一種超級電容器用電芯的干燥方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超級電容器用電芯的干燥方法，包括如下步驟：用共沸劑浸沒電芯，在惰性氣氛、保溫保壓后取出電芯并鼓風(fēng)干燥，將鼓風(fēng)干燥后的電芯保溫保壓后抽真空或用惰性氣氛將電芯周圍的共沸劑氣體及水蒸氣充分置換即得。采用本發(fā)明的技術(shù)方案提供的方法，可以使電芯中電極和隔膜含水量均小于20ppm。
【專利說明】一種超級電容器用電芯的干燥方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超級電容器，具體涉及一種超級電容器用電芯的干燥方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 雙電層型超級電容器是通過在電極和電解液界面形成雙電荷層來儲存能量，為了 達(dá)到更高的能量密度，一方面通過采用高比表面積的活性材料來提高超級電容器用電極比 容，另一方面通過采用有機(jī)電解液來提高超級電容器單體的工作電壓。由于超級電容器用 有機(jī)電解液遇水極易分解變質(zhì)，變質(zhì)的電解液不僅會使超級電容器電性能發(fā)生迅速劣化， 而且電解液分解產(chǎn)生的C0 2和H2等氣體還會帶來爆炸等安全隱患。因此，采用有機(jī)電解液 的超級電容器，必須嚴(yán)格控制單體組裝各工序的含水量。
[0003] 電芯干燥是超級電容器單體組裝工序的重要步驟之一。在其余組裝工序及其組裝 環(huán)境可控的條件下，干燥后電芯的含水量對有機(jī)電解液體系的超級電容器容量、內(nèi)阻及循 環(huán)壽命有決定性影響。
[0004] 中國專利CN103745840 A公開了一種超級電容器用電芯的干燥方法及干燥裝置， 首先將超級電容器用電芯放于干燥罐內(nèi)并對干燥罐抽真空；然后向干燥罐內(nèi)注入氮氣，將 干燥罐加熱到120-200°C，再對干燥罐抽真空；保持罐內(nèi)真空度將干燥罐恒溫加熱5-10小 時，最后向干燥罐內(nèi)注入氮氣。采用這種干燥方法干燥的電芯，其電極和隔膜仍然有較高的 含水量。用這種電芯組裝的超級電容器單體具有如下問題：在老化過程中電芯上殘余的水 分不斷與電解液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，以致老化后的單體發(fā)生氣鼓，單體的循環(huán)壽命大大降低。 拆解老化后的單體，發(fā)現(xiàn)電極上的粉料已發(fā)生部分脫落。
[0005] 為最大限度地降低超級電容器單體的產(chǎn)氣現(xiàn)象，中國專利CN102543481 B公開了 一種對入殼前的電芯預(yù)先通電老化方式組裝超級電容器單體的工藝。根據(jù)該專利提供的單 體組裝工藝，首先在100-150°C下將卷繞好的電芯真空干燥8-72小時；然后將真空浸漬有 機(jī)電解液的電芯在50°C下以2. 7V恒壓通電10小時；再將通電老化后的電芯置于圓形鋁殼 內(nèi)，最后進(jìn)行封口。用這種通電老化后的電芯組裝成的超級電容器單體具有如下問題：由于 在通電老化過程中電芯上殘余的水分引起部分電解液發(fā)生分解，電解液分解產(chǎn)生的雜質(zhì)沉 積在電極活性物質(zhì)和隔膜表面，表面劣化的電極降低了電解液離子對活性物質(zhì)孔道的可達(dá) 能力，導(dǎo)致超級電容器單體容量下降，并且，沉積在隔膜表面的雜質(zhì)阻礙了電極和電解液的 電氣連接，造成超級電容器單體直流內(nèi)阻上升。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明概述
[0007] 針對現(xiàn)有超級電容器用電芯水分含量高、經(jīng)老化后電芯產(chǎn)氣嚴(yán)重、單體容量低、內(nèi) 阻大和循環(huán)壽命差等不足，提出了以下技術(shù)方案：
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種超級電容器用電芯的干燥方法，包括如下步驟：用 共沸劑浸沒電芯，在惰性氣氛、100-170°C、5-15Mpa下保溫保壓后取出電芯并鼓風(fēng)干燥，將 鼓風(fēng)干燥后的電芯置于惰性氣氛、l〇〇-17〇°C、5-15Mpa下保溫保壓后用惰性氣氛將電芯周 圍的共沸劑氣體及水蒸氣充分置換即得。
