CN102176389B - 多孔电极制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多孔电极制造方法，使用超细粉体粘结剂在活性物质和导电剂表面进行包覆，然后通过定量静电喷涂，烧结，热辊轧成型的技术，从制造方法上抛弃了采用溶剂辅助加工的方式，在生产过程中没有干燥过程的能量浪费和干燥过程时间的制约，降低成本，减少能量损耗，提高工作速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种多孔电极制造方法。
背景技术
电化学电源作为储能电器元件已经得到了广泛的使用，随着我国动力电源产业的发展，对电化学电源的需求量越来越大，对其性能要求也越来越高。
双电层电容器，也被称之为超级电容器和黄金电容器，它与传统电容器相比，具有1000倍以上的容量。与铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池，锂离子电池等电池相比，具有更高的功率密度和更低的等效串联内阻。
由于超级电容器具有体积小、安全性好、重量轻、比能量高、比功率高、寿命长、无污染等其它电源无法比拟的优点，目前它已经应用在风力发电，太阳能发电，混合动力汽车，UPS，地铁，电极，机器人自动化等应用领域。近年来，超级电容器的基础研究和应用开发无疑已成为国际电化学研究热点之一。电极制作方法及配方是所有超级电容器生产企业的核心技术。但随着对超级电容器的不断发展一些技术难题不断出现，成为制约超级电容器制作技术发展的瓶颈。这些问题包括：容量提升、等效串联内阻降低、循环寿命增加、电极材料/电解液的相容性问题等。
目前国内外超级电容器按照电解液形式分为水系和有机体系，这 两个体系所使用的电极有较大区别，由于水系超级电容器的电压只有1.2伏左右，而有机体系的超级电容器电压为2.7伏。因此越来越多的客户使用有机体系的超级电容器，为此开发有机电解液使用的高容量、长寿命、宽广的使用温度的电极非常适合市场需求。
目前国内外大多数超级电容器厂家的电极制造技术采用基于溶剂的涂布或挤出式电极生产方法，这两种生产方法均使用粘结剂溶液或乳液将所有粉料制作成浆料，再进行成膜处理，在成膜处理过程中需要将粘结剂溶液或乳液中的溶剂进行干燥，这种制造方法在溶剂干燥时造成很大的能量浪费，并且由于有干燥过程的存在因此制造速度比较慢，制造周期较长。
发明内容
针对上述缺点，本发明需要解决的技术问题是提供一种多孔电极制造方法。
本发明采用的技术方案是：
多孔电极制造方法，包括以下步骤：
(1)将粉体活性物质、粉体导电剂和超细粉体粘结剂添加到V型混合机或行星搅拌机中，进行第一步混料，各种粉体进行均匀分布；
(2)将步骤(1)中混合好的粉体输送到超声波球化机中，进行第二步混料，超细粉体粘结剂均匀包覆于粉体活性物质和粉体导电剂上；
(3)将步骤(2)中包覆有超细粉体粘结剂的粉体活性物质和粉体导电剂输送到流化床上，形成均匀的流化粉体；
(4)将步骤(3)中均匀的流化粉体使用喷枪喷涂到集流体上，形成带有均匀粉体层的电极；
(5)将步骤(4)中带有均匀粉体层的电极使用烘箱进行烧结，形成带有烧结粉体层的电极；
(6)将步骤(5)中带有烧结粉体层的电极使用热辊轧机进行压实处理，形成定型的电极；
(7)将步骤(6)中定型的电极实用冷轧机进行冷轧处理，形成成品电极。
所述步骤(1)中粉体活性物质、粉体导电剂和超细粉体粘结剂三者的质量比为90∶3∶7。
所述粉体活性物质为锂离子电池使用的含锂元素的正极粉体材料，锂离子电池负极使用的改性天然石墨粉体材料，锂离子电池负极使用的改性人造石墨粉体材料，锂离子电池负极使用的碳微球粉体材料，硬碳粉体材料或活性炭粉体材料中的一种。
所述超细粉体粘结剂为聚甲基丙烯酸超细粉体，聚甲基丙烯酸甲酯超细粉体，聚四氟乙烯超细粉体或聚偏氟乙烯粉体中的一种；所述超细粉体粘结剂的粒径为0.2～2微米。
所述步骤(1)中第一步混料时采用低剪切力方式混合。
所述步骤(2)中包覆过程中，所有粉体温度保持在0～10摄氏度。
所述步骤(4)中喷枪的喷嘴形状为鸭嘴形，形成的喷涂形状为拉长的椭圆形。
所述步骤(4)中喷枪数量为3～10个，喷枪为顺序摆放，并且每 个喷枪之间的距离为20～150厘米。
所述步骤(4)中集流体为涂有导电胶的铜箔、涂有导电胶的铝箔或具有粘性的导电高分子薄膜中的一种。
所述步骤(5)中烘箱内无空气流动。
