專利名稱：一種超級(jí)電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，涉及超級(jí)電容器，具體涉及一種超級(jí)電容器的制作方法。
背景技術(shù)：
超級(jí)電容器的兩個(gè)重要部分是電極和電解液，其儲(chǔ)能原理是在電極與電解液界面形成雙電荷層來積蓄電荷，儲(chǔ)存能量。為了提高能量密度，電極的活性材料通常選用活性炭、炭黑、碳納米管、石墨烯、膨化石墨、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物等，為了使超級(jí)電容器長壽命高效率充放電，集電極一般選用耐化學(xué)和電化學(xué)腐蝕的高純鋁、不銹鋼和鎳等材料，還通常在集電極上粘結(jié)金屬和石墨等低阻抗涂層。電解液有水溶性電解液和有機(jī)電解液，其中有機(jī)電解液的工作電壓高，存儲(chǔ)的能量多，但由于電容器單元內(nèi)部有水分存在，超級(jí)電容器在充電時(shí)引起水分解將使超級(jí)電容器性能劣化，因此使用有機(jī)電解液的超級(jí)電容器必須對電極充分除水，通常采取高溫真空除水。電極中的活性炭、炭黑、碳納米管、石墨烯、膨化石墨、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物等活性材料，通常為粉末狀，與橡膠類粘結(jié)劑溶液和水混合，活性材料和導(dǎo)電材料分散在橡膠類粘結(jié)劑溶液和水中，制成漿料，形成極片，涂于集電極上，干燥制成電極，但由于這種方法的粘結(jié)力弱，極片與集電極間粘結(jié)強(qiáng)度小，將電極進(jìn)一步加工制成超級(jí)電容器后，產(chǎn)品在大電流高頻率充放電過程中，極片會(huì)與集電極逐漸分離剝落，使超級(jí)電容器產(chǎn)品的性能嚴(yán)重劣化。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前超級(jí)電容器生產(chǎn)技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種超級(jí)電容器的制作方法，解決集電極與極片間粘結(jié)強(qiáng)度小及極片內(nèi)部粘結(jié)強(qiáng)度小等問題。本發(fā)明中極片由活性材料、導(dǎo)電材料和復(fù)合粘結(jié)劑溶液構(gòu)成，極片與金屬集電極形成一體，構(gòu)成超級(jí)電容器的電極，將電極加工成一定尺寸后，連接上引線，在兩個(gè)電極中間夾入隔極膜卷繞成一定尺寸的芯子，真空干燥，加入有機(jī)電解液后封裝制成超級(jí)電容器。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是
(1)準(zhǔn)備集電極選取原料金屬鋁或鋁合金經(jīng)過表面交流腐蝕粗糙化處理后，作為集電
極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶液加入到上述混合好的材料中分散均勻，其中按質(zhì)量百分比，粘結(jié)劑溶液含量為0. 5-10%，活性材料為 80-97. 5%，導(dǎo)電材料為2-10%，然后將上述混合物壓制成厚度為30-150 μ m的極片；其中所述的復(fù)合粘結(jié)劑溶液為具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)和聚四氟乙烯混合形成的復(fù)合粘結(jié)劑，溶解在水、乙醇、異丙醇或丙酮中形成的溶液，按重量比，通式(1)的物質(zhì)為80-95%，聚四氟乙烯為5-20%，通式(1)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)為
R1SiO( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=l_100， y=l-100, R=NHCH2CH2NH2, R1= OH 或 OCH3(3)制備電極將集電極表面涂覆一層導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的一面或兩面，形成電極；
(4)制備芯子將兩張尺寸相同的電極連接引線后，在其中夾入1(Γ 00μπι厚的隔極膜，卷繞成直徑為Φ3-Φ65πιπι高度為5-165mm的芯子，然后在100-150°C下真空干燥8_72 小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，然后在50°C外加2.7V直流電壓下通電10h，最后封裝于圓形鋁殼中，得到超級(jí)電容器產(chǎn)品。其中所述的作為集電極的原料金屬鋁或鋁合金的純度至少為99. 9wt%，銅含量 0. 005wt%以下。集電極進(jìn)行表面粗糙劃處理，是為了與極片接觸良好。本發(fā)明的極片中復(fù)合粘結(jié)劑的含量為0. 5-10%，其余為活性材料和導(dǎo)電材料，其中復(fù)合粘結(jié)劑含量為0. 5%及以上極片就能達(dá)到所需極片的強(qiáng)度，但是復(fù)合粘結(jié)劑含量過高極片電阻變大，最好為1. 5-5%。所述的活性材料選用活性炭、炭黑、碳納米管、石墨烯或膨化石墨其中的一種或一種以上任意比例混合的組合物，其中活性碳的比表面積為800-3000m2/g，炭黑比表面積為 100-600 m2/g,碳納米管的比表面積為200-600m2/g，石墨烯的比表面積為500-1500 m2/ g,膨化石墨比表面積為100-300m2/g。所述的導(dǎo)電材料為石墨、炭黑或乙炔黑，粒度均為0. 1-2 μ m。所述的導(dǎo)電膠為石墨導(dǎo)電膠、銅粉導(dǎo)電膠或銀粉導(dǎo)電膠。所述的隔極膜為纖維素紙、多孔聚丙烯、多孔聚四氟乙烯、多孔聚偏氟乙烯、多孔聚乙烯、多孔聚丙烯聚乙烯覆合膜或多孔聚酰亞胺，隔極膜的孔隙率為60-95%，厚度 10-100 μ m,孔徑 0. 05-0. 2 μ m。所述的有機(jī)電解液是離解性的鹽Ii1Ii2R3R4NY或Ii1Ii2R3R4NPY溶解在有機(jī)溶劑中形成有機(jī)電解液，R1 R2 R3 R4為相同烷基或不同烷基，Y為BF;、PF6- C104_或CF3SO3^陰離子；所述的有機(jī)溶劑是碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、環(huán)丁砜、乙腈或四氫呋喃，或一種以上以任意比例混合形成的混合溶劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是
現(xiàn)有的超級(jí)電容器電極制作時(shí)，通常采用聚四氟乙烯、羧甲基纖維素、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯中的一種或一種以上成分組成作為粘結(jié)劑，采用這些粘結(jié)劑液制作的電極極片機(jī)械強(qiáng)度弱，不利于連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)；而本發(fā)明的核心就在于采用通式為Wt^1SiCK CH3 { SiO ( CH3) 2) x — { RSiOCH3 ) y —Si( CH3) 2 R1和聚四氟乙烯混合形成的復(fù)合粘結(jié)劑，制作的電極柔軟、機(jī)械強(qiáng)度大，易于連續(xù)化生產(chǎn)；對本發(fā)明的超級(jí)電容器在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率在 92%以上，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率在 86%以上，這說明本發(fā)明的超級(jí)電容器具有良好的電容穩(wěn)定性和較長的循環(huán)壽命。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所采用原料通式(1)的物質(zhì)來自渤海大學(xué)精細(xì)化研究所，其余原材料產(chǎn)品為市售產(chǎn)品。實(shí)施例1
