CN102496476A - 一种超级电容器浆料及其制备方法 - Google Patents

一种超级电容器浆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种超级电容器浆料及其制备方法，将平均粒径1~30微米，BET比表面为400~5000m2/g的活性炭、导电剂、粘结剂、溶剂和磨球放入球磨罐中球磨成超级电容器电极用浆料。导电剂为乙炔黑、导电炭黑、导电石墨、碳纤维中的一种或几种；粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素、丁苯橡胶中的一种或几种；溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、乙醇、去离子水中的一种或几种；活性炭、导电碳、粘结剂的重量比为：60~98:0~15:2~25；活性炭与溶剂的重量比为1:1.5~9；本发明提高了浆料中各种物质分散的均匀性，制备的超级电容器电极极片具有较高的体密度，进而提高了超级电容器的容量密度和循环性能、安全性能。

Description

一种超级电容器浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于超级电容器技术领域，涉及一种超级电容器浆料及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展和科技的进步，人们对储能元器件的充放电速度、寿命、功率密度和能量密度的要求越来越高。因此，当充放电速度快、充放电效率高、寿命长、环境友好的超级电容器出现时人们眼前一亮，从而使超级电容器成为了当前人们在绿色储能领域研究和发展的热点，其也广泛应用于数码、汽车、医疗、卫生、电力电子、通讯、能源、军用等领域。
在超级电容器制造过程中浆料的制备是一个十分重要的步骤，浆料的好坏直接影响超级电容器成品的各项性能指标。传统的浆料制备方法是将活性炭、导电剂、粘结剂、溶剂等按照一定的比例逐批放入到搅拌机内，搅拌成所需浆料。由于活性炭和导电剂均为粉体，且粒径很小，在搅拌过程中，这些粉体很容易在浆料中团聚形成 “灰包”分布在浆料中，并且这种混料方式制备的浆料中很容易夹杂许多气泡，造成浆料中各物质混合的不均匀，使涂覆后的电极极片敷料不均匀，在涂覆电极极片上存在颗粒性凸起和气泡斑点。颗粒性凸起严重的会刺穿隔膜造成超级电容器短路而报废，降低了产品合格率；气泡斑点则会使活性物质的利用率下降，降低了超级电容器的能量密度。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是采用湿法球磨的方法来改善传统的超级电容器浆料的搅拌混料方法而提供一种超级电容器浆料及其制备方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现：
一种超级电容器浆料，其特征是，原料包括：平均粒径1~30微米，BET比表面为400~5000m2/g的活性炭；导电剂；粘结剂；溶剂；所述导电剂为乙炔黑、导电炭黑、导电石墨、碳纤维中的一种或几种；粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素、丁苯橡胶中的一种或几种；溶剂为N-甲基吡咯烷酮（NMP）、二甲基亚砜（DMSO）、二甲基甲酰胺（DMF）、乙醇、去离子水中的一种或几种；活性炭、导电碳、粘结剂的重量比为：60~98:0~15:2~25；活性炭与溶剂的重量比为1:1.5~9；将上述的活性炭、导电剂、粘结剂、溶剂和磨球放入球磨罐中球磨成浆料。
根据所述的超级电容器浆料，其特征是：所述的活性炭与磨球的重量比为1:0.5~10。
根据所述的超级电容器浆料，其特征是：所述的磨球的直径为5mm-25mm。
根据所述的超级电容器浆料，其特征是：球磨机为行星式球磨机。
根据所述的超级电容器浆料，其特征是：所述的行星式球磨机公转的转速为0r/min~900r/min，自转的转速为0r/min~1400r/min，球磨时间为1h-15h。
根据所述的超级电容器浆料，其特征是：球磨罐材质为氧化锆、玛瑙、陶瓷、不锈钢中的一种，磨球材质为氧化锆、玛瑙、陶瓷中的一种或几种。
一种制备所述超级电容器浆料的方法，其特征是：将平均粒径1~30微米，BET比表面为400~5000m2/g的活性炭、导电剂、粘结剂、溶剂、磨球放入球磨罐中球磨成浆料。
