CN101899233A - 一种超级电容器电极防腐导电涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超级电容器电极防腐导电涂料，包含以下组分：导电剂10～35wt％，分散剂0.1～3.5wt％，粘结剂2.0～15wt％，pH调节剂0.1～8.0wt％，纯水50～70wt％。将上述各组分充分混合，搅拌均匀，加入球磨机中解胶分散、排料后即得本发明的超级电容器电极防腐导电涂料。与现有的国内外同类产品相比较，本发明的超级电容器电极防腐导电涂料产品的耐酸碱腐蚀性有很大提高，分别在碱性溶液中浸泡120小时、在酸性溶液中浸泡32小时后没有出现无气泡、脱落、腐蚀等现象，并且其导电性能、附着性、干燥速度均有所提高。本发明的产品在使用时可以根据需要进行稀释调整。

Description

一种超级电容器电极防腐导电涂料

技术领域

本发明涉及导电涂料，具体涉及一种超级电容器电极防腐导电涂料。

背景技术

超级电容器属于双电层电容器，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。超级电容器可以被视为在两个极板外加电压时被电解液隔开的两个互不相关的多孔板。对正极板施加的电势吸引电解液中的负离子，而负面板电势吸引正离子，有效地创建了两个电荷储层，在正极板分离出一层，并在负极板分离出另外一层。所有超级电容器的共性是，它们都包含一个正极，一个负极，及这两个电极之间的隔膜，电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个孔隙。

目前超级电容器的电极材料主要有四类：

1)活性碳电极材料，采用了高比表面积的活性炭材料经过成型制备电极；2)碳纤维电极材料，采用活性炭纤维成形材料，如布、毡等经过增强，喷涂或熔融金属增强其导电性制备电极；3)碳气凝胶电极材料，采用前驱材料制备凝胶，经过炭化活化得到电极材料；4)碳纳米管电极材料，碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性，采用高比表面积的碳纳米管材料，可以制得非常优良的超级电容器电极。

以上电极材料可以制成：1)平板型超级电容器，在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极，同时还有多层叠片串联组合而成的高压超级电容器，可以达到300V以上的工作电压；2)绕卷型溶剂电容器，采用电极材料涂覆在集流体上，经过绕制得到，这类电容器通常具有更大的电容量和更高的功率密度。

现阶段在超级电容器蚀刻电极铝箔上涂覆的防腐导电涂料主要存在以下缺陷：1)导电性能不佳，电阻偏大，影响导电性；2)耐酸碱腐蚀性差。由于超级电容器电极采用蚀刻铝箔做电极基材，如果将上述四类电极材料复合到蚀刻电极铝箔基材上并长期在电解液中浸泡，会腐蚀电极箔，使电极遭到破坏。这就要求涂覆的导电涂料，一方面要有良好的耐酸碱腐蚀性能；另一方面需要很好的导电性能；3)附着力差，电极上涂覆的导电涂料与电极的粘结力要强，涂覆在电极箔表面的涂层能与其它联合物的耦合性能一定要好，否则，容易脱离电极表面，失去其原有功能；4)干燥速度慢，在使用过程中，干燥速度过慢，容易影响其附着性，还会使产品的产出率降低；5)使用裕度性差，不能够根据使用情况进行稀释调整，造成规模化生产下的批次涂膜性能误差范围偏大。

如何克服以上缺陷，是人们需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超级电容器电极防腐导电涂料，以填补现有技术中超级电容电极材料防腐导电涂料的空白，同时克服现有超级电容器电极导电涂料产品中的导电性差、不耐酸碱腐蚀、附着力差、干燥速度慢、使用裕度窄等缺陷。

