專利名稱：一種超級電容器及其極片以及該極片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超級電容器，尤其是一種超級電容器極片及其制備方法，以及使用此極片的超級電容器。
背景技術(shù)：
超級電容器作為一種儲能器件，具有大倍率充放電、安全性好、循環(huán)性能優(yōu)異、長期存儲時(shí)性能衰減小等特點(diǎn)，適于應(yīng)用于高功率的應(yīng)用場合，如HEV剎車時(shí)的能量回收、車輛啟動(dòng)、加速等。雙電層電容器是目前市場上主流的超級電容器的類型。從組成上看，超級電容器包括可極化電極、隔膜、電解液及封裝體。電極材料決定了超級電容器的性能，電極結(jié)構(gòu)對于性能的發(fā)揮具有重要的影響。良好的電極結(jié)構(gòu)能夠降低電阻，使超級電容器進(jìn)行更大倍率的充放電。雙電層電極包括集流體鋁箔及其上的涂布層。涂布層(活性物質(zhì)膜片層)與集流體之間的接觸電阻影響超級電容器的電阻，進(jìn)而影響超級電容器的大電流充放電性能。為了減小接觸電阻，可以對集流體進(jìn)行表面處理。如申請?zhí)枮?00710165637. 6的中國專利提出了一種集流體表面處理方法，此方法采用鉻酸混合液對集流體表面進(jìn)行腐蝕處理，目的是增加活性物質(zhì)膜片層與集流體的粘結(jié)強(qiáng)度，減小接觸電阻。但是使用的處理液會(huì)造成相應(yīng)的污染。為減小接觸電阻，在活性物質(zhì)膜片層與集流體之間設(shè)置一層導(dǎo)電層也可以起到作用。如美國專利US6804108B2在活性物質(zhì)膜片層與集流體之間涂布一層，目的是為了減小接觸電阻，其使用的配方為粘接劑與導(dǎo)電碳的混合，粘接劑使用的為PVDF，溶劑使用丙酮， 丙酮沸點(diǎn)56度，易揮發(fā)，屬于易燃易爆的物質(zhì)，不利于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)。如中國專利(申請?zhí)?200610082563. 5和200610082560. 1)提出了在表面粗糙的集流體上涂布底涂層，再在其上涂布可極化電極層，此底涂層與表面粗糙集流體的良好接觸可降低接觸電阻。但是此表面粗糙集流體是通過化學(xué)蝕刻方法使其表面粗糙化，由于增加了工序，使得價(jià)格增加，超級電容器總成本亦有較大的增加。有鑒于此，為了制造出性價(jià)比更高的超級電容器，需要一種電極制作方法，其要求為膜片層與集流體接觸良好、電阻小，成本低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了避免以上技術(shù)的不足之處，提供了一種普通鋁箔為集流體，聚丙烯酸鹽與導(dǎo)電碳組成的導(dǎo)電層為涂布底層，活性炭、導(dǎo)電碳、粘結(jié)劑組成的活性物質(zhì)膜片層為上層的超級電容器極片及其制作方法和使用此極片的超級電容器。本發(fā)明制作的超級電容器的極片，膜片與集流體接觸良好、電阻小、成本低、操作方便，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種超級電容器極片，包括鋁集流體，含有聚丙烯酸鹽的導(dǎo)電層及活性物質(zhì)膜片層。其中集流體鋁箔為普通鋁箔，非刻蝕鋁箔。所述導(dǎo)電層，包括聚丙烯酸鹽和導(dǎo)電碳，所述聚丙烯酸鹽和導(dǎo)電碳的質(zhì)量比為 20 80 80 20。所述的聚丙烯酸鹽為聚丙烯酸鈣、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鋰、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸鎂中的一種或幾種。所述導(dǎo)電層的涂布重量為0. 1 0. 5mg/cm2。所述導(dǎo)電層的涂布重量進(jìn)一步優(yōu)選為0. 2 0. 3mg/cm2。所述活性物質(zhì)膜片層涂布重量為0. 9 8. Omg/cm2。所述活性物質(zhì)膜片層包含活性炭、導(dǎo)電碳和粘結(jié)劑，其中導(dǎo)電碳包括SuperP、導(dǎo)電碳黑，粘結(jié)劑為PVDF，其中，活性炭導(dǎo)電碳粘結(jié)劑=75 90 6 3 19 7。