CN104916445A - 一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超级电容器技术领域，具体涉及一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极及其制备方法。所述电极的极片包括集流体金属箔、涂覆在金属箔表面的导电胶层和粘贴在导电胶层上的炭膜；所述炭膜由质量比为80-90：5-10：5-10的炭质活性材料、导电剂和粘结剂碾压制备而成，所述炭质活性材料的粒径范围为7-10μm。制备的电极及制备方法不仅改善了目前的电极制备工艺，避免了在目前的制备过程中在对铝箔的后加工造成损害，导致铝箔的强度降低引起电池的质量问题，同时也将电极密度得到进一步提高，从而提高了电容器的能量密度。
Description
技术领域
本发明涉及超级电容器技术领域，具体涉及一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极及其制备方法。
背景技术
超级电容器是一种有别于二次电池的新式储能器件，近年来，随着大容量超级电容器的研发成功，其能量密度有突破性进展，再借助其高功率密度和长寿命等优势，超级电容器已在能源、公共交通、重型机械、军事等领域开拓了全新的应用模式。
电极作为超级电容器的核心部件，其储能密度关系到超级电容器单体的能量密度，目前市场上最常用的超级电容器电极组装工艺有两种，一种是涂覆法，另一种是粘贴法。涂覆法的优点是电极在涂覆烘干后，炭膜能够稳定的附着在集流体金属箔表面，接触内阻低；缺点是，通过碾压法提高电极密度的时候，集流体金属箔易产生形变，形成褶皱，因此电极密度很难再有提高，超级电容器的能量密度也很难获得实质性的提高。粘贴法的好处是，炭膜的碾压过程不受集流体金属箔的影响，可以先将炭膜碾压至一定的密度，再与集流体金属箔粘贴，这样电极密度可以继续提高，从而提高超级电容器的能量密度；然而这一方法存在的弊端是，炭膜与集流体金属箔是依靠导电粘结剂结合的，导电粘结剂涂多了会影响导电性，增大接触内阻，而导电粘结剂涂少了又无法保证炭膜与集流体金属箔的稳固结合，影响电极稳定性。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述问题，提供了一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极，所述电极的极片包括集流体金属箔、涂覆在金属箔表面的导电胶层和粘贴在导电胶层上的炭膜；所述炭膜由质量比为80-90：5-10：5-10的炭质活性材料、导电剂和粘结剂碾压制备而成，所述炭质活性材料的粒径范围为7-10μm。
作为优选方案，所述集流体金属箔表面设有凸起的孔，孔的直径范围为1-10μm。孔包括正面孔和反面孔。孔阵列排列或无规则排列。
作为优选方案，所述炭质活性材料为活性炭、石墨烯或碳纳米管，导电剂为碳纳米管、科琴黑或乙炔黑。
作为优选方案，所述粘结剂的粘度为500-900cps。
作为优选方案，所述炭膜用粘结剂为质量分数为60wt%的PTFE乳液。
作为优选方案，所述导电胶层所用的导电粘结剂的密度为0.9-1.5g/cm3，20℃下的粘度为1000-3000cps，方阻20Ω/sq。
作为优选方案，所述集流体金属箔为铝箔。
一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极的制备方法，包括以下步骤：
（1）将炭质活性材料和导电剂按照设定比例倒入干式粉末混合机，以6000转/分钟的速度高速搅拌1-2小时，再将混合后的粉体材料转入气流体粉碎机，以3000升/分钟的速度将粉体材料从喷嘴排出；
（2）粉体材料倒入搅拌缸，向其中缓慢滴加粘结剂，设置转速为50-100转/分钟，继续搅拌4-5小时，形成具有一定粘度的炭团；
（3）将炭团放入垂直加热碾压机，加热碾压成厚度为80-230μm的炭膜，再经水平碾压机将炭膜碾压均匀成的厚度为80-200μm；
（4）将集流体金属箔的表面作腐蚀处理，并在其表面涂覆一层厚度为1-2μm的导电粘结剂形成导电胶层；
（5）将步骤（4）得到的涂覆有导电粘结剂的集流体金属箔和步骤（3）得到的炭膜采用加热碾压机粘贴在一起，并碾压成为电极。最终的电极厚度根据金属箔的厚度以及实际要求决定。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