本发明的优点是：生产过程中没有干燥过程的能量浪费和干燥过程时间的制约，降低成本，减少能量损耗，提高工作效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1所示，多孔电极制造方法，包括以下步骤：
(1)选取日本可乐丽公司的活性炭作为粉体活性物质，选取常州特密高公司的Super P作为粉体导电剂，选取D50为0.25微米的聚甲基丙烯酸甲酯微粒作为细粉体粘结剂，其中，称取900毫克的活性炭，30毫克的Super P，70毫克的聚甲基丙烯酸甲酯微粒；
(2)将步骤(1)中称取的粉体添加到V型混合机中，进行第一步混料，采用低剪切力方式混合，使得各种粉体进行均匀分布；V型混合机为无锡市明海粉体机械设备厂的V-50型混料机，混料速度为50转每分钟，处理时间为10分钟；
(3)将步骤(2)中混合好的粉体输送到超声波球化机中，进行第二步混料，聚甲基丙烯酸甲酯微粒首先在活性炭颗粒表面进行有序混合，然后逐步形成包覆，形成包覆好的复合粒子；超声波球化机为洛阳启星技术开发有限公司的RQM-30型超声波球化机，处理时间为15分钟，在包覆混合过程中，所有粉体温度保持在0～10摄氏度；
(4)将步骤(3)中包覆好的复合粒子输送到流化床上，形成均匀的流化粉体；
(5)将步骤(4)中均匀的流化粉体使用日本PARER GX7000自动喷枪喷涂到涂有导电胶的铜箔上，形成带有均匀粉体层的电极；使用3组喷枪，喷涂量为50毫克每平方厘米，并且每个喷枪之间的距离为20厘米；在不需要喷涂的地方使用工装进行遮蔽，并且工装具有主动真空除料功能；
(6)将步骤(5)中带有均匀粉体层的电极使用10千瓦的红外线加热管进行烧结，形成带有烧结粉体层的电极；烧结温度为370摄氏度，温差在上下5摄氏度范围内，烧结时间为8分钟，烧结过程中保证烘箱内无空气流动；
(7)将步骤(6)中带有烧结粉体层的电极使用热辊轧机进行压实处理，形成定型的电极，辊压厚度为0.26毫米，温度为380摄氏度，温差在上下5摄氏度范围内；
(8)将步骤(7)中定型的电极实用冷轧机进行冷轧处理，形成成品电极。
本发明在生产过程中不使用任何液体助剂进行加工，也没有干燥 过程的能量浪费和干燥过程时间的制约，降低了成本，减少能量损耗，提高生产效率。
Claims (6)
1.多孔电极制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将质量比为90∶3∶7的粉体活性物质、粉体导电剂和超细粉体粘结剂添加到V型混合机或行星搅拌机中，进行第一步混料，各种粉体进行均匀分布，其中所述粉体活性物质为锂离子电池使用的含锂元素的正极粉体材料、锂离子电池负极使用的改性天然石墨粉体材料、锂离子电池负极使用的改性人造石墨粉体材料、锂离子电池负极使用的碳微球粉体材料、硬碳粉体材料或活性炭粉体材料中的一种，所述超细粉体粘结剂为聚甲基丙烯酸超细粉体、聚甲基丙烯酸甲酯超细粉体、聚四氟乙烯超细粉体或聚偏氟乙烯粉体中的一种，所述超细粉体粘结剂的粒径为0.2～2微米；
(2)将步骤(1)中混合好的粉体输送到超声波球化机中，进行第二步混料，超细粉体粘结剂均匀包覆于粉体活性物质和粉体导电剂上，包覆过程中，所有粉体温度保持在0～10摄氏度；
(3)将步骤(2)中包覆有超细粉体粘结剂的粉体活性物质和粉体导电剂输送到流化床上，形成均匀的流化粉体；
(4)将步骤(3)中均匀的流化粉体使用喷枪喷涂到集流体上，形成带有均匀粉体层的电极；
(5)将步骤(4)中带有均匀粉体层的电极使用烘箱进行烧结，形成带有烧结粉体层的电极；
(6)将步骤(5)中带有烧结粉体层的电极使用热辊轧机进行压实处理，形成定型的电极；
(7)将步骤(6)中定型的电极使用冷轧机进行冷轧处理，形成成品电极。
2.根据权利要求1所述的多孔电极制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中第一步混料时采用低剪切力方式混合。
3.根据权利要求1所述的多孔电极制造方法，其特征在于，所述步骤(4)中喷枪的喷嘴形状为鸭嘴形，形成的喷涂形状为拉长的椭圆形。
4.根据权利要求1所述的多孔电极制造方法，其特征在于，所述步骤(4)中喷枪数量为3～10个，喷枪为顺序摆放，并且每个喷枪之间的距离为20～150厘 米。
5.根据权利要求1所述的多孔电极制造方法，其特征在于，所述步骤(4)中集流体为涂有导电胶的铜箔、涂有导电胶的铝箔或具有粘性的导电高分子薄膜中的一种。
6.根据权利要求1所述的多孔电极制造方法，其特征在于，所述步骤(5)中烘箱内无空气流动。
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