所述超级电容器电极防腐导电涂料，具体包括以下组分：

导电剂              10～35wt％；

分散剂              0.1～3.5wt％；

粘结剂              2.0～15wt％；

pH调节剂            0.1～8.0wt％；

纯水                50～70wt％。

所述导电剂为石墨、炭黑、活性炭、碳纳米管中的一种或几种。

所述的分散剂为阿拉伯胶、羧甲基纤维素、接枝淀粉、

-190、聚丙烯酸盐、十二烷基磺酸钠、六偏磷酸钠、胰加漂、木质素磺酸钠中的一种或几种。

所述粘结剂为胶体二氧化硅、胶体氧化铝、水玻璃、丙烯酸树脂、苯丙乳液中的一种或几种。

所述导电剂粒径小于3μm，其中，粒径在0.1-2μm之间的占导电剂总量的48～55wt％，粒径小于0.1μm的占导电剂总量的28～35wt％。

所述pH调节剂为中和胺、氨水、氢氧化钠水溶液、乙二胺、三乙醇胺中的一种或多种，其中，中和胺为购于上海泽川化工厂的ZC-795型中和胺。

下面就本发明所用材料及配比范围进一步作详细说明：

1)导电剂

需要选用经过粉碎，分级的导电剂微细粒子。当用量低于10wt％时，容易出现涂膜薄，导电性不良等现象。而用高于35wt％时，在整个涂层体系中，涂层的硬度差，同时会提高生产成本，造成不必要的浪费。为了使其性能达到最佳，所使用的导电剂粒径小于3μm，且粒径在0.1-2μm之间的占导电剂总量的48～55wt％，粒径小于0.1μm的占导电剂总量的28～35wt％。

2)分散剂

为了达到良好的分散效果，本发明所选用的分散剂可以单独使用，也可以两种或多种配合使用，但分散剂用量低于0.1wt％时，分散效果差，分散不均匀；分散剂用量高于3.5wt％时，会影响成膜性及耐腐蚀性。

3)粘结剂

当粘结剂用量低于2.0wt％时，附着强度不够，涂膜在电解液中浸泡容易脱落。当粘结剂用量高于15wt％时，会影响导电性能，电阻增加，还会影响涂覆性。

4)pH调节剂

选择pH调节剂，一般选用中和胺、氨水、乙二胺、三乙醇胺中的一种或多种，来调整涂料的pH值，因为，导电剂粒子在一定的粒度下，需要不同的pH范围，经过试验证明，在pH值为8.0～9.0范围内，涂料中导电剂分散效果最佳。当pH调节剂用量低于0.1wt％时，pH值达不到8.0～9.0，当pH调节剂用量高于8.0wt％时，pH值也会超出8.0～9.0范围，是强碱的环境，分散效果也不好。

5)纯水

作为分散媒体的水必须是经过严格处理，即电导率＜0.5us/cm的去离子水，否则将影响导电性。当纯水用量低于50wt％时，初始粘度过高，会影响分散，涂覆作业时涂覆困难，难以形成平整光滑的涂层，当纯水用量高于70wt％时，粘度过低，在运输储藏时容易发生沉降，使用时不再是一个均一体系。

将上述超级电容器电极防腐导电涂料的各组分按上述配比充分混合，搅拌均匀，加入球磨机中解胶分散、排料后即得本发明的超级电容器电极防腐导电涂料。

本发明的超级电容器电极防腐导电涂料的性能参数用以下方法检测：

1)固含量：将本发明的的超级电容器电极防腐导电涂料均匀的涂在洁净的玻璃片上，记录下涂量，在105～110℃干燥箱中干燥2.0小时后，移于干燥器中冷却，再记录下涂膜重量，后面数据与前面数据的比值即为固含量。

2)pH值：将超级电容器电极防腐导电涂料混匀后，取50ml置于烧杯中，用日本DKK-TOA公司HM-30S型号pH计测定即可。

3)粘度：用日本东机产业株式会社，BL型旋转粘度计，2#转子，转速为60转/分钟。具体操作如下：将混匀好的超级电容器电极防腐导电涂料倒入500ml聚乙烯杯中，调节试样温度为20±1℃，按BL型粘度计的使用方法测定。

