CN105869900A - 双电层电容器的高温长寿命电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及双电层电容器的高温长寿命电极及其制备方法，上述双电层电容器的高温长寿命电极的特征在于，包括：贯通型铝片；多个第一中空型突出部件，以向贯通型铝片的一侧突出的方式形成；多个第二中空型突出部件，以向贯通型铝片的另一侧突出的方式形成；金属保护层，分别涂敷于贯通型铝片、多个第一中空型突出部件和多个第二中空型突出部件；第一活性物质片，以位于贯通型铝片的一侧面的方式粘结于金属保护层；第二活性物质片，以位于贯通型铝片的另一侧面的方式粘结于金属保护层。
Description
技术领域
本发明涉及双电层电容器的高温长寿命电极及其制备方法，尤其，涉及如下的双电层电容器的高温长寿命电极及其制备方法，当在使用于双电层电容器的电极的铝片形成多个贯通孔时，防止铝片的表面积受损，来增加铝片与活性物质片之间的接触面积，并在铝片的前部面形成金属保护层，从而可实现高温长寿命电极。
背景技术
双电层电容器(EDLC；Electric Double Layer Capacitor)通过具有可逆性的物理吸附现象来储存电能，即使反复进行充电和放电，也不会对寿命产生大的影响，适用于在智能手机、混合动力汽车、电动汽车或光伏发电中所应用的储能装置领域。虽然这种双电层电容器具有优秀的功率密度，但由于能量密度低，因此需要开发用于改善这些问题的电极材料。
韩国登录特许第1166148号(专利文献1)涉及具有利用光刻技术形成的立体图案结构的铝集电体(current collector)的制备方法。根据在专利文献1中公开的铝集电体的制备方法，首先对铝箔集电体进行清洗，之后在氮气氛中进行干燥。在干燥结束之后，在干燥的铝箔集电体表面上涂敷感光液并进行干燥，从而使感光液选择性地曝光来得到固化。
在固化结束之后，向曝光的铝集电体播撒显像液，选择性地去除未曝光的感光液，之后，使剩余的感光液彻底固化，来在铝集电体上形成图案。在形成完图案之后，将两个碳素板分别作为相向的电极，将形成有图案的铝箔集电体设置于两个碳素板之间，并施加交流电源，来在电解液中对铝集电体进行第一次刻蚀。
在第一次刻蚀结束之后，对经刻蚀的铝集电体进行干燥。在对铝集电体进行的干燥结束之后，将两个碳素板作为相向的电极，将经第一次刻蚀之后被干燥的铝集电体设置于两个相向的电极之间，来实施第二次刻蚀。在第二次刻蚀结束之后，对经第二次刻蚀的铝箔进行清洗后进行干燥。
如专利文献1所述，以往的双电层电容器的电极利用光刻工序来在铝集电体形成图案，即多个贯通孔，来增加铝集电体与活性物质之间的接触面积，从而改善能量密度。
如专利文献1所述，当在用于以往的双电层电容器的电极的铝集电体形成多个贯通孔时，存在与贯通孔在铝集电体的总面积中所占面积相应地导致铝集电体的表面积受损的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：韩国登录特许第1166148号(登录日：2012年07月10日)
发明内容
本发明的目的在于，为了解决如上所述的问题而提供如下的双电层电容器的高温长寿命电极及其制备方法，当在使用于双电层电容器的电极的铝片形成多个贯通孔时，防止铝片的表面积受损，来增加铝片与活性物质片之间的接触面积，并在铝片的前部面形成金属保护层，从而可实现高温长寿命电极。
本发明的双电层电容器的高温长寿命电极的特征在于，包括：贯通型铝片，以相互隔开的方式形成有多个贯通孔；多个第一中空型突出部件，以与上述贯通孔相连通的方式从贯通型铝片延伸并向贯通型铝片的一侧突出而成；多个第二中空型突出部件，以分别与上述多个第一中空型突出部件相隔开的方式形成，并以与上述贯通孔相连通的方式从贯通型铝片延伸并向贯通型铝片的另一侧突出而成；金属保护层，分别涂敷于上述贯通型铝片、上述多个第一中空型突出部件和上述多个第二中空型突出部件；第一活性物质片，以位于贯通型铝片的一侧面的方式粘结于金属保护层，用于填埋上述多个第一中空型突出部件；以及第二活性物质片，以位于贯通型铝片的另一侧面的方式粘结于金属保护层，用于填埋上述多个第二中空型突出部件，并使上述第二活性物质片通过多个第一中空型突出部件和多个第二中空型突出部件与第一活性物质片相连接。
