CN104916458B - 一种超级电容器电极的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超级电容器电极的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：1）首先将含氮分散剂溶于去离子水制成溶液，加入纳米碳，制成悬浮液；再将得到的悬浮液与多孔碳、导电碳混合均匀，得到电极材料；2）将电极材料与第一粘结剂以质量比95～99：1～5混合均匀，加入去离子水制成糊状混合物，加入第二粘结剂混合均匀，通过调节去离子水的量，制成固含量为27～38%的电极材料浆料，再将得到的浆料涂布于铝箔集流体上，经干燥，辊压，制成超级电容器极片。其提高了电极性能，制备方法易于规模化。

Description

一种超级电容器电极的制备方法

技术领域

本发明涉及一种超级电容器电极的制备方法，属于一种电容器电极。

背景技术

超级电容器具有比功率高，循环寿命长，大电流充放电，环境友好，安全及免维护的优点，是一种有应用前景的新能源汽车动力电源。电极是超级电容器的核心组成部分，直接影响到超级电容器的性能。

公开号为CN 102486969A的中国专利公开了一种电化学电容器电极的制造方法及用该方法制备的电化学电容器电极，包括混料制膏、纤维化处理、烘干、气流粉碎、造粒、辊压成膜、喷涂导电层以及热压复合。公开号为CN1717757A的中国专利公开了双电层电容器用的可极化电极及其制造方法以及双电层电容器的制造方法，混炼活性炭粉末、粘结剂材料和润滑用有机溶剂形成片状。公开号为CN1816886A的中国专利公开了一种双电层电容用电极的制备方法，把粒状弹性体与碳材料制成混合物粉末，采用干式成型法制成电极。公开号为CN 1985340A的中国专利公开了一种双电层电容器用活性炭电极，中间相碳微球活化后与聚四氟乙烯和导电剂混炼，压延，制成片状。公开号为CN 102176389A的中国专利公开了一种多孔电极的制备方法，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，热辊压成型。公开号为CN103943377A的中国专利公开了一种多孔电极的制备，将活性物质、粘结剂、导电剂和少量溶剂进行混炼形成胶团，辊压，成膜，将膜通过导电胶粘附在集流体上。公开号为CN102782786A的中国专利公开了一种碳电极批料通过双螺杆挤出机挤出压延成膜。公开号为CN1838999A、CN102569719A的中国专利公开了一种用于电化学装置的自支持干电极膜的方法。公开号为CN101194384A的中国专利公开了一种活性炭通过喷射研磨处理与聚四氟乙烯粘结剂混合，形成一种能量存储装置内的电极。公开号为CN101313376A的中国专利公开了一种通过将活性炭、可选的导电性碳以及粘结剂的混合物进行混合制成膜，附着在集流体成极片。公开号为CN101313377A的中国专利公开了一种控制粘结剂含量的超级电容器电极，粘结剂含量约为3～10%。公开号为CN101595541A的中国专利公开了一种通过混合活性炭、导电剂和粘结剂制备电极材料颗粒，附着于集流体形成电极。活性炭颗粒具有约78～98%的微孔活性炭和2～30%的介孔活性炭。公开号为CN102089909A的中国专利公开了一种电极装置及制造电极的方法，在第一电极薄膜和第二电极薄膜之间放置集流体，在集流体中形成多个开孔接合第一电极薄膜和第二电极薄膜，在不使用粘结剂的情况下将第一电极薄膜和第二电极薄膜固定在集流体上。公开号为CN 102629681A的中国专利公开了一种基于粉体的电极成型方法，使用粉体活性物质、导电剂和粘结剂通过三维混粉机或无重力混粉机进行均匀混合，再通过低温粉碎机进行粉碎，然后通过双螺杆挤出机或者密炼机或者开炼机纤维化挤出成型，通过压延机热压成膜，通过印刷导电胶与集流体形成电极。公开号为CN103093969A的中国专利公开了一种一种全程污染的含有电解液盐的电极制造方法，在电极生成过程中没有水和任何溶剂的引入。公开号为CN103346290A的中国专利公开了一种电极制备方法，通过干法或者湿法混合活性电极材料、导电剂和粘结剂，获得的可塑性材料与集流体压延成电极。

