CN102332354A - 一种超级电容器及其极片以及该极片的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超级电容器，尤其是一种超级电容器极片及其制备方法，以及使用此极片的超级电容器，包括铝集流体，含有聚丙烯酸盐的导电层及活性物质膜片层，此种极片的导电层降低了活性物质膜片层与集流体之间的接触电阻，使用此极片制备的超级电容器具有低的电阻，良好的倍率、高低温、循环性能。

Description

一种超级电容器及其极片以及该极片的制作方法
技术领域
本发明涉及超级电容器，尤其是一种超级电容器极片及其制备方法，以及使用此极片的超级电容器。
背景技术
超级电容器作为一种储能器件，具有大倍率充放电、安全性好、循环性能优异、长期存储时性能衰减小等特点，适于应用于高功率的应用场合，如HEV刹车时的能量回收、车辆启动、加速等。
双电层电容器是目前市场上主流的超级电容器的类型。从组成上看，超级电容器包括可极化电极、隔膜、电解液及封装体。电极材料决定了超级电容器的性能，电极结构对于性能的发挥具有重要的影响。良好的电极结构能够降低电阻，使超级电容器进行更大倍率的充放电。
双电层电极包括集流体铝箔及其上的涂布层。涂布层(活性物质膜片层)与集流体之间的接触电阻影响超级电容器的电阻，进而影响超级电容器的大电流充放电性能。为了减小接触电阻，可以对集流体进行表面处理。如申请号为200710165637.6的中国专利提出了一种集流体表面处理方法，此方法采用铬酸混合液对集流体表面进行腐蚀处理，目的是增加活性物质膜片层与集流体的粘结强度，减小接触电阻。但是使用的处理液会造成相应的污染。
为减小接触电阻，在活性物质膜片层与集流体之间设置一层导电层也可以起到作用。如美国专利US6804108B2在活性物质膜片层与集流体之间涂布一层，目的是为了减小接触电阻，其使用的配方为粘接剂与导电碳的混合，粘接剂使用的为PVDF，溶剂使用丙酮，丙酮沸点56度，易挥发，属于易燃易爆的物质，不利于实际工业生产。如中国专利(申请号：200610082563.5和200610082560.1)提出了在表面粗糙的集流体上涂布底涂层，再在其上涂布可极化电极层，此底涂层与表面粗糙集流体的良好接触可降低接触电阻。但是此表面粗糙集流体是通过化学蚀刻方法使其表面粗糙化，由于增加了工序，使得价格增加，超级电容器总成本亦有较大的增加。
有鉴于此，为了制造出性价比更高的超级电容器，需要一种电极制作方法，其要求为膜片层与集流体接触良好、电阻小，成本低。
发明内容
本发明是为了避免以上技术的不足之处，提供了一种普通铝箔为集流体，聚丙烯酸盐与导电碳组成的导电层为涂布底层，活性炭、导电碳、粘结剂组成的活性物质膜片层为上层的超级电容器极片及其制作方法和使用此极片的超级电容器。
本发明制作的超级电容器的极片，膜片与集流体接触良好、电阻小、成本低、操作方便，易于实现工业化生产。
本发明采用的技术方案为：
一种超级电容器极片，包括铝集流体，含有聚丙烯酸盐的导电层及活性物质膜片层。其中集流体铝箔为普通铝箔，非刻蚀铝箔。
所述导电层，包括聚丙烯酸盐和导电碳，所述聚丙烯酸盐和导电碳的质量比为20∶80～80∶20。
所述的聚丙烯酸盐为聚丙烯酸钙、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸镁中的一种或几种。
所述导电层的涂布重量为0.1～0.5mg/cm2。
所述导电层的涂布重量进一步优选为0.2～0.3mg/cm2。
所述活性物质膜片层涂布重量为0.9～8.0mg/cm2。
所述活性物质膜片层包含活性炭、导电碳和粘结剂，其中导电碳包括：SuperP、导电碳黑，粘结剂为PVDF，其中，活性炭∶导电碳∶粘结剂＝75～90∶6～3∶19～7。
与现有技术相比，本发明一种超级电容器极片的有益效果体现在：
由于活性物质膜片层与集流体为两类不同的物质，其接触电阻大，对极片电阻有着重要的影响。导电层位于集流体与活性物质膜片层之间，包含聚丙烯酸盐与导电碳，其中聚丙烯酸盐与集流体铝箔具有良好的粘接作用。通过此导电层的使用，尤其是聚丙烯酸盐的使用，改善了活性物质膜片层与集流体的接触，降低了接触电阻，使极片的电阻降低约50％。
本发明还提供一种超级电容器极片的制作方法：