本发明的双电层电容器的高温长寿命电极的制备方法的特征在于，包括：将贯通型铝片卷绕于第一辊来进行准备的步骤，在上述贯通型铝片的一侧面和上述贯通型铝片的另一侧面分别形成有多个第一中空型突出部件和多个第二中空型突出部件，在上述贯通型铝片的前部面形成有金属保护层；将第一活性物质片卷绕于第二辊来进行准备的步骤；将第二活性物质片卷绕于第三辊来进行准备的步骤；使上述第一活性物质片位于上述贯通型铝片的一侧面的上侧，并使上述第二活性物质片位于上述贯通型铝片的另一侧面的下侧，从而向冲压部分别移送贯通型铝片、第一活性物质片和第二活性物质片的步骤；以及使第一活性物质片和第二活性物质片以分别位于贯通型铝片的一侧面和贯通型铝片的另一侧面的方式粘结于金属保护层，并同时利用冲压部对第一活性物质片和第二活性物质片进行加压，以使上述第一活性物质片和上述第二活性物质片通过多个第一中空型突出部件和多个第二中空型突出部件相连接的步骤。
本发明的双电层电容器的高温长寿命电极及其制备方法具有如下优点：当在使用于双电层电容器的电极的铝片形成多个贯通孔时，防止铝片的表面积受损，来增加铝片与活性物质片之间的接触面积，并在铝片的前部面形成金属保护层，从而可实现高温长寿命电极。
附图说明
图1为适用于本发明的双电层电容器的高温长寿命电极的剖视图。
图2为示出在图1所示的贯通型铝片粘结活性物质片之前的状态的剖视图。
图3为从另一侧面观察图2所示的贯通型铝片的后视图。
图4为示出图2所示的第一中空型突出部件的多种实施例的表。
图5为示出适用于本发明的双电层电容器的高温长寿命电极的制备方法的工序流程图。
图6为示出适用于本发明的双电层电容器的高密度电极的制备中所使用的活性炭的特性的表。
图7为示出图5所示的金属保护层的制备实施例的流程图。
图8为简要示出用于制备适用于本发明的双电层电容器的高温长寿命电极的装置的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的双电层电容器的高温长寿命电极及其制备方法的实施例进行说明。
如图1及图2所示，本发明的双电层电容器的高温长寿命电极包括贯通型铝片10、第一活性物质片20及第二活性物质片30。
在贯通型铝片10以相隔开的方式形成有多个贯通孔11a、12a，并设置有第一中空型突出部件11、多个第二中空型突出部件12及金属保护层13。多个第一中空型突出部件11分别以与多个贯通孔11a相连通的方式从贯通型铝片10延伸并向贯通型铝片10的一侧突出，多个第二中空型突出部件12以分别与多个第一中空型突出部件12相隔开的方式形成，并以与贯通孔12a相连通的方式从贯通型铝片10延伸并向贯通型铝片10的另一侧突出。金属保护层13分别涂敷于贯通型铝片10、多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12。第一活性物质片20以位于贯通型铝片10的一侧面10a的方式粘结于金属保护层13，用于填埋多个第一中空型突出部件11，第二活性物质片30以位于贯通型铝片10的另一侧面10b的方式粘结于金属保护层13，用于填埋多个第二中空型突出部件12，并使上述第二活性物质片30通过多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12与第一活性物质片20相连接。
以下，对具有上述结构的本发明的双电层电容器的高温长寿命电极的结构进行更详细的说明。
如图1至图3所示，在贯通型铝片10以相隔开的方式形成有多个贯通孔11a、12a，上述多个贯通孔11a、12a以分别贯通贯通型铝片10的一侧面10a和贯通型铝片10的另一侧面10b的方式形成。这种多个贯通孔11a、12a的直径D1、D3为50至100μm。形成有多个贯通孔11a、12a的贯通型铝片10的厚度T1为10至50μm，通过使用纯度为99.20至99.99％的贯通型铝片10，来改善电阻率特性，从而改善适用于本发明的双电层电容器的高温长寿命电极的电特性。其中，图1为放大图8所示的“Aa”部分的剖视图，图2所示的贯通型铝片10表示图3所示的“A-A”线剖视图。
如图2及图3所示，多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12分别利用针或锥子等末端尖锐的圆筒柱部件(未图示)、椭圆柱部件(未图示)及四角柱部件(未图示)中的一种从贯通型铝片10的一侧面10a或贯通型铝片10的另一侧面10b对上述贯通型铝片10进行加压，从而通过穿孔在贯通型铝片10形成多个贯通孔11a、12a，多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12以分别与多个贯通孔11a、12a相连通的方式从贯通型铝片10延伸并突出。如图4所示，多个贯通孔11a、12a分别利用圆筒柱部件、椭圆柱部件及四角柱部件中的一种形成为圆筒形、椭圆形及四边形中的一种。其中，图4为示出第一中空型突出部件11的多种实施例的表，第二中空型突出部件12适用与图4所示的第一中空型突出部件11相同的方式，因此省略了第二中空型突出部件12的多种实施例的图和说明。
