CN102789905B - 电极片制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于电子技术领域，提供了一种电极片制备方法和应用。该电极片制备方法，包括如下步骤：分别提供活性碳、导电剂及粘结剂；将活性炭和导电剂混合，得到第一混合物；将粘结剂溶于C1-C4醇溶剂中，加水，得到第二混合物；将第一混合物和第二混合物混合，干燥后压制成型，形成电极片。本发明电极片制备方法，通过使用水和醇作为粘结剂的溶剂，实现了电极片的吸液性、柔韧性、抗拉强度及导电性能的显著提升，改善了电极片的加工性能，提高了使用该电极片的电容器的能量密度，降低了其内阻。本发明电极片制备方法，操作简单、成本低廉、生产效益高，非常适于工业化生产。

Description

电极片制备方法和应用
技术领域
本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种电极片制备方法和应用。
背景技术
超级电容器是一种新型的电子元件，它填补了普通电容器和电池之间的空白，具有高容量、高功率、安全、无污染等特点。超级电容器是改善和解决电能动力性能应用的突破性元件，在电动汽车、内燃机车启动、电力、运输、通讯、消费电子、航空航天、军事领域等方面有着巨大的应用价值和市场潜力，受到世界各国高度重视。
纽扣式超级电容器的制片工艺是超级电容器制造工艺中最为重要的一个步骤，电极片的好坏直接影响着电容器的容量、内阻、自放电、漏电流、稳定性等重要的性能参数。
传统的制片工艺使用纯净水，只是简单的稀释了粘接剂，难以充分发挥粘接剂的性能，而且也不利于分体的分散，所制备的电极片脆性大，容易断裂，而且吸液性能差。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种电极片制备方法，解决现有技术中电极片脆性大，容易断裂的技术问题；以及该电极片的应用。
本发明是这样实现的，
一种电极片制备方法，包括如下步骤：
分别提供活性碳、导电剂及粘结剂，该活性炭的质量百分含量为60-85％，该导电剂的质量百分含量为10-35％，该粘结剂的质量百分含量为5-10％；
将该活性炭和导电剂混合，得到第一混合物；
将该粘结剂溶于C1-C4醇溶剂中，加水，得到第二混合物；
将该第一混合物和第二混合物混合，干燥后压制成型，形成电极片。
以及，
本发明实施例进一步提供上述电极片制备方法所制备得到的电极片在超级电容器中的应用。
本发明实施例电极片制备方法，通过使用水和醇作为粘结剂的溶剂，能够大大增强粘结剂对于活性炭和导电剂的粘结性能，使得电极片具有优异的柔韧性，同时，使得活性炭和导电剂在电极片中能够均匀的混合，实现了电极片的吸液性、柔韧性、抗拉强度及导电性能的显著提升，改善了电极片的加工性能，并且降低了其内阻。本发明实施例电极片制备方法，操作简单、成本低廉、生产效益高，非常适于工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例电极片制备方法流程图；
图2实施例1的纽扣式超级电容器单体充放电曲线；
图3是实施例1的纽扣式超级电容器单体漏电流曲线；
图4是实施例2的纽扣式超级电容器单体充放电曲线；
图5实施例2的纽扣式超级电容器单体自放电曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1显示本发明实施例电极片制备方法，包括如下步骤：
步骤S01，分别提供活性碳、导电剂及粘结剂，该活性炭的质量百分含量为60-85％，该导电剂的质量百分含量为10-35％，该粘结剂的质量百分含量为5-10％；
步骤S02，将该活性炭和导电剂混合，得到第一混合物；
步骤S03，将该粘结剂溶于醇溶剂中，加水，得到第二混合物；
步骤S04，将该第一混合物和第二混合物混合，干燥后压制成型，形成电极片。
具体地，步骤S01中，该活性炭呈粉末状，粒径为0.5-10μm，该活性炭的质量百分含量(占活性炭、导电剂及粘结剂的总质量)为60-85％，优选为65-75％；
该导电剂选自导电石墨、导电炭黑、膨胀石墨、碳纳米管、气相生长碳纤维、导电金属粉末等，该导电剂的质量百分含量(占活性炭、导电剂及粘结剂的总质量)为10-35％，优选为25-30％；
该粘结剂选自PVDF(聚四氟乙烯)、PTFE(聚偏氟乙烯)、SBR(丁苯橡胶)、CMC等，该粘结剂的质量百分含量(占活性炭、导电剂及粘结剂的总质量)为5-10％，优选为5-7％。