1改善了目前的电极制备工艺，避免了在目前的制备过程中在对铝箔的后加工造成损害，导致铝箔的强度降低引起电池的质量问题；
2电极密度得到进一步提高，从而提高了电容器的能量密度；
3使用寿命得到了提高，避免了炭膜的脱落。
附图说明
图1为本发明实施方式的集流体铝箔表面的孔的分布示意图；
图2为本发明的电极结构示意图；
图3为本发明实施方式的电极的炭膜嵌入在集流体铝箔表面孔内的示意图；
图中：1正面孔，2反面孔，3集流体金属箔，4导电胶层，5炭膜。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
实施例1：
一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极，所述电极的极片包括集流体金属箔、涂覆在金属箔表面的导电胶层和粘贴在导电胶层上的炭膜；集流体金属箔为铝箔，且铝箔表面设有凸起的孔，孔的直径范围为1-10μm；炭膜由质量比为80：10：10的炭质活性材料、导电剂和粘结剂碾压制备而成，所述炭质活性材料的粒径范围为7-10μm。
导电胶层所用的导电粘结剂的密度为0.9-1.5g/cm3，20℃下的粘度为1000-3000cps，方阻20Ω/sq；
炭质活性材料为活性炭、石墨烯或碳纳米管，导电剂为碳纳米管、科琴黑或乙炔黑；
粘结剂的粘度为500-900cps；炭膜用粘结剂为质量分数为60wt%的PTFE乳液。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）将炭质活性材料和导电剂按照设定比例倒入干式粉末混合机，以6000转/分钟的速度高速搅拌1-2小时，再将混合后的粉体材料转入气流体粉碎机，以3000升/分钟的速度将粉体材料从喷嘴排出；
（2）粉体材料倒入搅拌缸，向其中缓慢滴加粘结剂，设置转速为50-100转/分钟，继续搅拌4-5小时，形成具有一定粘度的炭团；
（3）将炭团放入垂直加热碾压机，加热碾压成厚度为80μm的炭膜，再经水平碾压机将炭膜碾压均匀成的厚度为80μm；
（4）将集流体金属箔的表面作腐蚀处理，并在其表面涂覆一层厚度为1μm的导电粘结剂形成导电胶层；
（5）将步骤（4）得到的涂覆有导电粘结剂的集流体金属箔和步骤（3）得到的炭膜采用加热碾压机粘贴在一起，并碾压成为电极。
实施例2：
一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极，所述电极的极片包括集流体金属箔、涂覆在金属箔表面的导电胶层和粘贴在导电胶层上的炭膜；集流体金属箔为铝箔，且铝箔表面设有凸起的孔，孔的直径范围为1-10μm；炭膜由质量比为90：5：5的炭质活性材料、导电剂和粘结剂碾压制备而成，所述炭质活性材料的粒径范围为7-10μm。
导电胶层所用的导电粘结剂的密度为0.9-1.5g/cm3，20℃下的粘度为1000-3000cps，方阻20Ω/sq；
炭质活性材料为活性炭、石墨烯或碳纳米管，导电剂为碳纳米管、科琴黑或乙炔黑；
粘结剂的粘度为500-900cps；炭膜用粘结剂为质量分数为60wt%的PTFE乳液。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）将炭质活性材料和导电剂按照设定比例倒入干式粉末混合机，以6000转/分钟的速度高速搅拌1-2小时，再将混合后的粉体材料转入气流体粉碎机，以3000升/分钟的速度将粉体材料从喷嘴排出；
（2）粉体材料倒入搅拌缸，向其中缓慢滴加粘结剂，设置转速为50-100转/分钟，继续搅拌4-5小时，形成具有一定粘度的炭团；
（3）将炭团放入垂直加热碾压机，加热碾压成厚度为230μm的炭膜，再经水平碾压机将炭膜碾压均匀成的厚度为200μm；
（4）将集流体金属箔的表面作腐蚀处理，并在其表面涂覆一层厚度为1μm的导电粘结剂形成导电胶层；
（5）将步骤（4）得到的涂覆有导电粘结剂的集流体金属箔和步骤（3）得到的炭膜采用加热碾压机粘贴在一起，并碾压成为电极。
实施例3：
一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极，所述电极的极片包括集流体金属箔、涂覆在金属箔表面的导电胶层和粘贴在导电胶层上的炭膜；集流体金属箔为铝箔，且铝箔表面设有凸起的孔，孔的直径范围为1-10μm；炭膜由质量比为85：10：5的炭质活性材料、导电剂和粘结剂碾压制备而成，所述炭质活性材料的粒径范围为7-10μm。
