專利名稱：：一種超級(jí)電容器用電極及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于電化學(xué)儲(chǔ)能元器件領(lǐng)域，特別是涉及一種電化學(xué)超級(jí)電容器用電極及其制造方法。
背景技術(shù)：
：隨著全球化石能源危機(jī)日益顯現(xiàn)和全球氣候顯著變化，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)愈來愈受到重視，高效、節(jié)能、環(huán)保的高科技領(lǐng)域已成為世界各國(guó)競(jìng)相占領(lǐng)的高地，其中現(xiàn)階段表現(xiàn)最突出也最亟待解決的當(dāng)屬能源問題。目前主要被開發(fā)的能源形式有風(fēng)能、太陽(yáng)能和核能等。在所有能源形式的開發(fā)利用中，能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)換裝置都扮演著重要角色，其中最重要的是二次電池(如鋰離子電池)和超級(jí)電容器。和二次電池相比，超級(jí)電容器的顯著優(yōu)勢(shì)是具有極高的功率密度和超長(zhǎng)的循環(huán)壽命，特別適合用作啟動(dòng)電源，因此在世界能源開發(fā)的浪潮中超級(jí)電容器逐漸扮演起重要角色，尤其在電動(dòng)交通工具、大中型移動(dòng)電子終端和超大型裝備中的重要性越來越明顯。超級(jí)電容器的電化學(xué)性能主要取決于電極和電解液的性質(zhì)，而目前電解液的質(zhì)量已達(dá)到了較高的水平。就目前發(fā)展水平看，電極中活性物質(zhì)的涂敷主要有三種方式，即輥涂、碾涂和噴涂，其中輥涂和碾涂較成熟，噴涂在能量轉(zhuǎn)換裝置中的應(yīng)用是正處于研發(fā)階段的一種涂敷方式。輥涂是將粘附于輥上的活性物質(zhì)漿料通過輥與集流體之間預(yù)留的縫隙將活性物質(zhì)漿料涂敷到集流體上，這種涂敷方式不適于涂敷太薄和太厚的電極，太薄的電極受限于漿料中團(tuán)聚的活性物質(zhì)顆粒尺寸限制，太厚則受限于漿料的流動(dòng)性限制，因此，涂敷太薄和太厚的電極都存在設(shè)備上的缺陷，且該涂敷方式制作的電極厚度偏差較大，超過設(shè)計(jì)厚度的8%以上。碾涂是首先將活性物質(zhì)漿料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑通過干法混合制作成具有一定粘性的干電極層，然后將干電極層在輥壓機(jī)中直接碾壓到集流體上，該電極制作方法的優(yōu)點(diǎn)是電極制作過程中不會(huì)引進(jìn)其他雜質(zhì)，也適于制作不同厚度的電極，且電極性能優(yōu)異，但是這種涂敷方式也存在電極厚度偏差大的缺點(diǎn)，厚度偏差超過設(shè)計(jì)厚度的3%以上。而噴涂則是首先將高粘度的漿料霧化，然后將漿料沉積于集流體上，該涂敷方式既適于制作超薄的電極也適于制作超厚的電極，均不存在設(shè)備上的缺陷，而且這種涂敷方式最主要的優(yōu)點(diǎn)是電極厚度偏差小，一般不超過設(shè)計(jì)厚度的0.5%，優(yōu)勢(shì)非常明顯。由于電極厚度的均一性會(huì)影響超級(jí)電容器的諸多電化學(xué)性能，而噴涂在電極厚度和電極均一性方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，因此該涂敷方式將有明顯的應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種環(huán)境污染小、生產(chǎn)成本低、適于加工超薄和超厚電極且電極厚度均一性高的電極制造方法，以提高超級(jí)電容器的電化學(xué)性能?！N超級(jí)電容器用電極的制造方法，包括如下步驟漿料制備，將粘結(jié)劑加入一定量的去離子水中攪拌，直至粘結(jié)劑充分溶解并且液體粘度值不隨時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生改變；再將混合均勻的活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑加入到配制好的液體中充分?jǐn)嚢?，直至漿料的粘度值不隨時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生改變；漿料涂敷，將上述制備好的漿料轉(zhuǎn)移至密閉容器中霧化并噴涂于集流體上，成為預(yù)處理電極；烘干，將預(yù)處理電極放置于干燥箱中烘烤除去其中的水分；碾壓，將除去水分后的預(yù)處理極片碾壓至一定厚度。其中，所述漿料配制中所需水的量由漿料粘度決定，漿料動(dòng)力粘度值介于1400019000mPas。其中，所述漿料中各固體物質(zhì)質(zhì)量百分比分別為活性物質(zhì)6590%，導(dǎo)電劑820%，粘結(jié)劑515%。其中，所述電極活性物質(zhì)為活性炭、尖晶石錳酸鋰或橄欖石型磷酸鐵鋰中的一種或幾種。