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種超級電容器極片的有益效果體現(xiàn)在由于活性物質(zhì)膜片層與集流體為兩類不同的物質(zhì)，其接觸電阻大，對極片電阻有著重要的影響。導(dǎo)電層位于集流體與活性物質(zhì)膜片層之間，包含聚丙烯酸鹽與導(dǎo)電碳，其中聚丙烯酸鹽與集流體鋁箔具有良好的粘接作用。通過此導(dǎo)電層的使用，尤其是聚丙烯酸鹽的使用，改善了活性物質(zhì)膜片層與集流體的接觸，降低了接觸電阻，使極片的電阻降低約 50%。本發(fā)明還提供一種超級電容器極片的制作方法a)鋁箔集流體上導(dǎo)電層的制備。鋁箔為一般鋁箔，非蝕刻鋁箔。將導(dǎo)電層漿料涂布到鋁箔集流體上，導(dǎo)電層漿料包含的物質(zhì)為聚丙烯酸鈣、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鋰、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸鎂中的一種或幾種，SuperP、導(dǎo)電碳黑中的一種或兩種的混合，此兩類物質(zhì)的質(zhì)量比為20 80 80 20。此導(dǎo)電層的涂布重量為0. 1 0. 5mg/cm2。極片經(jīng)過涂布機(jī)的烘箱后，成為表觀干燥的極片。b)活性物質(zhì)膜片層的制備。將活性物質(zhì)膜片層漿料涂布到有導(dǎo)電層的極片上，活性物質(zhì)膜片層組份包含活性炭、導(dǎo)電碳、粘結(jié)劑，其中導(dǎo)電碳包括SuperP、導(dǎo)電碳黑，粘結(jié)劑為PVDF。以上三種物質(zhì)的質(zhì)量比為活性炭導(dǎo)電碳粘結(jié)劑=75 90 6 3 19 7。此活性物質(zhì)膜片層的涂布重量為0.9 8. Omg/cm2。極片經(jīng)過涂布機(jī)的烘箱后，成為表觀干燥的極片。c)冷壓，壓實(shí)密度為0. 50 0. 85g/cm3。d)極片通過高溫烘箱進(jìn)行二次干燥。e)通過分條、裁片制備所需要尺寸的極片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種超級電容器極片的制作方法的有益效果體現(xiàn)在此方法操作方便，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。所制備的超級電容器極片的集流體采用普通鋁箔，其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于刻蝕鋁箔的成本，原因在于刻蝕鋁箔制備過程復(fù)雜，刻蝕鋁箔的制備過程為 在普通鋁箔的基礎(chǔ)上經(jīng)過前處理如堿洗、工業(yè)水洗、主反應(yīng)如HCl腐蝕、工業(yè)水洗、純水洗、 中處理(HNO3除Cl、Cu)、純水洗、后處理(H3P04鈍化處理)、純水洗、熱處理。一種超級電容器，其包括兩個(gè)極片、間隔于兩個(gè)極片之間的隔離膜、以及它們的電解液，所述極片為上述的極片。該超級電容器具有優(yōu)異的大電流充放電性能、高低溫性能及循環(huán)性能。


圖1是本發(fā)明超級電容器的極片結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和說明書附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1 在16 μ m的鋁箔集流體10上涂布導(dǎo)電層20漿料(導(dǎo)電層20漿料成份為聚丙烯酸鈣與SuperP，兩者的質(zhì)量比為40 60，溶劑為去離子水，調(diào)整漿料粘度達(dá)到200mPa. s)， 涂布重量為0. ^mg/cm2，經(jīng)過涂布機(jī)的烘箱后得到干燥后的極片。然后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。在涂有導(dǎo)電層20的極片上涂布活性物質(zhì)膜片層30 (活性物質(zhì)膜片層30的組份包含YP50F活性炭、乙炔黑、K-761 PVDF，三者的質(zhì)量比為86 4 10，溶劑使用NMP，調(diào)整漿料粘度達(dá)到3270mPa. s)，涂布重量為5. lmg/cm2，極片經(jīng)過涂布機(jī)的烘箱后，成為表觀干燥的極片。然后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。然后極片進(jìn)行冷壓，壓實(shí)密度為0. 