公开号为CN 102683043A的中国专利公开了一种低内阻超级电容器极片及其制造方法，金属集流体采用表面活性剂处理，导电剂通过超声波分散技术均匀分散于电极活性材料之间。公开号为CN1860567A的中国专利公开了一种双电层电容器用电极及其制备方法和双电层电容器以及导电性粘结剂，由含有碳质的双电层形成材料、用于确保导电性的碳材和粘合剂的构成的极化多孔质片。公开号为CN 1855326A的中国专利公开了一种双电层电容器用阳电极，包含石墨-碳复合粒子。公开号为CN18990766A的中国专利公开了一种电容器电极，包括由导电性粒子和粘合剂组成的底涂层、由碳材料和粘合剂组成的电极层和集流体。公开号为CN 101103423A的中国专利公开了一种可极化电极及其制备方法，包括由金属箔集流体、结合层和电极层组成。公开号为CN 101283422A的中国专利公开公开了一种可极化电极，含有比表面积在900-1900m²/g的活性炭，极化电极内阻大大降低。公开号为CN101601109A的中国专利公开了电极膜和电极的制备方法，在集流体上涂布分散液形成分散液膜，除去液体介质得到电极膜。公开号为CN 101641753A的中国专利公开了固体微粒分散液、电极和双电层电容器的制造方法，包含带电粒子、固体粒子和液体介质混合液粉碎成分散液，涂布得到。公开号为CN102576611A的中国专利公开了一种双电层电容器涂敷电极，将电极材料、导电性助剂和作为结合材料的弹性体分散在水中而形成的浆料涂布于集流体形成。公开号为CN10370262A的中国专利公开了一种双电层电容器用电极及其材料，电极材料表面50%以上被粘合剂覆盖。公开号为CN103956273A的中国专利公开了一种超级电容器极片的制备方法，导电材料与粘结剂混合均与，加入活性物质形成大颗粒，然后捏合成弹性胶状体，加入水，制成浆料，涂覆于集流体上，热压压实成极片。公开号为CN104112605A的中国专利公开了一种电极片及其制备方法，光箔表面涂覆导电浆料，干燥辊压形成导电层，保护性气体氛围下，高温碳化形成覆碳导电层，在其上涂覆活性浆料，干燥辊压得到极片。公开号为1619730A的中国专利公开了一种电化学电容器用电极，包括具有电子传导性的集流体和具有电子传导性的多孔电极层。公开号为CN1866430A的中国专利公开了一种电化学电容器电极的制备方法，增强可极化电极与底涂层之间的粘合。公开号为CN1483210A的中国专利公开了一种有碳粉末的电化学电容器，在集流体上包括导电碳粉末的主要涂层和包括活性炭粉末的次要涂层。公开号为CN 1866431A的中国专利公开了一种电化学电容器电极的制造方法，用于优化电极层的涂布液的物理性质。公开号为CN 1886812A的中国专利公开了一种电化学电容器的电极的制备方法，在集流体上形成可极化电极层，在电极层表面压制凸纹，将压制了凸纹的可极化电极的表面压平。公开号为CN10443864A的中国专利公开了一种用于双电层电容器的电极，通过防止循环特性的降低，可充分发挥类石墨碳材料的电极性能。 公开号为CN101647078A的中国专利公开了一种碳粒子膜、层叠电极的制造方法，以碳离子的熔点以下的温度对含有碳粒子和无机粒子的混合物进行压缩，增加体积密度。公开号为CN102254699A的中国专利公开了一种超级电容器的电极材料的预处理工艺及电极的制备方法，通过对原料的预处理，减少粘结剂的用量。公开号为CN 102637531A的中国专利公开了一种超级电容器用电极材料及其制备方法，浆料采用八段式制浆工艺，即干混、湿混、成团、胶炼、烘烤、粉碎、成浆。公开号为CN101710538A的中国专利公开了一种超级电容器长寿命电极的制备方法，金属集流体电极双面腐蚀，溶解粘结材料，然后分散活性物质粉末和导电材料，制成浆料，将浆料涂于集电极双表面，干燥，压成电极。