具体地，步骤S02中，将活性炭和导电剂混合，搅拌，使活性炭和导电剂混合均匀，混合的时间为2-10小时，搅拌的设备没有限制，例如，搅拌机、混炼机等。
具体地，步骤S03中，该C1-C4醇溶剂没有限制，例如异丙醇。通过使用醇(特别是异丙醇)，使得粘结剂能够充分的溶解，进而使得活性炭、导电剂及粘结剂更加均匀的分散，使本发明实施例电极片制备方法所制备的电极片具有优异的柔韧性。本步骤中，水和醇溶剂的质量比为1∶0.2-4。步骤S03的混合过程具体为：
将粘结剂加入至醇溶剂中，搅拌0.5-3小时，加入水，再搅拌1-4小时，使粘结剂、醇溶剂及水均匀混合，得到第二混合物。
具体地，步骤S02和S03中，该活性炭、导电剂及粘结剂的总质量与该水和醇溶剂的总质量之比为1∶2-4。
具体地，步骤S04中，将第一混合物和第二混合物混合，搅拌使两者均匀混合，搅拌的时间为2-4小时，然后再干燥，干燥的温度为80-120℃，干燥时间为5-10小时。干燥后得到电极片前体，将该超级电容器前体进行压制成型处理，压制成型的间距为0.4-1.0毫米；压制成型设备没有限制，例如对辊机。
本发明实施例电极片制备方法，通过使用水和醇作为粘结剂的溶剂，能够大大增强粘结剂对于活性炭和导电剂的粘结性能，使得电极片具有优异的柔韧性，同时，使得活性炭和导电剂在电极片中能够均匀的混合，提高了活性炭和导电剂的粘结效果，实现了电极片的抗拉强度、柔韧性及导电性能的显著提升，改善了电极片的加工性能，同时，由于粘结效果的增加，使得电极片不需要依靠电极材料的紧密连接来保证抗拉强度，电极材料之间的空隙可以增加，有利于电解液的流动速率，实现了吸液性提高；本发明实施例电极片制备方法，操作简单、成本低廉、生产效益高，非常适于工业化生产。
本发明实施例进一步提供上述电极片制备方法所制备得到的电极片在超级电容器中的应用。
以下结合具体实施例对上述电极片制备方法进行详细阐述。
实施例一
分别提供质量百分含量为75％的活性炭，质量百分含量为15％的导电剂，质量百分含量为10％的粘接剂(总量100g)；
将该活性炭和导电剂加入到搅拌器中充分搅拌2h，得到第一混合物；
将该粘接剂加入异丙醇中，搅拌0.5h，加入水搅拌混合1小时，水和异丙醇比例为1∶2总量是350ml，得到第二混合物；
将该第二混合物加入至搅拌器中，搅拌2.5小时；放入鼓风干燥箱于100℃条件下干燥5h，得到电极片前体；将该电极片前体用对辊机压制成型，即制得电极片，电极片厚度为0.4mm。
制备超级电容器：
将该电极片、隔膜放入不锈钢外壳，并注入有机电解液通过封口机组装成纽扣式超级电容器单体，并测试内阻、容量等性能。单体电容器的内阻为3.2Ω(1KHz)，1h漏电流达到40μA，24h自放电为2.48V(恒压2.75V)。
请参阅图2，图2显示本发明实施例一的超级电容器充放电曲线，从图2中可以看出，该电容器具有良好的充放电对称性。请参阅图3，图3显示本发明实施例一超级电容器漏电流曲线，从图3中可以看出，本发明实施例一的超级电容器的漏电流小。
实施例二
分别提供质量百分含量为70％的活性炭，质量百分含量为25％的导电剂，质量百分含量为5％的粘接剂(总量100g)；
将该活性炭和导电剂加入到搅拌器中充分搅拌4h，得到第一混合物；
将该粘接剂加入异丙醇中，搅拌1h，加入水搅拌混合2小时，水和异丙醇比例为1∶1总量是400ml，得到第二混合物；
将该第二混合物加入至搅拌器中，搅拌3小时；放入鼓风干燥箱于100℃条件下干燥8h，得到电极片前体；将该电极片前体用对辊机压制成型，即制得电极片，电极片厚度为0.4mm。
制备超级电容器：
将该电极片、隔膜放入不锈钢外壳，并注入有机电解液通过封口机组装成纽扣式超级电容器单体，并测试内阻、容量等性能。单体电容器的内阻为3.0Ω(1KHz)，1h漏电流达到41μA，24h自放电为2.48V(恒压2.75V)。
请参阅图4，图4显示本发明实施例二的超级电容器充放电曲线，从图4中可以看出，该电容器具有良好的充放电对称性。请参阅图5，图5显示本发明实施例二超级电容器自放电曲线，从图5中可以看出，本发明实施例二的超级电容器的经过长时间的自放电，仍然具有较高的电压，进一步说明超级电容器的漏电流小。
实施例三
分别提供质量百分含量为60％的活性炭，质量百分含量为33％的导电剂，质量百分含量为7％的粘接剂(总量100g)；