62g/cm3,再使極片通過高溫烘箱進(jìn)行二次干燥，再依次通過分條、裁片制備出待卷繞的極片。將此極片進(jìn)行卷繞，然后經(jīng)過封裝、注液等工序制備出306F的超級電容器。該超級電容器的平均電阻為1. 9m Ω (1000Hz時(shí))，該超級電容器具有優(yōu)異的大電流充放電性能、高低溫性能及循環(huán)性能。實(shí)施例2 在16 μ m的鋁箔集流體10上涂布導(dǎo)電層20漿料(導(dǎo)電層20漿料成份為聚丙烯酸鋰、聚丙烯酸鈉與SuperP，此三者的質(zhì)量比為20 30 50，溶劑為去離子水，調(diào)整漿料粘度達(dá)到^OmPa. s)，涂布重量為0. 31mg/cm2，經(jīng)過涂布機(jī)的烘箱后得到干燥后的極片。然
后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。在涂有導(dǎo)電層的極片上涂布活性物質(zhì)膜片層30(活性物質(zhì)膜片層30的組份包含 YP15活性炭、SuperP、K-761 PVDF，三者的質(zhì)量比為87 3 10，溶劑使用NMP，調(diào)整漿料粘度達(dá)到^50mPa. s)，涂布重量為4. ang/cm2，極片經(jīng)過涂布機(jī)的烘箱后，成為表觀干燥的極片。然后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。然后極片進(jìn)行冷壓，壓實(shí)密度為0. 71g/cm3。其膜片電阻率為0. 519 Ω . m，作為對比組的極片，其活性物質(zhì)膜片層直接涂布到16 μ m的鋁箔集流體上，膜片電阻為0. 984 Ω . m。從此對比結(jié)果可以看出使用聚丙烯酸鹽的導(dǎo)電層能夠改善活性物質(zhì)膜片層與集流體的接觸狀況，明顯地降低接觸電阻。實(shí)施例3 在16 μ m的鋁箔集流體10上涂布導(dǎo)電層20漿料(導(dǎo)電層20漿料成份為聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸鎂、聚丙烯酸鈣與SuperP，此三者的質(zhì)量比為10 10 20 60，溶劑為去離子水，調(diào)整漿料粘度達(dá)到510mPa. s)，涂布重量為0. 47mg/cm2,經(jīng)過涂布機(jī)的烘箱后得到干燥后的極片。然后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。在涂有導(dǎo)電層的極片上涂布活性物質(zhì)膜片層30(活性物質(zhì)膜片層30的組份包含YP15活性炭、SuperP、K-761 PVDF，三者的質(zhì)量比為75 6 19，溶劑使用NMP，調(diào)整漿料粘度達(dá)到4395mPa. s)，涂布重量為7. 9mg/cm2，極片經(jīng)過涂布機(jī)的烘箱后，成為表觀干燥的極片。然后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。然后極片進(jìn)行冷壓，壓實(shí)密度為0. 73g/cm3。其膜片層電阻率為0. 688 Ω . m。實(shí)施例4:在16 μ m的鋁箔集流體10上涂布導(dǎo)電層20漿料(導(dǎo)電層20漿料成份為聚丙烯酸鈣與SuperP，此三者的質(zhì)量比為35 65，溶劑為去離子水，調(diào)整漿料粘度達(dá)到160mPa. s)，涂布重量為0. i;3mg/cm2，經(jīng)過涂布機(jī)的烘箱后得到干燥后的極片。然后再涂布另一面， 涂布重量與方法相同。在涂有導(dǎo)電層20的極片上涂布活性物質(zhì)膜片層30 (活性物質(zhì)膜片層30的組份包含YP50F活性炭、乙炔黑、K-761 PVDF，三者的質(zhì)量比為90 3 7，溶劑使用NMP，調(diào)整漿料粘度達(dá)到105mPa. s)，涂布重量為0. 9mg/cm2，極片經(jīng)過涂布機(jī)的烘箱后，成為表觀干燥的