[0009] 所述共沸劑是在1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點在KKTC以下、在其沸點以下溫度的飽 和蒸汽壓比水大的有機(jī)溶劑。
[0010] 本發(fā)明所述的共沸劑允許有一定程度的含水量，在本發(fā)明的一些實施方式中，采 用的是不超過4wt%含水量的共沸劑溶液。
[0011] 根據(jù)上述技術(shù)方案提供的的方法，在一些實施方式中，所述共沸劑選自氯仿、四氯 化碳、苯、正丙醇、異丙醇、丙烯腈、乙酸乙酯、二氯乙烷、乙腈、乙醇、乙醚或二硫化碳。
[0012] 在一些實施方式中，所述保溫保壓的持續(xù)時間為2-8小時。
[0013] 在一些實施方式中，所述干燥的溫度不高于170°C。
[0014] 在一些實施方式中，所述惰性氣氛選自氮氣、氦氣、氖氣或氦氣。
[0015] 在一些實施方式中，所述電芯由電極和隔膜組成，其中，電極是由均勻粘附于集流 體兩個表面的活性材料層和集流體組成。在一些實施方式中，活性材料層由活性物質(zhì)、導(dǎo)電 齊IJ、粘結(jié)劑構(gòu)成，其中活性物質(zhì)，選自活性碳、石墨烯或活性炭纖維，導(dǎo)電劑選自金屬粉末、 乙炔黑、科琴黑、爐黑、導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨或碳納米管，粘結(jié)劑選自聚乙烯醇、羧甲基纖維 素、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氧乙烯、苯乙烯-丁二烯橡膠、甲基丙 烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚氨酯或 聚異戊二烯。在一些實施方式中，所述隔膜選自纖維素隔膜和聚丙烯隔膜，隔膜的厚度為 30-70 μ m。在一些實施方式中，所述集流體選自腐蝕鋁箔、腐蝕銅箔、鉭箔或鎳箔，集流體的 厚度為10-40 μ m。
[0016] 在一些實施方式中，所述電芯的加工方法，包括卷繞法和疊 片法。
[0017] 本發(fā)明的實施方式中使用的水均為去離子水。
[0018] 本發(fā)明使用的定義"或"表示備選方案，如果合適的話，可以將它們組合，也就是 說，術(shù)語"或"包括每個所列出的單獨備選方案以及它們的組合。例如，"共沸劑選自氯仿、 四氯化碳、苯、正丙醇、異丙醇、丙烯腈、二氯乙烷、乙腈、乙醇、乙醚或二硫化碳"表示共沸劑 可以是氯仿、四氯化碳、苯、正丙醇、異丙醇、丙烯腈、二氯乙烷、乙腈、乙醇、乙醚、二硫化碳 之中的一種，也可以是其一種以上的組合。
[0019] 除非明確地說明與此相反，否則，本發(fā)明引用的所有范圍包括端值。例如， "5-15Mpa下保壓"的壓力P的范圍為5Mpa彡P(guān)彡15Mpa。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于：用共沸劑浸漬電芯時，對干燥罐加熱加壓，可以使相應(yīng)的 共沸劑或低含水量的共沸劑溶液充分進(jìn)入電極活性物質(zhì)的微孔道，形成含水的共沸溶液； 將浸漬共沸劑或低含水量的共沸劑溶液的電芯鼓風(fēng)干燥后加熱加壓，可以確保電極活性物 質(zhì)微孔道內(nèi)的含水溶液共沸蒸發(fā)；采用本發(fā)明的技術(shù)方案提供的方法，可以使電芯中電極 和隔膜含水量均小于20ppm。

【具體實施方式】
[0021] 以下所述的是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明所保護(hù)的不限于以下優(yōu)選實施方 式。應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明所提供的一種超級電容器用電芯的干燥方法，可以用于處理需要干燥 除水的其它電子元器件用電芯，如鋰離子電池用電芯、鋰離子電容器用電芯等。對于本領(lǐng)域 的技術(shù)人員來說在此發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的基礎(chǔ)上，做出的若干變形和改進(jìn)，都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。實施例中所用的原料均可以通過商業(yè)途徑獲得。
[0022] 實施例1