将该活性炭和导电剂加入到搅拌器中充分搅拌6h，得到第一混合物；
将该粘接剂加入异丙醇中，搅拌2h，加入水搅拌混合3小时，水和异丙醇比例为1∶0.2总量是200ml，得到第二混合物；
将该第二混合物加入至搅拌器中，搅拌4小时；放入鼓风干燥箱于80℃条件下干燥8h，得到电极片前体；将该电极片前体用对辊机压制成型，即制得电极片，电极片厚度为0.6mm。
制备超级电容器：
将该电极片、隔膜放入不锈钢外壳，并注入有机电解液通过封口机组装成纽扣式超级电容器单体，并测试内阻、容量等性能。单体电容器的内阻为3.0Ω(1KHz)，1h漏电流达到41μA，24h自放电为2.48V(恒压2.75V)。
实施例四
分别提供质量百分含量为85％的活性炭，质量百分含量为10％的导电剂，质量百分含量为5％的粘接剂(总量100g)；
将该活性炭和导电剂加入到搅拌器中充分搅拌10h，得到第一混合物；
将该粘接剂加入异丙醇中，搅拌3h，加入水搅拌混合4小时，水和异丙醇比例为1∶0.2总量是300ml，得到第二混合物；
将该第二混合物加入至搅拌器中，搅拌2小时；放入鼓风干燥箱于120℃条件下干燥10h，得到电极片前体；将该电极片前体用对辊机压制成型，即制得电极片，电极片厚度为1mm。
制备超级电容器：
将该电极片、隔膜放入不锈钢外壳，并注入有机电解液通过封口机组装成纽扣式超级电容器单体，并测试内阻、容量等性能。单体电容器的内阻为3.2Ω(1KHz)，1h漏电流达到40μA，24h自放电为2.49V(恒压2.75V)。
对比例
分别提供质量百分含量为75％的活性炭，质量百分含量为15％的导电剂，质量百分含量为10％的粘接剂(总量100g)；
将该活性炭和导电剂加入到搅拌器中充分搅拌2h，得到第一混合物；
将该粘接剂加入水中搅拌混合1小时，水的总量是350ml，得到第二混合物；
将该第二混合物加入至搅拌器中，搅拌2.5小时；放入鼓风干燥箱于100℃条件下干燥5h，得到电极片前体；将该电极片前体用对辊机压制成型，即制得电极片，电极片厚度为0.4mm。
制备超级电容器：
将该电极片、隔膜放入不锈钢外壳，并注入有机电解液通过封口机组装成纽扣式超级电容器单体，并测试内阻、容量等性能。单体电容器的内阻为3.6Ω(1KHz)，1h漏电流达到47μA，24h自放电为2.40V(恒压2.75V)。
将对比例和实施例一所制备的电极片进行弯折，对比例所制备的电极片在折弯角度在60度时就会出现开裂的现象，导致电极片的断裂；实施例一所制备的电极片在折弯角度达到180度之后依然不会开裂，复原之后依然能保持完好的抗拉及强度性能，很大程度的改善了电极片的易脆性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电极片制备方法，包括如下步骤：
分别提供活性碳、导电剂及粘结剂，所述活性炭的质量百分含量为60-85％，所述导电剂的质量百分含量为10-35％，所述粘结剂的质量百分含量为5-10％；
将所述活性炭和导电剂混合，得到第一混合物；
将所述粘结剂溶于C1-C4醇溶剂中，加水，得到第二混合物，所述水和所述醇溶剂的质量比为1:0.2-4；
将所述第一混合物和第二混合物混合，所述活性炭、导电剂及粘结剂的总质量与所述水和醇溶剂的总质量之比为1:2-4，干燥后压制成型，形成电极片。
2.如权利要求1所述的电极片制备方法，其特征在于，所述活性炭的质量百分含量为65-75％。
3.如权利要求1所述的电极片制备方法，其特征在于，所述导电剂的质量百分含量为20-30％。
4.如权利要求1所述的电极片制备方法，其特征在于，所述粘结剂的质量百分含量为5-7％。
5.如权利要求1所述的电极片制备方法，其特征在于，所述醇溶剂为异丙醇。
6.如权利要求1所述的电极片制备方法，其特征在于，所述制备第二混合物的步骤为：
将所述粘结剂加入至醇溶剂中，搅拌0.5-3小时，加入水，再搅拌1-4小时，得到第二混合物。
7.如权利要求1所述的电极片制备方法，其特征在于，所述第一混合物和第二混合物的搅拌时间为2-4小时。
8.如权利要求1所述的电极片制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为80-120℃，干燥时间为5-10小时。
9.如权利要求1-8任一项电极片制备方法所制备的电极片在超级电容器中的应用。
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