根据所述的超级电容器浆料的制备方法，其特征是：按照活性炭90%、导电炭黑5%、聚偏二氟乙烯（PVDF）粘结剂5%的重量配比，将活性炭900g、导电炭黑50g、聚偏二氟乙烯（PVDF）粘结剂50g加入到3500g溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）中，按照活性炭与磨球的重量比为1:3的比例放入玛瑙磨球，其中，玛瑙球直径为5mm、15mm、25mm的个数比为100:20:3，在行星式球磨机上球磨，公转转速500r/min，自传转速800r/min，球磨8h，形成稳定、均一的超级电容器浆料。
根据所述的超级电容器浆料的制备方法，其特征是：按照活性炭90%、导电炭黑5%、PVDF粘结剂5%的配比，将活性炭900g、导电炭黑50g、PVDF粘结剂50g加入到3500g溶剂NMP中，按照活性炭与磨球的重量比为1:6的比例放入不锈钢磨球，其中，不锈钢球直径为5mm、15mm、25mm的个数比为120:25:3，在行星式球磨机上球磨，公转转速300r/min，自传转速600r/min，球磨8h，形成稳定、均一的超级电容器浆料。
根据所述的超级电容器浆料的制备方法，其特征是：按照活性炭90%、导电炭黑5%、PVDF粘结剂5%的配比，将活性炭900g、导电炭黑50g、PVDF粘结剂50g加入到3500g溶剂NMP中，按照活性炭与磨球的重量比为1:8的比例放入陶瓷磨球，其中，不陶瓷球直径为5mm、15mm、25mm的个数比为120:25:3，在行星式球磨机上球磨，公转转速200r/min，自传转速400r/min，球磨8h，形成稳定、均一的超级电容器浆料。
本发明中湿法球磨是指在有溶剂存在的情况下球磨浆料，湿法球磨相对干粉球磨混料具有更加均匀，混料过程中不容易发生团聚的优点。球磨混料具有一定的剪切力和研磨过程，使得混料过程中出现的“灰包”破裂。优选为行星式球磨机，行星式球磨机的球磨罐在绕转盘轴公转的同时又绕自身轴反向作行星式自转运动。球磨罐中磨球和活性物质、粘结剂、导电剂、溶剂等在高速运动中相互碰撞、摩擦，由于粉体和球磨介质的接触，打碎了材料颗粒间的团聚，改善了电极材料粒子的表面性能，降低了电极材料反应的活化能和颗粒粒度，同时提高了浆料中颗粒分布的均匀性和极片的体密度，进而提高了超级电容器的容量密度和寿命。
将本发明制备的浆料涂覆在集流体上，制备成超级电容器电极的极片，将正极片、负极片、隔膜纸卷绕成卷心，其中，隔膜纸在正极片和负极片之间，将电芯放入超级电容器壳中，注入电解液，封口，制备成超级电容器。
本发明制备的超级电容器具有如下优点：提高了超级电容器极片的体密度，提高了浆料中各种物质分散的均匀性，从而提高了超级电容器的能量密度和寿命。
具体实施方式
下面按照上述方案，结合实例进一步来说明本发明的实质内容和技术特点，但本发明绝非仅限于下述实例。
实施例1
按照活性炭90%、导电炭黑5%、PVDF粘结剂5%的配比，将活性炭900g、导电炭黑50g、PVDF粘结剂50g加入到3500g溶剂NMP中，按照活性炭与磨球的重量比为1:3的比例放入玛瑙磨球，其中，玛瑙球直径为5mm、15mm、25mm的个数比为100:20:3，在行星式球磨机上球磨，公转转速500r/min，自传转速800r/min，球磨8h，形成稳定、均一的超级电容器浆料。
实施例2
按照活性炭90%、导电炭黑5%、PVDF粘结剂5%的配比，将活性炭900g、导电炭黑50g、PVDF粘结剂50g加入到3500g溶剂NMP中，按照活性炭与磨球的重量比为1:6的比例放入不锈钢磨球，其中，不锈钢球直径为5mm、15mm、25mm的个数比为120:25:3，在行星式球磨机上球磨，公转转速300r/min，自传转速600r/min，球磨8h，形成稳定、均一的超级电容器浆料。
实施例3
按照活性炭90%、导电炭黑5%、PVDF粘结剂5%的配比，将活性炭900g、导电炭黑50g、PVDF粘结剂50g加入到3500g溶剂NMP中，按照活性炭与磨球的重量比为1:8的比例放入陶瓷磨球，其中，不陶瓷球直径为5mm、15mm、25mm的个数比为120:25:3，在行星式球磨机上球磨，公转转速200r/min，自传转速400r/min，球磨8h，形成稳定、均一的超级电容器浆料。