[0023] 1)將Φ22*45焊針式超級電容器用電芯投入干燥罐，向干燥罐內(nèi)注入氯仿直至干 燥罐內(nèi)的全部電芯都浸泡在氯仿中，密封干燥罐；
[0024] 2)加熱干燥罐到100°C，向干燥罐內(nèi)注入氮氣至干燥罐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)5MPa，保溫保壓5 小時；
[0025] 3)將干燥罐冷卻到室溫附近，取出干燥罐內(nèi)的電芯，同時回收干燥罐內(nèi)的含水氯 仿，將電芯在100°c下鼓風(fēng)干燥24小時；
[0026] 4)將鼓風(fēng)干燥好的電芯重新投入干燥罐，加熱干燥罐到KKTC，向干燥罐內(nèi)注入 氮氣至干燥罐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)5MPa，保溫保壓5小時；
[0027] 5)打開干燥罐的排氣端，同時在干燥罐的進(jìn)氣端持續(xù)通入氮氣，并用卡爾費休水 分測試儀測試干燥罐排氣端氣體的含水量，直到干燥罐排氣端的氣體含水量低于lppm為 止，關(guān)閉干燥罐。
[0028] 在真空手套箱中打開干燥罐，取出電芯。任取3個電芯拆解，用卡爾費修水分測試 儀分別測試組成各電芯的電極和隔膜的含水量，求其平均值。將其余電芯置于1M四乙基 銨四氟硼酸在乙腈的電解液中真空浸漬至飽和吸液狀態(tài)，將浸漬好的電芯裝入殼內(nèi)，封口， 得到Φ22*45焊針式超級電容器單體。取所得單體的一部分在60°C下以2. 7V恒壓通電 1000小時，觀察單體是否發(fā)生氣鼓，測試單體的容量及內(nèi)阻。其余單體均先以5A恒流充電 至2. 7V，再以5A恒流放電至1. 35V，并按此充放電條件循環(huán)10萬次，觀察單體是否發(fā)生氣 鼓，測試單體的容量及直流內(nèi)阻。測試結(jié)果見表1。
[0029] 實施例2
[0030] 1)將Φ22*45焊針式超級電容器用電芯投入干燥罐，向干燥罐內(nèi)注入乙醇直至干 燥罐內(nèi)的全部電芯都浸泡在乙醇中，密封干燥罐；
[0031] 2)加熱干燥罐到120°C，向干燥罐內(nèi)注入氬氣至干燥罐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)5MPa，保溫保壓3 小時；
[0032] 3)將干燥罐冷卻到室溫附近，取出干燥罐內(nèi)的電芯，同時回收干燥罐內(nèi)的含水乙 醇，將電芯在120°C下鼓風(fēng)干燥16小時；
[0033] 4)將鼓風(fēng)干燥好的電芯重新投入干燥罐，加熱干燥罐到120°C，向干燥罐內(nèi)注入 氬氣至干燥罐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)5MPa，保溫保壓3小時；
[0034] 5)打開干燥罐的排氣端，同時在干燥罐的進(jìn)氣端持續(xù)通入氬氣，并用卡爾費休水 分測試儀測試干燥罐排氣端氣體的含水量，直到干燥罐排氣端的氣體含水量低于lppm為 止，關(guān)閉干燥罐。
[0035] 組裝方法及測試項目同實施例1，測試結(jié)果見表1。
[0036] 實施例3
[0037] 1)將Φ22*45焊針式超級電容器用電芯投入干燥罐，向干燥罐內(nèi)注入乙腈直至干 燥罐內(nèi)的全部電芯都浸泡在乙腈中，密封干燥罐；
[0038] 2)加熱干燥罐到150°C，向干燥罐內(nèi)注入氖氣至干燥罐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)lOMPa，保溫保壓 8小時；
[0039] 3)將干燥罐冷卻到室溫附近，取出干燥罐內(nèi)的電芯，同時回收干燥罐內(nèi)的含水乙 腈，將電芯在150°C下鼓風(fēng)干燥4小時；
[0040] 4)將鼓風(fēng)干燥好的電芯重新投入干燥罐，加熱干燥罐到150°C，向干燥罐內(nèi)注入 氖氣至干燥罐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)lOMPa，保溫保壓8小時；
[0041] 5)將干燥罐抽真空至-0. IMPa，關(guān)閉干燥罐。
[0042] 組裝方法及測試項目同實施例1，測試結(jié)果見表1。
[0043] 實施例4
[0044] 1)將Φ22*45焊針式超級電容器用電芯投入干燥罐，向干燥罐內(nèi)注入四氯化碳直 至干燥罐內(nèi)的全部電芯都浸泡在四氯化碳中，密封干燥罐；