4本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而
成
R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — { RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=2, y=2, R=NHCH2CH2NH2，R1= OH
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比，通式(1)的物質(zhì)為80%，聚四氟乙烯20%。(1)準(zhǔn)備集電極將金屬鋁表面交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為30 μ m，粗糙度單側(cè)厚度為3μπι的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，再將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在異丙醇中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為5%，活性材料為87%，導(dǎo)電材料為8%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為100 μ m極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的一側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述帶狀電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后， 在其中間夾入50 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用纖維素紙，隔極膜的孔隙率為80%，孔徑為 0. 2 μ m，卷繞成直徑為Φ35πιπι，高度為IOOmm的芯子，將此芯子在120°C下真空干燥48小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓下通電10h，最后裝入圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V600F的超級(jí)電容器產(chǎn)品。所述的的集電極采用的原料是純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005wt%以下的金屬銀。本實(shí)施例選用的活性材料為電化學(xué)性能穩(wěn)定的活性炭，比表面積為1800m2/g。選用的導(dǎo)電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳酸丁烯酯溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實(shí)施例制備的超級(jí)電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為93%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為86% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例2
本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x —( RSiOCH3 } y 一Si( CH3) 2 R1 (1) x=5，y=5, R=NHCH2CH2NH2，R1= OH
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為85%，聚四氟乙烯15%。(1)準(zhǔn)備集電極將鋁合金表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為30 μ m,粗糙度單側(cè)厚度為3 μ m的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在水中分散均勻， 形成復(fù)合粘結(jié)劑，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比， 復(fù)合粘結(jié)劑含量為4%，活性材料為89%，導(dǎo)電材料為7%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為100 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的兩側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后，在其中間夾入50 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用纖維素紙，隔極膜的孔隙率為80%，厚度為50 μ m,孔徑為0. 2 μ m，卷繞成直徑為Φ 20mm，高度為40mm的芯子，將此芯子在120°C下真空干燥48 小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V100F的超級(jí)電容器產(chǎn)品。本實(shí)施例的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005%以下的鋁合金。本實(shí)施例選用的活性材料為電化學(xué)性能穩(wěn)定的活性炭，比表面積為1800m2/g。選用的導(dǎo)電材料為乙炔黑，粒度為1 μ m。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳酸二甲酯溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實(shí)施例的超級(jí)電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為93%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為87% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例3
本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 R1SiO( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=10, y=10, R=NHCH2CH2NH2，R1= OH
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為85%，聚四氟乙烯15%。(1)準(zhǔn)備集電極將金屬鋁表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為20 μ m,粗糙度單側(cè)厚度為2 μ m的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，再將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在乙醇中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為4%，活性材料為88%，導(dǎo)電材料為8%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為120 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的兩側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述帶狀電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后，在其中間夾入40 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用多孔聚酰亞胺，隔極膜的孔隙率為80%，孔徑為 0. 05 μ m，卷繞成直徑為φ 50mm，高度為IOOmm的芯子，將此芯子在120°C下真空干燥48小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V2000F的超級(jí)電容器產(chǎn)品。所述的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005wt%以下的金屬鋁。