综合以上分析可以看出，超级电容器的研究开发集中于活性材料、电极工艺、集流体和粘结剂等方面。导电剂在活性材料中的分散，与活性材料接触形成的导电通路对电极性能有很大影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超级电容器电极的制备方法，作为超级电容器的电极材料含有的纳米碳，通过含氮分散剂处理后，可以与活性材料充分接触，提高电极性能。

本发明技术方案是这样实现的：一种超级电容器电极的制备方法，其特征在于具体步骤如下：1）首先将含氮分散剂溶于去离子水制成溶液，加入纳米碳，分散均匀，制成悬浮液；再将得到的悬浮液与多孔碳、导电碳混合均匀，然后去除溶剂，得到混合物；并将混合物在惰性气体氛围，85～180℃加热1～3h，700～900℃加热2～5h，得到电极材料；2）将电极材料与第一粘结剂以质量比95～99：1～5混合均匀，加入去离子水制成糊状混合物，糊状混合物静置0.5～2h，加入去离子水分散稀释。按照电极材料与第二粘结剂质量比为95～98.5：1.5～5加入第二粘结剂混合均匀，通过调节去离子水的量，制成固含量为27～38%的电极材料浆料，再将得到的浆料涂布于铝箔集流体上，经干燥，辊压，制成超级电容器极片。

所述的纳米碳包括氧化石墨烯、氧化碳纳米管。

所述的含氮分散剂包括聚丙烯酰胺、聚乙烯酰胺，其质量为纳米碳质量的0.5～2%。

所述的第一粘结剂包括羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶。

所述的第二粘结剂包括丁苯橡胶、聚四氟乙烯。

所述的导电碳包括炭黑、石墨、乙炔黑。

所述的多孔碳包括活性炭、活性碳纤维、活性石墨烯。

本发明的积极效果在于由于含氮分散剂的分散作用，使纳米碳颗粒较好的分散，提高电子的传导作用；混合物经高温热处理制成电极材料，含氧基团去除，减少分散剂对电极的影响；电极材料与第一粘结剂和第二粘结剂混合的浆料涂布制成极片，性能得到提高。

附图说明

图1是本发明实施例1的混合物的热失重曲线。

图2是本发明实施例1的电极材料的扫描电镜照片。

图3是本发明的实施例1的电极材料用于超级电容器的充放电曲线。

图4是本发明的实施例2的电极材料用于超级电容器的充放电曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明具体描述，所述的实施例只是对本发明的权利要求的具体描述，权利要求包括但不限于所述的实施例内容。

实施例1

（1）按照质量比2:100称取氧化石墨烯和聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺溶于去离子水制成浓度为2mg/ml的溶液，加入氧化石墨烯，超声分散均匀，制成悬浮液。按照氧化石墨烯和活性炭质量比2:90称取活性炭，按照活性炭与炭黑质量比3:90称取炭黑，将活性炭、炭黑与悬浮液混合，搅拌均匀，然后去除溶剂，得到活性炭、炭黑、氧化石墨烯和聚丙烯酰胺的混合物。混合物在氩气氛围，85℃加热1h，115℃加热1h，700℃加热2h，得到电极材料，如图1-3所示。

（2）电极材料与羧甲基纤维素钠以质量比98：2混合均匀，加入去离子水制成糊状混合物，糊状混合物静置1h，加入去离子水分散稀释。按照电极材料与丁苯橡胶质量比为97：3混合均匀，加入去离子水制成固含量为28%的电极材料浆料。得到的浆料涂布于铝箔集流体上，干燥，辊压，制成超级电容器极片。