导电胶层所用的导电粘结剂的密度为0.9-1.5g/cm3，20℃下的粘度为1000-3000cps，方阻20Ω/sq；
炭质活性材料为活性炭、石墨烯或碳纳米管，导电剂为碳纳米管、科琴黑或乙炔黑；
粘结剂的粘度为500-900cps；炭膜用粘结剂为质量分数为60wt%的PTFE乳液。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）将炭质活性材料和导电剂按照设定比例倒入干式粉末混合机，以6000转/分钟的速度高速搅拌1-2小时，再将混合后的粉体材料转入气流体粉碎机，以3000升/分钟的速度将粉体材料从喷嘴排出；
（2）粉体材料倒入搅拌缸，向其中缓慢滴加粘结剂，设置转速为50-100转/分钟，继续搅拌4-5小时，形成具有一定粘度的炭团；
（3）将炭团放入垂直加热碾压机，加热碾压成厚度为130μm的炭膜，再经水平碾压机将炭膜碾压均匀成的厚度为100μm；
（4）将集流体金属箔的表面作腐蚀处理，并在其表面涂覆一层厚度为2μm的导电粘结剂形成导电胶层；
（5）将步骤（4）得到的涂覆有导电粘结剂的集流体金属箔和步骤（3）得到的炭膜采用加热碾压机粘贴在一起，并碾压成为电极。
Claims (8)
1.一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极，其特征在于，所述电极的极片包括集流体金属箔、涂覆在金属箔表面的导电胶层和粘贴在导电胶层上的炭膜；所述炭膜由质量比为80-90：5-10：5-10的炭质活性材料、导电剂和粘结剂碾压制备而成，所述炭质活性材料的粒径范围为7-10μm。
2.根据权利要求1所述的一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极，其特征在于，所述集流体金属箔表面设有凸起的孔，孔的直径范围为1-10μm。
3.根据权利要求1所述的一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极，其特征在于，所述炭质活性材料为活性炭、石墨烯或碳纳米管，导电剂为碳纳米管、科琴黑或乙炔黑。
4.根据权利要求1所述的一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极，其特征在于，所述粘结剂的粘度为500-900cps。
5.根据权利要求1所述的一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极，其特征在于，所述炭膜用粘结剂为质量分数为60wt%的PTFE乳液。
6.根据权利要求1所述的一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极，其特征在于，所述导电胶层所用的导电粘结剂的密度为0.9-1.5g/cm3，20℃下的粘度为1000-3000cps，方阻20Ω/sq。
7.根据权利要求1所述的一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极，其特征在于，所述集流体金属箔为铝箔。
8.根据权利要求1所述的一种高压实密度、低接触内阻的超级电容器用电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将炭质活性材料和导电剂按照设定比例倒入干式粉末混合机，以6000转/分钟的速度高速搅拌1-2小时，再将混合后的粉体材料转入气流体粉碎机，以3000升/分钟的速度将粉体材料从喷嘴排出；
（2）粉体材料倒入搅拌缸，向其中缓慢滴加粘结剂，设置转速为50-100转/分钟，继续搅拌4-5小时，形成具有一定粘度的炭团；
（3）将炭团放入垂直加热碾压机，加热碾压成厚度为80-230μm的炭膜，再经水平碾压机将炭膜碾压均匀成的厚度为80-200μm；
（4）将集流体金属箔的表面作腐蚀处理，并在其表面涂覆一层厚度为1-2μm的导电粘结剂形成导电胶层；
（5）将步骤（4）得到的涂覆有导电粘结剂的集流体金属箔和步骤（3）得到的炭膜采用加热碾压机粘贴在一起，并碾压成为电极。
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