極片。然后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。然后極片進(jìn)行冷壓，壓實(shí)密度為0. 68g/cm3。其膜片層電阻率為0. 481 Ω . m。實(shí)施例5 在16 μ m的鋁箔集流體10上涂布導(dǎo)電層20漿料(導(dǎo)電層20漿料成份為聚丙烯酸鈣與SuperP，此三者的質(zhì)量比為75 25，溶劑為去離子水，調(diào)整漿料粘度達(dá)到220mPa. s)，涂布重量為0. 2%ig/cm2，經(jīng)過涂布機(jī)的烘箱后得到干燥后的極片。然后再涂布另一面， 涂布重量與方法相同。在涂有導(dǎo)電層20的極片上涂布活性物質(zhì)膜片層30 (活性物質(zhì)膜片層30的組份包含YP50F活性炭、乙炔黑、K-761 PVDF，三者的質(zhì)量比為85 5 10，溶劑使用NMP，調(diào)整漿料粘度達(dá)到565mPa. s)，涂布重量為1. 6mg/cm2，極片經(jīng)過涂布機(jī)的烘箱后，成為表觀干燥的極片。然后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。然后極片進(jìn)行冷壓，壓實(shí)密度為0. 67g/cm3。其膜片層電阻率為0. 579 Ω . m。根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式
，對本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
權(quán)利要求
1.一種超級電容器極片，包括鋁集流體，其特征在于含有聚丙烯酸鹽的導(dǎo)電層及活性物質(zhì)膜片層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超級電容器極片，其特征在于所述導(dǎo)電層，包括聚丙烯酸鹽和導(dǎo)電碳，所述聚丙烯酸鹽和導(dǎo)電碳的質(zhì)量比為20 80 80 20。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種超級電容器極片，其特征在于所述的聚丙烯酸鹽為聚丙烯酸鈣、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鋰、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸鎂中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超級電容器極片，其特征在于所述導(dǎo)電層的涂布重量為 0. 1 ~ 0. 5mg/cm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種超級電容器極片，其特征在于所述導(dǎo)電層的涂布重量為 0. 2 0. 3mg/cm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超級電容器極片，其特征在于所述活性物質(zhì)膜片層涂布重量為 0. 9 8. Omg/cm2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超級電容器極片，其特征在于所述活性物質(zhì)膜片層包含活性炭、導(dǎo)電碳和粘結(jié)劑，其中，活性炭導(dǎo)電碳粘結(jié)劑=75 90 6 3 19 7。
8.一種超級電容器極片的制作方法，其特征在于在鋁箔集流體上涂布含有聚丙烯酸鹽的導(dǎo)電層，以及干燥，然后在涂布含有聚丙烯酸鹽的導(dǎo)電層其上涂布活性物質(zhì)膜片層及干燥，再進(jìn)行冷壓、分條、裁片制備所需要的極片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種超級電容器極片的制作方法，其特征在于所述的冷壓，其壓實(shí)密度為0. 50 0. 85g/cm3。
10.一種超級電容器，其包括兩個(gè)極片、間隔于兩個(gè)極片之間的隔離膜、以及它們的電解液，其特征在于所述極片為權(quán)利要求1-7中所述的極片。
全文摘要
本發(fā)明涉及超級電容器，尤其是一種超級電容器極片及其制備方法，以及使用此極片的超級電容器，包括鋁集流體，含有聚丙烯酸鹽的導(dǎo)電層及活性物質(zhì)膜片層，此種極片的導(dǎo)電層降低了活性物質(zhì)膜片層與集流體之間的接觸電阻，使用此極片制備的超級電容器具有低的電阻，良好的倍率、高低溫、循環(huán)性能。
文檔編號H01G9/04GK102332354SQ201010624828
公開日2012年1月25日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者付成華, 許瑞, 韓昌隆 申請人:東莞新能源電子科技有限公司, 東莞新能源科技有限公司