所述的活性材料為電化學(xué)性能穩(wěn)定的活性炭，比表面積為1800m2/g。選用的導(dǎo)電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5) NBF4的環(huán)丁砜溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實(shí)施例制備的超級(jí)電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為88% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例4
本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=50, y=50, R=NHCH2CH2NH2，R1= OH
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為90%，聚四氟乙烯10%。(1)準(zhǔn)備集電極將鋁合金表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為20 μ m,粗糙度為單側(cè)2μπι的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在乙醇中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為0. 5%，活性材料為97. 5%，導(dǎo)電材料為2%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為120 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層銅粉導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的一側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述帶狀電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后，夾入20 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用多孔聚丙烯聚乙烯復(fù)合膜，隔極膜的孔隙率為95%，孔徑為0. Ιμπι，卷繞成直徑為Φ 50mm，高度為IOOmm的芯子，將此芯子在120°C下真空干燥48小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓下通電10h，最后裝入圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V1200F的超級(jí)電容器產(chǎn)品。所述集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005wt%以下的鋁合金。所述的活性材料為電化學(xué)性能穩(wěn)定的活性炭和碳納米管的混合物，活性炭和碳納米管質(zhì)量比為8:2，活性炭比表面積為2000 m2/g，碳納米管比表面積為400m2/g。選用的導(dǎo)電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳酸二甲脂溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實(shí)施例制作的的超級(jí)電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C 的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為88% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例5
本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=60、y=60、R=NHCH2CH2NH2 R1= OH
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為90%，聚四氟乙烯10%。(1)準(zhǔn)備集電極將金屬鋁表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為20 μ m,粗糙度單側(cè)厚度為2 μ m的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在丙酮中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為4%，活性材料為88%，導(dǎo)電材料為8%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為80 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層銀粉導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的兩側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后，向其中間夾入10 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用多孔聚乙烯，隔極膜的孔隙率為60%，孔徑為0. 2 μ m， 卷繞成直徑為Φ 3mm，高度為6mm的芯子，將此芯子在120°C下真空干燥48小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子，在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V350F的超級(jí)電容器產(chǎn)品。所述的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005%以下的金屬鋁。所述的活性材料為電化學(xué)性能穩(wěn)定的石墨烯，石墨烯的比表面積為1500 m2/g。選用的導(dǎo)電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5) NBF4的四氫呋喃溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實(shí)施例制作的超級(jí)電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為88% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例6
本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=50, y=50, R=NHCH2CH2NH2，R1= OCH3