a)铝箔集流体上导电层的制备。铝箔为一般铝箔，非蚀刻铝箔。将导电层浆料涂布到铝箔集流体上，导电层浆料包含的物质为聚丙烯酸钙、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸镁中的一种或几种，SuperP、导电碳黑中的一种或两种的混合，此两类物质的质量比为20∶80～80∶20。此导电层的涂布重量为0.1～0.5mg/cm2。极片经过涂布机的烘箱后，成为表观干燥的极片。
b)活性物质膜片层的制备。将活性物质膜片层浆料涂布到有导电层的极片上，活性物质膜片层组份包含活性炭、导电碳、粘结剂，其中导电碳包括：SuperP、导电碳黑，粘结剂为PVDF。以上三种物质的质量比为活性炭∶导电碳∶粘结剂＝75～90∶6～3∶19～7。此活性物质膜片层的涂布重量为0.9～8.0mg/cm2。极片经过涂布机的烘箱后，成为表观干燥的极片。
c)冷压，压实密度为0.50～0.85g/cm3。
d)极片通过高温烘箱进行二次干燥。
e)通过分条、裁片制备所需要尺寸的极片。
与现有技术相比，本发明一种超级电容器极片的制作方法的有益效果体现在：此方法操作方便，易于实现工业化生产。所制备的超级电容器极片的集流体采用普通铝箔，其成本远远小于刻蚀铝箔的成本，原因在于刻蚀铝箔制备过程复杂，刻蚀铝箔的制备过程为：在普通铝箔的基础上经过前处理如碱洗、工业水洗、主反应如HCl腐蚀、工业水洗、纯水洗、中处理(HNO3除Cl、Cu)、纯水洗、后处理(H3PO4钝化处理)、纯水洗、热处理。
一种超级电容器，其包括：两个极片、间隔于两个极片之间的隔离膜、以及它们的电解液，所述极片为上述的极片。该超级电容器具有优异的大电流充放电性能、高低温性能及循环性能。
附图说明
图1是本发明超级电容器的极片结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
在16μm的铝箔集流体10上涂布导电层20浆料(导电层20浆料成份为聚丙烯酸钙与SuperP，两者的质量比为40∶60，溶剂为去离子水，调整浆料粘度达到200mPa.s)，涂布重量为0.26mg/cm2，经过涂布机的烘箱后得到干燥后的极片。然后再涂布另一面，涂布重量与方法相同。
在涂有导电层20的极片上涂布活性物质膜片层30(活性物质膜片层30的组份包含YP50F活性炭、乙炔黑、K-761 PVDF，三者的质量比为86∶4∶10，溶剂使用NMP，调整浆料粘度达到3270mPa.s)，涂布重量为5.1mg/cm2，极片经过涂布机的烘箱后，成为表观干燥的极片。然后再涂布另一面，涂布重量与方法相同。
然后极片进行冷压，压实密度为0.62g/cm3，再使极片通过高温烘箱进行二次干燥，再依次通过分条、裁片制备出待卷绕的极片。将此极片进行卷绕，然后经过封装、注液等工序制备出306F的超级电容器。该超级电容器的平均电阻为1.9mΩ(1000Hz时)，该超级电容器具有优异的大电流充放电性能、高低温性能及循环性能。
实施例2：
在16μm的铝箔集流体10上涂布导电层20浆料(导电层20浆料成份为聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钠与SuperP，此三者的质量比为20∶30∶50，溶剂为去离子水，调整浆料粘度达到290mPa.s)，涂布重量为0.31mg/cm2，经过涂布机的烘箱后得到干燥后的极片。然后再涂布另一面，涂布重量与方法相同。
在涂有导电层的极片上涂布活性物质膜片层30(活性物质膜片层30的组份包含YP15活性炭、SuperP、K-761 PVDF，三者的质量比为87∶3∶10，溶剂使用NMP，调整浆料粘度达到2850mPa.s)，涂布重量为4.2mg/cm2，极片经过涂布机的烘箱后，成为表观干燥的极片。然后再涂布另一面，涂布重量与方法相同。
然后极片进行冷压，压实密度为0.71g/cm3。其膜片电阻率为0.519Ω.m，作为对比组的极片，其活性物质膜片层直接涂布到16μm的铝箔集流体上，膜片电阻为0.984Ω.m。从此对比结果可以看出使用聚丙烯酸盐的导电层能够改善活性物质膜片层与集流体的接触状况，明显地降低接触电阻。
实施例3：