4)电阻：把超级电容器电极防腐导电涂料涂在25×75mm的载玻片上，然后放入90℃干燥箱中，干燥后用日本岩奇通信株式会社SC7404电阻仪测试。

5)相对密度：将超级电容器电极防腐导电涂料倒入250ml量筒中，将密度表(1.00～1.20g/cm³)插入量筒中，稍等片刻，直接读数。

6)耐酸性试验：将本发明的超级电容器电极防腐导电涂料均匀涂在(25×75mm的载玻片上，然后放入90℃干燥箱中，干燥后将涂覆好的载玻片的1/2～1/3面积浸入质量分数为10wt％的硫酸溶液中，记录下涂层出现失光、起泡、脱落等现象的时间。

7)耐碱性试验：将本发明的超级电容器电极防腐导电涂料均匀涂在25×75mm的载玻片上，然后放入90℃干燥箱中，干燥后将涂覆好的载玻片的1/2～1/3面积浸入40wt％的氢氧化钾溶液中，记录下涂层出现失光、起泡、脱落等现象的时间。

经上述方法检测，本发明的超级电容器电极防腐导电涂料的固含量范围为20-35wt％，pH值为7.3-9.0，粘度范围为20-500cps，电阻值小于20Ω，相对密度范围为1.05-1.20g/cm³。

表1为本发明的超级电容器电极防腐导电涂料产品与现有国内外产品的各性能比较。

表1

从上述表1可以看出，本发明的超级电容器电极防腐导电涂料与现有的产品相比具有如下优势：

1)在相同覆膜厚度下，电阻更小；2)由于采用的原材料粒度极小，所以在相同电容量要求下，涂层厚度小，可以大幅度缩小电容器的体积。另一方面，在相同电容器体积下，可以增加电极的表面积，以增加电容容量；3)附着性能好，涂覆后表面光洁，无气泡，无裂纹，能够很好的附着在铝箔上，极大地提高了涂层的电导率，同时与下一工序压覆的功能活性碳膜有良好的耦合性；4)具有良好的耐腐蚀性能，防止在使用过程中电解液对集流体的腐蚀，大大延长了超级电容器的使用寿命；5)干燥速度快，降低了操作的难度，便于后续的加工；6)铁含量非常低，大大提高涂层的电导率，同时降低了铝箔在使用过程中被腐蚀的可能性，延长了超级电容器的使用寿命。

另外，本发明的超级电容电极防腐导电涂料使用时可以根据需要进行稀释调整。

本发明的超级电容器电极防腐导电涂料作为涂覆在集流体蚀刻电极铝箔上的防腐导电涂层，解决了现有技术中所存在的缺陷，一方面，防止电极铝箔受到腐蚀，另一方面，在不影响电极铝箔导电性的前提下，改善功能电极材料层与电极铝箔的耦合性。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案。

实施例1

1)配方：

石墨                          22wt％

羧甲基纤维素钠                2.0wt％

胶体二氧化硅                  8.3wt％

中和胺                        2.5wt％

纯水                          65.2wt％

上述配方中石墨粒径小于3μm，其中粒径在0.1-2μm之间的占石墨总量的48～55wt％，粒径小于0.1μm的占石墨总量的28～35wt％。

2)制备：

将上述组分充分混合，搅拌均匀，加入球磨机中解胶分散，排料后即得本发明的超级电容器电极防腐导电涂料。经检测，其性能参数如下：固含量：28.9wt％，粘度(20±1℃)，72Pa.s，pH值为8.50，相对密度，1.12g/cm³，2.5cm间隔平均电阻7Ω。耐碱性试验：浸泡120小时无起泡、脱落、腐蚀等现象；耐酸性试验：浸泡32小时无起泡、脱落、腐蚀等现象。