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為90%，聚四氟乙烯10%。(1)準(zhǔn)備集電極將金屬鋁表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為20 μ m，粗糙度為單側(cè)厚度2 μ m的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在乙醇中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為4%，活性材料為88%，導(dǎo)電材料為8%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為 100 μ m極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的雙側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述帶狀電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后向其中間夾入20 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用多孔聚四氟乙烯，隔極膜的孔隙率為80%，孔徑為0. 2 μ m，卷繞成直徑為Φ25πιπι，高度為IOOmm的芯子，將此芯子在120°C下真空干燥48小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子，在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V1000F的超級(jí)電容器產(chǎn)品。所述的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005%以下的金屬鋁。所述的活性材料為電化學(xué)性能穩(wěn)定的活性炭和碳納米管的混合物，活性炭和碳納米管質(zhì)量比為8:2，活性炭比表面積為2000 m2/g，碳納米管比表面積為400m2/g。選用的導(dǎo)電材料為乙炔黑，粒度為0. 1 μ m。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5)NBF4的乙腈、碳酸丙烯脂、碳酸乙烯脂、碳酸二乙酯、碳酸二甲脂按體積比1:1:1:1:1混合的溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實(shí)施例制作的的超級(jí)電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C 的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為88% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例7
本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=40, y=50, R=NHCH2CH2NH2，R1= OCH3
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為90%，聚四氟乙烯10%。(1)準(zhǔn)備集電極將金屬鋁表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為20 μ m,粗糙度為單側(cè)2μπι的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在乙醇中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為4%，活性材料為88%，導(dǎo)電材料為8%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為80 μ m極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的兩側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后，向其中間加入10 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用多孔聚偏氟乙烯，隔極膜的孔隙率為90%，孔徑為 0. 2 μ m，卷繞成直徑為Φ 20mm，高度為80mm的芯子，將此芯子在120°C下真空干燥48小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子，在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V1000F的超級(jí)電容器產(chǎn)品。所述的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005%以下的金屬鋁。所述的活性材料為電化學(xué)性能穩(wěn)定的碳納米管和石墨烯的混合物，質(zhì)量比為4:6， 碳納米管的比表面積為200 m2/g，石墨烯的比表面積為1500 m2/g。選用的導(dǎo)電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5) NCF3SO3的碳酸乙烯脂溶液。
在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實(shí)施例制作的超級(jí)電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為88% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例8
本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=60, y=60, R=NHCH2CH2NH2，R1= OCH3
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為90%，聚四氟乙烯10%。(1)準(zhǔn)備集電極將金屬鋁表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為20 μ m,粗糙度為單側(cè)厚度2 μ m的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶液溶解在乙醇中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為0. 5%，活性材料為97. 5%，導(dǎo)電材料為2%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為150 μ m極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的兩側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后，夾入 20 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用多孔聚氟乙烯，隔極膜的孔隙率為80%，厚度為20 μ m,孔徑為0. 2 μ m，卷繞成直徑為Φ 30mm,高度為IOOmm的芯子，將此芯子在100°C下真空干燥72小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓下通電10h，最后裝入圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V1500F的超級(jí)電容器產(chǎn)品。所述的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005%以下的金屬鋁。所述的活性材料為電化學(xué)性能穩(wěn)定的活性炭、炭黑和膨化石墨的混合物，其質(zhì)量比為1:2:7，活性炭比表面積為3000m2/g，炭黑的比表面積為600 m2/g，膨化石墨的比表面積為 100 m2/g。選用的導(dǎo)電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5) NClO4的碳酸甲乙脂溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實(shí)施例制作的超級(jí)電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為88% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例9
本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=60, y=70, R=NHCH2CH2NH2，R1= OCH3
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為95%，聚四氟乙烯5%。