其中，所述導(dǎo)電劑為石墨、導(dǎo)電炭黑或碳納米管中的一種或幾種。其中，所述粘結(jié)劑為聚丙烯腈或丁苯橡膠和羥甲基纖維素。其中，所述水為去離子水或純水，電導(dǎo)率小于0.1iiS/cm。其中，所述集流體為鋁箔或銅箔。其中，所述漿料通過壓力、氣體或聲波霧化后以噴涂的方式涂敷于集流體上。由于采用了以上的技術(shù)方案，本發(fā)明所具有的有益效果是1、本技術(shù)采用噴涂工藝，生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單。預(yù)處理電極烘干過程中僅僅是把其中的水分除去，對(duì)環(huán)境沒任何污染。2、活性物質(zhì)漿料采用水溶性體系，電極加工時(shí)對(duì)作業(yè)環(huán)境的溫、濕度要求不嚴(yán)格。3、本技術(shù)既適于加工超薄的電極也適于加工超厚的電極，且無(wú)論超薄還是超厚的電極，電極厚度均一性高。保證了以此電極制作的超級(jí)電容器的優(yōu)良的電化學(xué)性能。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1:首先稱取15份重量以固含量計(jì)的粘結(jié)劑(丁苯橡膠和羥甲基纖維素的水乳液)加入一定量的去離子水中，高速剪切攪拌6小時(shí)。加入20份重量球磨干混4小時(shí)的導(dǎo)電劑(8份重量碳納米管，8份重量石墨，4份重量超級(jí)導(dǎo)電炭黑)，再充分高速剪切攪拌3小時(shí)。再加入65份重量的活性炭充分剪切攪拌6小時(shí)，控制漿料粘度14000iiS/cm，之后將漿料噴涂至40微米厚的鋁箔上。再在11(TC高溫烘箱中烘烤24小時(shí)。將該電極組裝成對(duì)稱型2.7V150F超級(jí)電容器。實(shí)施例2:首先稱取12份重量以固含量計(jì)的粘結(jié)劑(聚丙烯腈水乳液)加入一定量的去離子水中，高速剪切攪拌4小時(shí)。加入15份重量球磨干混4小時(shí)后的導(dǎo)電劑(6份重量碳納米管，6份重量石墨，3份重量超級(jí)導(dǎo)電炭黑)，再充分高速剪切攪拌3小時(shí)。再加入73份重量的活性炭高速剪切攪拌6小時(shí)，控制漿料粘度17000iiS/cm，之后將漿料噴涂至40微米厚的鋁箔上。再在11(TC高溫烘箱中烘烤24小時(shí)。將該電極組裝成對(duì)稱型2.7V150F超級(jí)電容器。實(shí)施例3:首先稱取10份重量以固含量計(jì)的粘結(jié)劑(聚丙烯腈水乳液)加入一定量的去離子水中，充分高速剪切攪拌4小時(shí)。加入9份重量球磨干混4小時(shí)的導(dǎo)電劑(4份重量碳納米管，3份重量石墨，2份重量超級(jí)導(dǎo)電炭黑)，再充分高速剪切攪拌3小時(shí)。加入81份重量的活性炭充分?jǐn)嚢?小時(shí)，控制漿料粘度18500iiS/cm，之后將漿料噴涂至40微米厚的鋁箔上。在ll(TC高溫烘箱中烘烤24小時(shí)。將該電極組裝成對(duì)稱型2.7V150F超級(jí)電容器。實(shí)施例4:首先稱取9份重量以固含量計(jì)的粘結(jié)劑(丁苯橡膠和羥甲基纖維素的水乳液)加入一定量的去離子水中，充分高速剪切攪拌4小時(shí)。加入5份重量球磨干混4小時(shí)的導(dǎo)電劑(3份重量石墨，2份重量超級(jí)導(dǎo)電炭黑)，再充分高速剪切攪拌3小時(shí)。再加入86份重量的活性炭充分?jǐn)嚢?小時(shí)，控制漿料粘度19000iiS/cm，之后將漿料噴涂至40微米厚的鋁箔上。在ll(TC高溫烘箱中烘烤24小時(shí)。將電極組裝成對(duì)稱型2.7V150F超級(jí)電容器。實(shí)施例5:首先稱取5份重量以固含量計(jì)的粘結(jié)劑(聚丙烯腈水乳液)加入一定量的去離子水中，充分高速剪切攪拌4小時(shí)。加入5份重量球磨干混4小時(shí)的導(dǎo)電劑(5份重量超級(jí)導(dǎo)電炭黑)，再充分高速剪切攪拌3小時(shí)。再加入90份重量的尖晶石錳酸鋰充分?jǐn)嚢?小時(shí)，控制漿料粘度17500iiS/cm，之后將漿料噴涂至40微米厚的鋁箔上。以上述實(shí)施例3中漿料的制作過程將漿料噴涂到銅箔上，再將電極在11(TC高溫烘箱中烘烤24小時(shí)。將這兩種電極組裝成不對(duì)稱型2.7V150F電化學(xué)超級(jí)電容器。實(shí)施例6:首先稱取7份重量以固含量計(jì)的粘結(jié)劑(丁苯橡膠和羥甲基纖維素的水乳液)加入一定量的去離子水中，充分高速剪切攪拌6小時(shí)。加入5份重量球磨干混4小時(shí)的導(dǎo)電劑(3份重量碳納米管，2份重量超級(jí)導(dǎo)電炭黑)，再充分高速剪切攪拌3小時(shí)。再加入88份重量的橄欖石型磷酸亞鐵鋰充分?jǐn)嚢?小時(shí)，控制漿料粘度18000iiS/cm，之后將漿料噴涂至40微米厚的鋁箔上。在11(TC高溫烘箱中烘烤24小時(shí)。