖擊力的應(yīng)用。在干混過程中產(chǎn)生的剪切力或沖擊力可以對(duì)粘結(jié)劑產(chǎn)生物理上的影響，導(dǎo)致該粘結(jié)劑與粘結(jié)劑組合和/或與材料中的其他顆粒相結(jié)合。在共同未決的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)第11/116,882號(hào)中更加詳細(xì)地描述了干混工藝。因此該申請(qǐng)以全文引入的方式引用于此作為參考，包括所有的附圖、表和權(quán)利要求。還應(yīng)注意到涉及干燥混合、干燥摻和、干燥顆粒，和其他干燥材料以及用于制造活性電極材料和/或膜的工藝都不排除使用其他干燥工藝，例如可在已經(jīng)用加工助劑、液體、〉容劑等預(yù)備的顆并立和膜干燥之后來完成?；旌瞎に?，其中會(huì)且成才才沖牛可如上所述而^皮混合，可以導(dǎo)至文預(yù)混粘結(jié)劑的較大聚合物粘結(jié)劑團(tuán)塊分解為較小的聚合物團(tuán)塊和/或初始顆粒(primaryparticle)。較小的粘結(jié)劑聚合物團(tuán)塊和/或初始顆粒可基本上均勻地分散在全部粉末混合物中，為每一粘結(jié)劑團(tuán)塊或顆粒帶來良好的粘合特性，/人而也在混合物中具有良好的粘合。通過這樣的混合過程得到的產(chǎn)品可以用于生產(chǎn)電極膜。然后可將該膜結(jié)合至集電體，例如由鋁或其他導(dǎo)體制成的箔。集電體可以是連續(xù)的金屬箔、金屬網(wǎng)，或無紡金屬織物。金屬集電體為電極膜提供連續(xù)的電傳導(dǎo)襯底(substrate)?？梢栽诮Y(jié)合之前對(duì)集電體進(jìn)行預(yù)處理以增強(qiáng)其附著特性。集電體的預(yù)處理可以包括才A4成壽且磨(roughing)、4tl學(xué)點(diǎn)蝕(chemicalpitting)、禾口/或表面活4匕處玉里的應(yīng)用，例如電暈放電、活性等離子體(activeplasma)、紫外線、激光，或本領(lǐng)i或4支術(shù)人員已知的高頻處理方法。在一種實(shí)施方式中，可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的傳導(dǎo)性粘合(conductiveadhesive)中間層將電極膜結(jié)合至集電體。在一種實(shí)施方式中，可利用本領(lǐng)域技術(shù)人員所使用的，將從混合過程獲得的產(chǎn)品與加工助劑混合以獲得漿狀組合物從而將電極膜涂敷在集電體上(即涂敷過程)。然后，漿體可沉積在集電體的一側(cè)或兩側(cè)。在干燥操作后，可在集電體上形成活性電極材料的一層或多層膜?？蓪⒃摼哂心さ募婓w進(jìn)行一次或多次砑光以將膜壓實(shí)并改善膜對(duì)集電體的附著力。在一種實(shí)施方式中，可將從混合過程獲得的產(chǎn)品與加工助劑混合以獲得糊狀材料。然后，^^壓該糊狀材料以形成膜，并將其沉積于集電體的一側(cè)或兩側(cè)。在干燥纟乘作之后，可在該集電體上形成活性電極材料的一層或多層膜?？蓪⒃摼哂心さ募婓w進(jìn)行一次或多次《牙光以將膜壓實(shí)并改善膜對(duì)集電體的附著力。在另一實(shí)施方式中，在通過本發(fā)明的混合過程而獲得的產(chǎn)品中，粘結(jié)劑顆粒可包括熱塑性或熱固性顆粒。通過本發(fā)明的混合過程獲得的包括熱塑性或熱固性顆粒的產(chǎn)品可^皮用于制造電極膜。然后，可將這樣的膜結(jié)合至集電體，例如由鋁或其他導(dǎo)體制成的箔。可在熱砑光器械中將膜結(jié)合至集電體。在結(jié)合之前可對(duì)集電體進(jìn)行預(yù)處理以增強(qiáng)其粘附性能。集電體的預(yù)處理可以包括機(jī)械粗磨、化學(xué)點(diǎn)蝕、和/或表面激活處理的應(yīng)用，例如電暈》文電、活性等離子體、紫外線、激光，或本領(lǐng)域4支術(shù)人員已知的高頻處理方法。包括附著于集電體和/多孔隔離體的活性電極膜的電極產(chǎn)品可被用于超級(jí)電容器或雙層電容器和/或其它電能儲(chǔ)存裝置中。也可以使用形成活性電極材料膜以及將該膜附著于集電體的其他方法。圖2包括子2A和圖2B,以高度總結(jié)的方式示出了可用于超級(jí)電容器或雙層電容器的電極組件200的橫截面。在圖2A中，組件200的元件以下述順序設(shè)置第一集電體205、活性電極第一膜210、多孔隔離體220、活性電極第二膜230、和第二集電體235。在一些實(shí)施方式中，在電極膜210的結(jié)合之前可將導(dǎo)電性粘附層(未示出)i殳置于集電體205上(或類似地在對(duì)應(yīng)于力莫230的集電體235上)。在圖2B中，雙層膜210和210對(duì)應(yīng)于集電體205顯示，并且雙層膜230、230A對(duì)應(yīng)于集電體235顯示。這樣，形成了雙層電容器，即，每一集電體都具有附著于兩側(cè)的碳膜。