在16μm的铝箔集流体10上涂布导电层20浆料(导电层20浆料成份为聚丙烯酸钾、聚丙烯酸镁、聚丙烯酸钙与SuperP，此三者的质量比为10∶10∶20∶60，溶剂为去离子水，调整浆料粘度达到510mPa.s)，涂布重量为0.47mg/cm2，经过涂布机的烘箱后得到干燥后的极片。然后再涂布另一面，涂布重量与方法相同。
在涂有导电层的极片上涂布活性物质膜片层30(活性物质膜片层30的组份包含YP15活性炭、SuperP、K-761 PVDF，三者的质量比为75∶6∶19，溶剂使用NMP，调整浆料粘度达到4395mPa.s)，涂布重量为7.9mg/cm2，极片经过涂布机的烘箱后，成为表观干燥的极片。然后再涂布另一面，涂布重量与方法相同。
然后极片进行冷压，压实密度为0.73g/cm3。其膜片层电阻率为0.688Ω.m。
实施例4：
在16μm的铝箔集流体10上涂布导电层20浆料(导电层20浆料成份为聚丙烯酸钙与SuperP，此三者的质量比为35∶65，溶剂为去离子水，调整浆料粘度达到160mPa.s)，涂布重量为0.13mg/cm2，经过涂布机的烘箱后得到干燥后的极片。然后再涂布另一面，涂布重量与方法相同。
在涂有导电层20的极片上涂布活性物质膜片层30(活性物质膜片层30的组份包含YP50F活性炭、乙炔黑、K-761 PVDF，三者的质量比为90∶3∶7，溶剂使用NMP，调整浆料粘度达到105mPa.s)，涂布重量为0.9mg/cm2，极片经过涂布机的烘箱后，成为表观干燥的极片。然后再涂布另一面，涂布重量与方法相同。
然后极片进行冷压，压实密度为0.68g/cm3。其膜片层电阻率为0.481Ω.m。
实施例5：
在16μm的铝箔集流体10上涂布导电层20浆料(导电层20浆料成份为聚丙烯酸钙与SuperP，此三者的质量比为75∶25，溶剂为去离子水，调整浆料粘度达到220mPa.s)，涂布重量为0.24mg/cm2，经过涂布机的烘箱后得到干燥后的极片。然后再涂布另一面，涂布重量与方法相同。
在涂有导电层20的极片上涂布活性物质膜片层30(活性物质膜片层30的组份包含YP50F活性炭、乙炔黑、K-761 PVDF，三者的质量比为85∶5∶10，溶剂使用NMP，调整浆料粘度达到565mPa.s)，涂布重量为1.6mg/cm2，极片经过涂布机的烘箱后，成为表观干燥的极片。然后再涂布另一面，涂布重量与方法相同。
然后极片进行冷压，压实密度为0.67g/cm3。其膜片层电阻率为0.579Ω.m。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种超级电容器极片，包括铝集流体，其特征在于：含有聚丙烯酸盐的导电层及活性物质膜片层。
2.根据权利要求1所述一种超级电容器极片，其特征在于：所述导电层，包括聚丙烯酸盐和导电碳，所述聚丙烯酸盐和导电碳的质量比为20∶80～80∶20。
3.根据权利要求2所述一种超级电容器极片，其特征在于：所述的聚丙烯酸盐为聚丙烯酸钙、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸镁中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述一种超级电容器极片，其特征在于：所述导电层的涂布重量为0.1～0.5mg/cm2。
5.根据权利要求4所述一种超级电容器极片，其特征在于：所述导电层的涂布重量为0.2～0.3mg/cm2。
6.根据权利要求1所述一种超级电容器极片，其特征在于：所述活性物质膜片层涂布重量为0.9～8.0mg/cm2。
7.根据权利要求1所述一种超级电容器极片，其特征在于：所述活性物质膜片层包含活性炭、导电碳和粘结剂，其中，活性炭∶导电碳∶粘结剂＝75～90∶6～3∶19～7。
8.一种超级电容器极片的制作方法，其特征在于：在铝箔集流体上涂布含有聚丙烯酸盐的导电层，以及干燥，然后在涂布含有聚丙烯酸盐的导电层其上涂布活性物质膜片层及干燥，再进行冷压、分条、裁片制备所需要的极片。
9.根据权利要求8所述一种超级电容器极片的制作方法，其特征在于：所述的冷压，其压实密度为0.50～0.85g/cm3。
10.一种超级电容器，其包括：两个极片、间隔于两个极片之间的隔离膜、以及它们的电解液，其特征在于：所述极片为权利要求1-7中所述的极片。
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