以上述實(shí)施例3中漿料的制作過程將漿料噴涂到銅箔上，再將電極在ll(TC高溫烘箱中烘烤24小時(shí)。將這兩種電極組裝成不對(duì)稱型2.7V150F電化學(xué)超級(jí)電容器。以上實(shí)施例中制備的2.7V150F超級(jí)電容器的電極參數(shù)和超級(jí)電容器電化學(xué)性能如下表表不同實(shí)施例中電極參數(shù)及其超級(jí)電容器電化學(xué)性能表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從上表可以看出，電極面密度可達(dá)到較高，幾乎是目前超級(jí)電容器電極面密度的兩倍，電極厚度偏差較小，均小于0.4%，在容量相同的情況下，內(nèi)阻有較小，高溫負(fù)荷壽命性能指標(biāo)均明顯提高，超級(jí)電容器單體一致性好，整體性能較高。本說明書中所述的只是本發(fā)明的幾種較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。權(quán)利要求一種超級(jí)電容器用電極的制造方法，其特征在于包括如下步驟漿料制備，將粘結(jié)劑加入一定量的去離子水中攪拌，直至粘結(jié)劑充分溶解并且液體粘度值不隨時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生改變；再將混合均勻的活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑加入到配制好的液體中充分?jǐn)嚢瑁敝翝{料的粘度值不隨時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生改變；漿料涂敷，將上述制備好的漿料轉(zhuǎn)移至密閉容器中霧化并噴涂于集流體上，成為預(yù)處理電極；烘干，將預(yù)處理電極放置于干燥箱中烘烤除去其中的水分；碾壓，將除去水分后的預(yù)處理極片碾壓至一定厚度。2.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述漿料配制中所需水的量由漿料粘度決定，漿料動(dòng)力粘度值介于1400019000mPas。3.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于所述漿料通過壓力、氣體或聲波霧化后以噴涂的方式涂敷于集流體上。4.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于所述漿料中各固體物質(zhì)質(zhì)量百分比分別為活性物質(zhì)6590%，導(dǎo)電劑820%，粘結(jié)劑515%。5.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于所述電極活性物質(zhì)為活性炭、尖晶石錳酸鋰或橄欖石型磷酸鐵鋰中的一種或幾種。6.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于所述導(dǎo)電劑為石墨、導(dǎo)電炭黑或碳納米管中的一種或幾種。7.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于所述粘結(jié)劑為聚丙烯腈或丁苯橡膠和羥甲基纖維素。8.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于所述水為去離子水或純水，電導(dǎo)率小于0.1iiS/cm。9.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于所述集流體為鋁箔或銅箔。10.—種使用權(quán)利要求l-9之一所用的方法制造的超級(jí)電容器用電極。全文摘要本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器用電極及其制造方法，包括漿料制備、漿料涂敷、預(yù)處理電極的烘干和碾壓。漿料由電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和水混合并攪拌均勻，以控制漿料粘度值的方式得到。漿料以噴涂的方式涂敷于集流體上即為預(yù)處理電極，將預(yù)處理電極在干燥設(shè)備中除去水分，并碾壓至某一厚度即為本發(fā)明制備的超級(jí)電容器用電極。本發(fā)明工藝流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，環(huán)境污染小，適合在更廣泛溫、濕度范圍的作業(yè)環(huán)境加工，特別適于制造均一性高的高面密度電極，以此電極組裝的超級(jí)電容器電化學(xué)性能優(yōu)異。文檔編號(hào)H01G9/155GK101710537SQ20091020016公開日2010年5月19日申請(qǐng)日期2009年12月9日優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日發(fā)明者原敏,王琦,賀曉書,馬尚德申請(qǐng)人:上海奧威科技開發(fā)有限公司