然后還可以包括其他的多孔隔離體220A，尤其是對(duì)于凝月交巻(jellyroll)應(yīng)用，正如所示出的，該多孔隔離體220A附著于或設(shè)置于鄰近頂部膜210A,或附著于或鄰近頂部膜230A(未示出)。膜210和230(以及210A和230A,如果4吏用的話)可以利用通過圖1中描述的工藝100所獲得的活性電極材料的顆粒來制造。一種利用電極組件200的示例性雙層電容器進(jìn)一步包括電解液和用于容納電解液的容器，例如密封罐。組件200可被置于容器(罐)中并浸于電解液中。在許多實(shí)施方式中，集電體205和235可由鋁箔制成，多孔隔離體220可由陶乾、紙、聚合物、聚合物纖維、玻璃纖維中的一種或多種制成，以及在一些實(shí)施例中電解質(zhì)〉容液包4舌可以，有4幾溶液中的1.5M四曱銨四氟石朋酸鹽，i。PC或乙腈〉容劑。因此，本發(fā)明示出的電才及，在許多實(shí)施例中，具體地是雙層電極，是在具有優(yōu)選的浸透能力的活性碳的提供下，通過工藝或方法，通常通過干燥而制成。可以選沖奪具有高浸透能力或潤(rùn)濕性的活性炭，或具有高浸透能力或濕潤(rùn)性的碳與具有如良好的電容、傳導(dǎo)性，低電阻(ESR)、高電壓容量等高電性的碳的混合物。用這種可控的碳制造的電極可以表現(xiàn)出期望的電學(xué)特性。上文已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地描述了用于制造活性電極材料、這些材料的膜、由膜制成的電極，采用該電極的雙層電容器，以及用于測(cè)試電極浸泡重量的本發(fā)明的方法。這樣作的目的是為了舉例說明。本發(fā)明的具體實(shí)施方式的整體和它們的特征都受本發(fā)明的一般原理的限制。具體地，本發(fā)明不限制用于制造電極的特定成分材料和成分材料的比例。本發(fā)明也不限于用于雙層電容器中的電極，而可擴(kuò)展至其他電容器的應(yīng)用。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本文中描述的特定特征可以用于一些實(shí)施方式中，4旦在其他實(shí)施方式中則不行。前文所披露的包含許多另外的修改，并且在一些實(shí)例中本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以識(shí)別所述修改，將在沒有其他特征時(shí)采用本發(fā)明的一些特4正。因此，該示例性實(shí)施例不是限定本發(fā)明的范圍和邊界以及法律所保護(hù)的本發(fā)明的范圍，其作用在于支持權(quán)利要求及其等同替換。權(quán)利要求1.一種制造活性電才及材并牛的方法，所述方法包括提供活性炭；提供粘結(jié)劑；以及，將所述活性炭和所述粘結(jié)劑混合以獲得混合物，其中，所述活性炭具有每克電極材料約2克電解液的浸透指數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述浸透指數(shù)在約1.38克電解液/每克電極材料至約2.2克電解液/每克電極材料之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中包括以下操作的一個(gè)或兩個(gè)提供所述活性炭的所述操作包括提供含量在以重量計(jì)的約80%至約97%之間的所述活性炭；以及所述纟是供粘結(jié)劑的所述操作包括提供含量為以重量計(jì)的約3%至約20%之間的所述粘結(jié)劑。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括提供附加的導(dǎo)電性碳添力口組分。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述活性炭的浸透指數(shù)通過向所述活性電4及材料中加入具有不同浸透指數(shù)的第二活性炭組分來操控。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第二活性炭的所述浸透指數(shù)更高。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述混合操作包括將所述活性炭和所述粘結(jié)劑進(jìn)行干混。8.才艮據(jù)^l利要求1所述的方法，其中，所述混合"t喿作在沒有加工添力口劑下實(shí)施。9.一種電才及，包4舌集電體；以及附著于所述集電體的活性電極材料膜，其中，所述活性電極材料是一種包括活性炭組分、可選的導(dǎo)電性碳組分，以及粘結(jié)劑組分的混合物；其中，所述活性炭具有每克電極材料約2克電解液的浸透指數(shù)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電極，其中，所述浸透指數(shù)在約1.38克電解液/每克電一及材料至約2.2克電解液/每克電纟及材并+之間。