实施例2

（1）按照质量比2:100称取氧化碳纳米管和聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺溶于去离子水制成浓度为2mg/ml的溶液，加入氧化碳纳米管，超声分散均匀，制成悬浮液。按照氧化碳纳米管和活性炭质量比2:90称取活性炭，按照活性炭与炭黑质量比3:90称取炭黑，将活性炭、炭黑与悬浮液混合，搅拌均匀，然后去除溶剂，得到活性炭、炭黑、氧化碳纳米管和聚丙烯酰胺的混合物。混合物在氩气氛围，120℃加热1h，700℃加热2h，得到电极材料，如图4所示。

（2）电极材料与羧甲基纤维素钠以质量比99：1混合均匀，加入去离子水制成糊状混合物，糊状混合物静置1h，加入去离子水分散稀释。按照电极材料与丁苯橡胶质量比为97：3混合均匀，加入去离子水制成固含量为28%的电极材料浆料。得到的浆料涂布于铝箔集流体上，干燥，辊压，制成超级电容器极片。

实施例3

（1）将氧化石墨烯质量0.5%的聚乙烯酰胺溶于去离子水，搅拌溶解制成浓度为2mg/ml的溶液，加入氧化石墨烯，超声分散均匀，制成悬浮液。按照氧化石墨烯和活性炭质量比2:90称取活性炭，按照活性炭与炭黑质量比3:90称取炭黑，将活性炭、炭黑与悬浮液混合，搅拌均匀，然后去除溶剂，得到活性炭、炭黑、氧化石墨烯和聚乙烯酰胺的混合物。混合物在氩气氛围，85℃加热1h，120℃加热1h，800℃加热2h，得到电极材料。

（2）电极材料与羧甲基纤维素钠以质量比97：3混合均匀，加入去离子水制成糊状混合物，糊状混合物静置0.5h，加入去离子水分散稀释，按照电极材料与丁苯橡胶质量比99:1称取丁苯橡胶加入到混合物中，搅拌1h，按照电极材料与聚四氟乙烯质量比为98：2混合均匀，加入去离子水制成固含量为28%的电极材料浆料。得到的浆料涂布于铝箔集流体上，干燥，辊压，制成超级电容器极片。

Claims (7)

1.一种超级电容器电极的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1）首先将含氮分散剂溶于去离子水制成溶液，加入纳米碳，分散均匀，制成悬浮液，含氮分散剂质量为纳米碳质量的0.5～2%；得到的悬浮液与多孔碳、导电碳混合均匀，然后去除溶剂，得到混合物；混合物在惰性气体氛围，85～180℃加热1～3h，700～900℃加热2～5h，得到电极材料；2）将电极材料与第一粘结剂以质量比95～99：1～5混合均匀，加入去离子水制成糊状混合物，糊状混合物静置0.5～2h，加入去离子水分散稀释；按照电极材料与第二粘结剂质量比为95～98.5：1.5～5加入第二粘结剂混合均匀，通过调节去离子水的量，制成固含量为27～38%的电极材料浆料，得到的浆料涂布于铝箔集流体上，干燥，辊压，制成超级电容器极片。

2.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极的制备方法，其特征在于所述的纳米碳包括氧化石墨烯、氧化碳纳米管。

3.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极的制备方法，其特征在于所述的含氮分散剂包括聚丙烯酰胺、聚乙烯酰胺。

4.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极的制备方法，其特征在于所述的第一粘结剂包括羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶。

5.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极的制备方法，其特征在于所述的第二粘结剂包括丁苯橡胶、聚四氟乙烯。

6.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极的制备方法，其特征在于所述的导电碳包括炭黑、石墨、乙炔黑。

7.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极的制备方法，其特征在于所述的多孔碳包括活性炭、活性碳纤维、活性石墨烯。