(1)準(zhǔn)備集電極將金屬鋁表面進(jìn)行粗糙化處理，得到厚度為20 μ m,粗糙度為單側(cè)2 μ m的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在乙醇中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為10%，活性材料為80%，導(dǎo)電材料為10%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為150 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的兩側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后，向其中間夾入100 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用多孔聚丙烯，隔極膜的孔隙率為60%，孔徑為 0. 05 μ m，卷繞成直徑為Φ65πιπι，高度為165mm的芯子，將此芯子在150°C下真空干燥8小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V1200F的超級(jí)電容器產(chǎn)品。所述的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005%以下的金屬鋁。所述的活性材料為電化學(xué)性能穩(wěn)定的活性炭、炭黑、碳納米管、石墨烯和膨化石墨的混合物，質(zhì)量比1:1:1:1:1，其中活性炭比表面積為2000 m2/g，炭黑比表面積為500 m2/ g，碳納米管200 m2/g，石墨烯比表面積1500 m2/g，膨化石墨比表面積100 m2/g。選用的導(dǎo)電材料為炭黑，粒度為1 μ m。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C3H8)NPF6的碳酸二乙脂溶液、碳酸甲乙脂和四氫呋喃按照體積比1:1:1混合的溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實(shí)施例制作的超級(jí)電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為88% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種超級(jí)電容器的制作方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行(1)準(zhǔn)備集電極選取原料金屬鋁或鋁合金經(jīng)過表面交流腐蝕粗糙化處理后，作為集電極；(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶液加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為0. 5-10%，活性材料為80-97. 5%，導(dǎo)電材料為2-10%，然后將上述混合物壓制成厚度為30-150 μ m的極片；其中所述的復(fù)合粘結(jié)劑溶液為具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)和聚四氟乙烯混合形成的復(fù)合粘結(jié)劑， 溶解在水、乙醇、異丙醇或丙酮中形成的溶液，按重量比，通式(1)的物質(zhì)為80-95%，聚四氟乙烯為5-20%，通式(1)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)為R1SiO( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=l_100， y=l-100, R=NHCH2CH2NH2, R1= OH 或 OCH3(3)制備電極將集電極表面涂覆一層導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的一面或兩面，形成電極；(4)制備芯子將兩張尺寸相同的電極連接引線后，在其中夾入1(Γ 00μπι厚的隔極膜，卷繞成直徑為Φ3-Φ65πιπι高度為5-165mm的芯子，然后在100-150°C下真空干燥8_72 小時(shí)；(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，然后在50°C外加2.7V直流電壓下通電10h，最后封裝于圓形鋁殼中，得到超級(jí)電容器產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超級(jí)電容器的制作方法，其特征在于所述的作為集電極的原料金屬鋁或鋁合金的純度至少為99. 9wt%，銅含量0. 005wt%以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級(jí)電容器的制作方法，其特征在于所述的活性材料選用活性炭、炭黑、碳納米管、石墨烯或膨化石墨其中的一種或一種以上任意比例混合的組合物，其中活性碳的比表面積為800-3000m2/g，炭黑比表面積為100-600 m2/g,碳納米管的比表面積為200-600m2/g，石墨烯的比表面積為500-1500 m2/g,膨化石墨比表面積為 100-300m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級(jí)電容器的制作方法，其特征在于所述的導(dǎo)電材料為石墨、炭黑或乙炔黑，粒度均為0. 1-2 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級(jí)電容器的制作方法，其特征在于所述的導(dǎo)電膠為石墨導(dǎo)電膠、銅粉導(dǎo)電膠或銀粉導(dǎo)電膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級(jí)電容器的制作方法，其特征在于所述的隔極膜為纖維素紙、多孔聚丙烯、多孔聚四氟乙烯、多孔聚偏氟乙烯、多孔聚乙烯、多孔聚丙烯聚乙烯覆合膜或多孔聚酰亞胺，隔極膜的孔隙率為60-95%，厚度10-100 μ m,孔徑0. 05-0. 2 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級(jí)電容器的制作方法，其特征在于所述的有機(jī)電解液是離解性的鹽I^1Ii2R3R4NY或R1Ii2R3R4NPY溶解在有機(jī)溶劑中形成有機(jī)電解液，R1 R2 R3 R4為相同烷基或不同烷基，Y為BFp PF6- ClO4-或CF3SO3-陰離子；所述的有機(jī)溶劑是碳酸丙烯酯、 碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、環(huán)丁砜、乙腈或四氫呋喃， 或一種以上以任意比例混合形成的混合溶劑。
全文摘要
一種超級(jí)電容器的制作方法，屬于新能源儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域。將金屬集電極表面粗糙化處理，將活性材料、導(dǎo)電材料、復(fù)合粘接劑混合均勻，壓成厚度在30-150μm的極片，將極片粘接在集電極表面，形成帶狀電極，將其切成兩張相同尺寸電極，將兩張電極鉚接引線后，加入10~100μm厚的隔極膜，卷繞成芯子，于100-150℃真空干燥8-72小時(shí)，然后浸漬在有機(jī)電解液中，于50℃外加2.7V直流電壓通電10h，最后封裝于圓形鋁殼中，得到超級(jí)電容器產(chǎn)品，其中復(fù)合粘結(jié)劑為具有R1SiO(CH3﹛SiO(CH3)2)x—﹛RSiOCH3﹜y—Si(CH3)2R1通式的物質(zhì)與聚四氟乙烯的混合物。采用本發(fā)明的復(fù)合粘結(jié)劑制作的電極柔軟，機(jī)械強(qiáng)度大，易于規(guī)?；B續(xù)生產(chǎn)，工作壽命有大幅提高。
文檔編號(hào)H01G9/155GK102568861SQ20111045025
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者劉永久, 姚健勛, 常亮, 李文生 申請人:錦州凱美能源有限公司