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電極，其中，所述活性電極材料包括活性炭和粘結(jié)劑，其中所述活性炭的含量在以重量計(jì)的約80%至約97%之間，以及其中所述粘結(jié)劑的量在以重量計(jì)的約3%至約20%之間，所述活性炭具有的浸透指數(shù)在約1.38克電解液/每克電極材料至約2.2克電解質(zhì)每克電極材料之間。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電極，其中，所述活性炭的所述浸透指凄史通過向所述活性電極材料中加入具有不同浸透指數(shù)的第二活性炭組分來操控。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電極，其中，所述第二活性炭的所述浸透指數(shù)更高。14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電極，其中，所述活性電極材料由活性爿碳和粘結(jié)劑的混合物形成，所述混合物通過干燥工藝混合而形成。15.—種電化學(xué)雙層電容器，包^fe:第一電極，包含第一集電體和活性電極材料的第一膜，所述第一膜包含第一表面和第二表面，所述第一膜的所述第一表面附著于所述第一集電體；第二電極，包含第二集電體和活性電極材料的第二膜，所述第二膜包含第三表面和第四表面，所述第二膜的所述第三表面附著于所述第二集電體；多孔隔離體，i殳置于所述第一膜的所述第二表面以及所述第二膜的所述第四表面之間；六w.谷為；電解液；其中所述第一電才及、所述第二電才及、所述多孔隔離體，以及所述電解液均置于所述容器中；所述第一膜至少部分浸于所述電解液中；所述第二膜至少部分浸于所述電解液中；所述多孔隔離體至少部分浸于所述電解液中；所述第一膜和第二膜中的每一個(gè)包括石灰和粘結(jié)劑的混合物，其中所述活性炭組分具有每克電極材料約2克電解液的浸透指數(shù)。16.才艮據(jù)權(quán)利要求15所述的電化學(xué)雙層電容器，其中，所述浸透指數(shù)在約1.38克電解液/每克電極材料至約2.2克電解液/每克電才及才才^牛之間。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電容器，其中，所述膜通過導(dǎo)電性粘合層附著于各自的集電體。18.—種測(cè)試浸透性的方法，包4舌以下^喿作-制備含有活性炭組分的電極樣品；-切下尺寸控制的電4及樣品；-測(cè)量所述切下的電相_樣品的厚度和重量；-稱量電解質(zhì)溶液樣品的重量；-將所述電極樣品置于所述電解質(zhì)溶液樣品中；"吏得所述電才及樣品浸泡一段可控的時(shí)間；-從所述電解質(zhì)溶液樣品中移出所述電極樣品；-稱量所述電才及樣品以及電解質(zhì)溶液樣品中的一個(gè)或稱量二者；以及-通過浸泡才喿作前后的各自重量之間的關(guān)系來測(cè)定所述電極樣品的浸透性。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述測(cè)定浸透性的操作包括計(jì)算每克電極樣品中由所述電極樣品浸透的所述電解液的重量。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述電極樣品含有一種或多種類型的活性炭。21.—種制造活性電極材料的方法，所述方法包括提供活性炭；提供粘結(jié)劑；以及將所述活性炭和所述粘結(jié)劑混合以獲得一種混合物，其中，所述活性炭具有每克電極材料約1.38克電解液的浸透指數(shù)。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述浸透指數(shù)在約1.38克電解液/每克電極材料至約2.2克電解液/每克電極材料之間。23.—種電才及，包4舌集電體；以及附著于所述集電體的活性電極材料膜，其中，所述活性電極材料是一種包括活性炭組分、可選的導(dǎo)電性碳組分，以及粘結(jié)劑組分的混合物；其中，所述活性炭具有每克電極材料至少約1.38克電解液的浸透指凄t。24.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電極，其中，所述可浸透性指數(shù)在約1.38克電解液/每克電4及材料至約2.2克電解質(zhì)/每克電才及材泮牛之間。全文摘要一種活性電極材料，其通過將活性炭、可選的導(dǎo)電性碳以及粘結(jié)劑的混合物進(jìn)行摻和或混合而制成，其中該活性炭具有高浸透性以減少電容的衰減。該電極材料可以被附著至集電體以獲得用于各種電子裝置，包括雙層電容器的電極。文檔編號(hào)H01G9/04GK101313376SQ200680043501公開日2008年11月26日申請(qǐng)日期2006年11月22日優(yōu)先權(quán)日2005年11月22日發(fā)明者習(xí)笑梅,鐘黎君申請(qǐng)人:麥斯韋爾技術(shù)股份有限公司