[0045] 2)加熱干燥罐到100°C，向干燥罐內(nèi)注入氦氣至干燥罐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)lOMPa，保溫保壓 4小時；
[0046] 3)將干燥罐冷卻到室溫附近，取出干燥罐內(nèi)的電芯，同時回收干燥罐內(nèi)的含水四 氯化碳，將電芯在100°c下鼓風(fēng)干燥20小時；
[0047] 4)將鼓風(fēng)干燥好的電芯重新投入干燥罐，加熱干燥罐到KKTC，向干燥罐內(nèi)注入 氦氣至干燥罐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)lOMPa，保溫保壓4小時；
[0048] 5)打開干燥罐的排氣端，同時在干燥罐的進(jìn)氣端持續(xù)通入氦氣，并用卡爾費休水 分測試儀測試干燥罐排氣端氣體的含水量，直到干燥罐排氣端的氣體含水量低于lppm為 止，關(guān)閉干燥罐。
[0049] 組裝方法及測試項目同實施例1，測試結(jié)果見表1。
[0050] 實施例5
[0051] 1)將Φ22*45焊針式超級電容器用電芯投入干燥罐，向干燥罐內(nèi)注入苯直至干燥 罐內(nèi)的全部電芯都浸泡在苯中，密封干燥罐；
[0052] 2)加熱干燥罐到120°C，向干燥罐內(nèi)注入氮氣至干燥罐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)15MPa，保溫保壓 6小時；
[0053] 3)將干燥罐冷卻到室溫附近，取出干燥罐內(nèi)的電芯，同時回收干燥罐內(nèi)的含水苯， 將電芯在120°C下鼓風(fēng)干燥12小時；
[0054] 4)將鼓風(fēng)干燥好的電芯重新投入干燥罐，加熱干燥罐到120°C，向干燥罐內(nèi)注入 氮氣至干燥罐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)15MPa，保溫保壓6小時；
[0055] 5)打開干燥罐的排氣端，同時在干燥罐的進(jìn)氣端持續(xù)通入氮氣，并用卡爾費休水 分測試儀測試干燥罐排氣端氣體的含水量，直到干燥罐排氣端的氣體含水量低于lppm為 止，關(guān)閉干燥罐。
[0056] 組裝方法及測試項目同實施例1，測試結(jié)果見表1。
[0057] 實施例6
[0058] 1)將Φ22*45焊針式超級電容器用電芯投入干燥罐，向干燥罐內(nèi)注入乙酸乙酯直 至干燥罐內(nèi)的全部電芯都浸泡在乙酸乙酯中，密封干燥罐；
[0059] 2)加熱干燥罐到150°C，向干燥罐內(nèi)注入氬氣至干燥罐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)15MPa，保溫保壓 7小時；
[0060] 3)將干燥罐冷卻到室溫附近，取出干燥罐內(nèi)的電芯，同時回收干燥罐內(nèi)的含水乙 酸乙酯，將電芯在150°C下鼓風(fēng)干燥8小時；
[0061] 4)將鼓風(fēng)干燥好的電芯重新投入干燥罐，加熱干燥罐到150°C，向干燥罐內(nèi)注入 氬氣至干燥罐內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)15MPa，保溫保壓7小時；
[0062] 5)打開干燥罐的排氣端，同時在干燥罐的進(jìn)氣端持續(xù)通入氬氣，并用卡爾費休水 分測試儀測試干燥罐排氣端氣體的含水量，直到干燥罐排氣端的氣體含水量低于lppm為 止，關(guān)閉干燥罐。
[0063] 組裝方法及測試項目同實施例1，測試結(jié)果見表1。
[0064] 對比例1
[0065] 1)將Φ 22*45焊針式超級電容器用電芯投入干燥罐內(nèi)，給干燥罐抽真空 至-0· IMPa ;
[0066] 2)向干燥罐內(nèi)注入氮氣，將干燥罐加熱至150°C，給干燥罐抽真空至-0. IMPa ;
[0067] 3)保持罐內(nèi)真空度將干燥罐在150°C下加熱8小時，向干燥罐內(nèi)注入氮氣。
[0068] 組裝方法及測試項目同實施例1，測試結(jié)果見表1。
[0069] 對比例2
[0070] 1)將Φ 22*45焊針式超級電容器用電芯投入干燥罐內(nèi)，密封干燥罐；
[0071] 2)將干燥罐加熱至150°C，給干燥罐抽真空至-0. IMPa，密封干燥罐，在150°C下保 壓24小時；