Claims (10)

1.一种超级电容器浆料，其特征是，原料包括：平均粒径1~30微米，BET比表面为400~5000m2/g的活性炭；导电剂；粘结剂；溶剂；所述导电剂为乙炔黑、导电炭黑、导电石墨、碳纤维中的一种或几种；粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素、丁苯橡胶中的一种或几种；溶剂为N-甲基吡咯烷酮（NMP）、二甲基亚砜（DMSO）、二甲基甲酰胺（DMF）、乙醇、去离子水中的一种或几种；活性炭、导电碳、粘结剂的重量比为：60~98:0~15:2~25；活性炭与溶剂的重量比为1:1.5~9；将上述的活性炭、导电剂、粘结剂、溶剂和磨球放入球磨罐中球磨成浆料。
2.根据权利要求1所述的超级电容器浆料，其特征是：所述的活性炭与磨球的重量比为1:0.5~10。
3.根据权利要求1所述的超级电容器浆料，其特征是：所述的磨球的直径为5mm-25mm。
4.根据权利要求1所述的超级电容器浆料，其特征是：球磨机为行星式球磨机。
5.根据权利要求4所述的超级电容器浆料，其特征是：所述的行星式球磨机公转的转速为0r/min~900r/min，自转的转速为0r/min~1400r/min，球磨时间为1h-15h。
6.根据权利要求1所述的超级电容器浆料，其特征是：球磨罐材质为氧化锆、玛瑙、陶瓷、不锈钢中的一种，磨球材质为氧化锆、玛瑙、陶瓷中的一种或几种。
7.一种制备权利要求1、2、3、4、5或6所述超级电容器浆料的方法，其特征是：将平均粒径1~30微米，BET比表面为400~5000m2/g的活性炭、导电剂、粘结剂、溶剂、磨球放入球磨罐中球磨成浆料。
8.根据权利要求7所述的超级电容器浆料的制备方法，其特征是：按照活性炭90%、导电炭黑5%、聚偏二氟乙烯（PVDF）粘结剂5%的重量配比，将活性炭900g、导电炭黑50g、聚偏二氟乙烯（PVDF）粘结剂50g加入到3500g溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）中，按照活性炭与磨球的重量比为1:3的比例放入玛瑙磨球，其中，玛瑙球直径为5mm、15mm、25mm的个数比为100:20:3，在行星式球磨机上球磨，公转转速500r/min，自传转速800r/min，球磨8h，形成稳定、均一的超级电容器浆料。
9.根据权利要求7所述的超级电容器浆料的制备方法，其特征是：按照活性炭90%、导电炭黑5%、PVDF粘结剂5%的配比，将活性炭900g、导电炭黑50g、PVDF粘结剂50g加入到3500g溶剂NMP中，按照活性炭与磨球的重量比为1:6的比例放入不锈钢磨球，其中，不锈钢球直径为5mm、15mm、25mm的个数比为120:25:3，在行星式球磨机上球磨，公转转速300r/min，自传转速600r/min，球磨8h，形成稳定、均一的超级电容器浆料。
10.根据权利要求7所述的超级电容器浆料的制备方法，其特征是：按照活性炭90%、导电炭黑5%、PVDF粘结剂5%的配比，将活性炭900g、导电炭黑50g、PVDF粘结剂50g加入到3500g溶剂NMP中，按照活性炭与磨球的重量比为1:8的比例放入陶瓷磨球，其中，不陶瓷球直径为5mm、15mm、25mm的个数比为120:25:3，在行星式球磨机上球磨，公转转速200r/min，自传转速400r/min，球磨8h，形成稳定、均一的超级电容器浆料。
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