实施例2

1)配方：

炭黑                25wt％

-190                    3.0wt％

胶体氧化铝          12wt％

中和胺              3.0wt％

纯水                57wt％

上述配方中炭黑粒径小于3μm，其中粒径在0.1-2μm的占炭黑总量的48～55wt％，粒径小于0.1μm的占炭黑总量的28～35wt％。

2)制备：

制备方法同实施例1。经检测，所得超级电容器电极防腐导电涂料的性能参数如下：固含量：28.6wt％，粘度(20±1℃)，73Pa.s，pH值为8.20，相对密度，1.12g/cm³，2.5cm间隔平均电阻6Ω。耐碱性试验：浸泡120小时无起泡、脱落、腐蚀等现象；耐酸性试验：浸泡32小时无起泡、脱落、腐蚀等现象。

实施例3

1)配方：

活性炭                      24wt％

木质素磺酸钠                2.8wt％

苯丙乳液                    12wt％

中和胺                      2.3wt％

纯水                        58.9wt％

上述配方中活性炭粒径小于3μm，其中粒径在0.1-2μm的占活性炭总量的48～55wt％，粒径小于0.1μm的占活性炭总量的28～35wt％。

2)制备：

制备方法同实施例1。经检测，所得超级电容器电极防腐导电涂料的性能参数如下：固含量：28.8wt％，粘度(20±1℃)，75Pa.s，pH值为8.60，相对密度，1.12g/cm³，2.5cm间隔平均电阻8Ω。耐碱性试验：浸泡120小时无起泡、脱落、腐蚀等现象；耐酸性试验：浸泡32小时无起泡、脱落、腐蚀等现象。

实施例4

1)配方：

碳纳米管                    18wt％

六偏磷酸钠                  2.5wt％

接枝淀粉                    3wt％

丙烯酸树脂                  14wt％

中和胺                      2.5wt％

纯水                        60wt％

上述配方中碳纳米管粒径小于3μm，其中粒径在0.1-2μm的占碳纳米管总量的48～55wt％，粒径小于0.1μm的占碳纳米管总量的28～35wt％。

2)制备：

制备方法同实施例1。经检测，所得超级电容器电极防腐导电涂料的性能参数如下：固含量：29.01wt％，粘度(20±1℃)，71Pa.s，pH值为8.70，相对密度，1.12g/cm³，2.5cm间隔平均电阻8Ω。耐碱性试验：浸泡120小时无起泡、脱落、腐蚀等现象；耐酸性试验：浸泡32小时无起泡、脱落、腐蚀等现象。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (9)

1.一种超级电容器电极防腐导电涂料，其特征在于，包括以下组分：

导电剂      10～35wt％；

分散剂      0.1～3.5wt％；

粘结剂      2.0～15wt％；

pH调节剂    0.1～8.0wt％；

纯水        50～70wt％。

2.根据权利要求1所述的超级电容器电极防腐导电涂料，其特征在于，所述导电剂为石墨、炭黑、活性炭、碳纳米管中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的超级电容器电极防腐导电涂料，其特征在于，所述导电剂粒径＜3μm。

4.根据权利要求3所述的超级电容器电极防腐导电涂料，其特征在于，所述导电剂中，粒径在0.1-2μm之间的占导电剂总量的48～55wt％，粒径小于0.1μm的占导电剂总量的28～35wt％。

5.根据权利要求1所述的超级电容器电极防腐导电涂料，其特征在于，所述分散剂为阿拉伯胶、羧甲基纤维素、接枝淀粉、-190、聚丙烯酸盐、十二烷基磺酸钠、六偏磷酸钠、胰加漂、木质素磺酸钠中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的超级电容器电极防腐导电涂料，其特征在于，所述粘结剂为胶体二氧化硅、胶体氧化铝、水玻璃、丙烯酸树脂、苯丙乳液中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的超级电容器电极防腐导电涂料，其特征在于，所述pH调节剂为中和胺、氨水、氢氧化钠水溶液、乙二胺、三乙醇胺中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的超级电容器电极防腐导电涂料，其特征在于，所述纯水为电导率＜0.5us/cm的去离子水。

9.权利要求1-8任一项所述的防腐导电涂料在制备超级电容器电极中的应用。