[0072] 在真空手套箱中打開干燥罐，取出電芯。任取3個電芯拆解，用卡爾費修水分測試 儀分別測試組成各電芯的電極和隔膜的含水量，求其平均值。將其余電芯置于1M四乙基 銨四氟硼酸在乙腈的電解液中真空浸漬至飽和吸液狀態(tài)，對真空浸漬上述電解液的電芯在 50°C下以2. 7V恒壓通電10小時，最后將通電老化后的電芯裝入殼內(nèi)，封口，得到Φ22*45 焊針式超級電容器單體。取所得單體的一部分在60°C下以2. 7V恒壓通電1000小時，觀察 單體是否發(fā)生氣鼓，測試單體的容量及內(nèi)阻。其余單體均先以5A恒流充電至2. 7V，再以5A 恒流放電至1. 35V，并按此充放電條件循環(huán)10萬次，觀察單體是否發(fā)生氣鼓，測試單體的容 量及直流內(nèi)阻。測試結(jié)果見表1。
[0073] 表1超級電容器電芯及單體測試結(jié)果
[0074]

【權(quán)利要求】
1. 一種超級電容器用電芯的干燥方法，其特征在于，包括如下步驟：用共沸劑浸沒電 芯，在惰性氣氛、100-170°C、5-15Mpa下保溫保壓后取出電芯并鼓風(fēng)干燥，將鼓風(fēng)干燥后的 電芯置于惰性氣氛、100-170°C、5-15Mpa下保溫保壓后抽真空或用惰性氣氛將電芯周圍的 共沸劑氣體及水蒸氣充分置換即得； 所述共沸劑是在1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點在l〇〇°C以下、在其沸點以下溫度的飽和蒸 汽壓比水大的有機(jī)溶劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述保溫保壓的持續(xù)時間為2-8小時。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述干燥的溫度不高于170°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述惰性氣氛選自氮氣、氦氣、氖氣或氬 氣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述共沸劑選自氯仿、四氯化碳、苯、正丙 醇、異丙醇、丙烯腈、乙酸乙酯、二氯乙烷、乙腈、乙醇、乙醚或二硫化碳。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述共沸劑選自乙腈、乙醇、四氯化碳、氯 仿、乙酸乙酯。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述電芯由電極和隔膜組成，其中，電極是 由均勻粘附于集流體兩個表面的活性材料層和集流體組成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于活性材料層由活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑 構(gòu)成，其中活性物質(zhì)選自活性碳、石墨烯或活性炭纖維，導(dǎo)電劑選自金屬粉末、乙炔黑、科琴 黑、爐黑、導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨或碳納米管，粘結(jié)劑選自聚乙烯醇、羧甲基纖維素、聚乙烯吡 咯烷酮、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氧乙烯、苯乙烯-丁二烯橡膠、甲基丙烯酸甲酯-苯 乙烯-丁二烯橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚氨酯或聚異戊二烯。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述隔膜選自纖維素隔膜和聚丙烯隔膜， 隔膜的厚度為30-70 μ m。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述集流體選自腐蝕鋁箔、腐蝕銅箔、鉭 箔或鎳箔，集流體的厚度為10-40 μ m。
【文檔編號】H01G13/04GK104157471SQ201410392819
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】郭義敏, 何鳳榮, 張顯, 郭德超 申請人:東莞市長安東陽光鋁業(yè)研發(fā)有限公司