例如，多个第一中空型突出部件11利用末端尖锐的圆筒柱部件、椭圆柱部件及四角柱部件中的一种，沿着朝向贯通型铝片10的一侧面10a的方向对贯通型铝片10加压并穿孔，由此在贯通型铝片10形成多个贯通孔11a，并且，多个第一中空型突出部件11借助贯通型铝片10的延展性，从贯通孔11a延伸并向铝片10的一侧突出而成。在这里，如图4所示，多个贯通孔11a根据圆筒柱部件、椭圆柱部件及四角柱部件来形成为圆筒形、椭圆形、四边形中的一种。
如图4所示，多个贯通孔11a根据圆筒柱部件、椭圆柱部件及四角柱部件来形成为圆筒形、椭圆形及四边形中的一种形状。例如，在利用圆筒柱部件的情况下，多个贯通孔11a形成为圆筒形，如Y1行，在利用椭圆柱部件的情况下，多个贯通孔11a形成为椭圆形，如Y2行。在利用四角柱部件的情况下，多个贯通孔11a形成为四边形，如Y3行，X3列所记载的第一中空型突出部件11表示X2列所记载的第一中空型突出部件11的立体图。
多个第二中空型突出部件12利用末端尖锐的圆筒柱部件、椭圆柱部件及四角柱部件中的一种，沿着朝向贯通型铝片10的另一侧面10b的方向对贯通型铝片10加压并穿孔，由此在贯通型铝片10形成多个贯通孔12a，并且，多个第二中空型突出部件12借助贯通型铝片10的延展性，从贯通孔11a延伸并向贯通型铝片10的另一侧突出而成。在这里，如图4所示，多个贯通孔12a如图4所示的贯通孔11a，根据圆筒柱部件、椭圆柱部件及四角柱部件来形成为圆筒形、椭圆形及四边形中的一种。
这种多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12分别借助末端尖锐的圆筒柱部件、椭圆柱部件及四角柱部件中的一种，形成为一个以上的突出毛刺(extrude burr)部件11b、11c、11d、12b、12c、12d。例如，如图3所示，第一中空型突出部件11和第二中空型突出部件12分别形成为一个突出毛刺部件11b、12b或形成为两个以上的突出毛刺部件11b、11c、11d、12b、12c、12d。即，一个贯通型铝片10由第一中空型突出部件11和第二中空型突出部件12混合而成，上述第一中空型突出部件11和第二中空型突出部件12分别由一个突出毛刺部件11b、12b形成或分别由两个以上的突出毛刺部件11b、11c、11d、12b、12c、12d形成。如图4所示的第一中空型突出部件11，在贯通孔11a形成为如Y2行及Y3行中的四边形或椭圆形的情况下，第一中空型突出部件11可由四个突出毛刺部件11b、11c、11d、11e形成，第一中空型突出部件11的形成方式同样适用于第二中空型突出部件12。在这里，在图4所示的表中，X1列表示两个突出毛刺部件11b、11c形成于第一中空型突出部件11的实施例，X2列表示三个或四个突出毛刺部件11b、11c、11d、11e形成于第一中空型突出部件11的实施例，X3列表示X1列所示的第一中空型突出部件11的立体图。并且，图1表示图4的X1列和Y1行所示的形成有具有两个突出毛刺部件11b、11c、12b、12c的第一中空型突出部件11和第二中空型突出部件12的本发明的双电层电容器的高温长寿命电极的剖视图。
一个以上的突出毛刺部件11b、11c、11d、12b、12c、12d以分别从贯通孔11a、12a延伸的方式相隔开地以一体化方式形成于贯通型铝片10，各个突出毛刺部件的高度T2、T3达到2至70μm。例如，如图2及图4所示，突出毛刺部件11b、12b的高度T2、T3为以贯通型铝片10的一侧面10a或贯通型铝片10的另一侧面10b为基准的最大高度，多个突出毛刺部件11b、11c、11d、12b、12c、12d表示以贯通型铝片10的一侧面10a或贯通型铝片10的另一侧面10b为基准，分别以相互分离的状态使高度达到2μm以上。如上所述，多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12分别以具有一个以上的突出毛刺部件11b、11c、11d、12b、12c、12d的方式形成，从而增加贯通型铝片10的表面积。例如，在利用圆筒形柱部件形成第一中空型突出部件11和第二中空型突出部件12时，形成具有均匀直径D1、D3的圆筒形贯通孔11a、12a，并且，由以使得第一中空型突出部件11和第二中空型突出部件12的一侧或另一侧的内径D2、D4等于或小于直径D1、D3的方式形成的突出毛刺部件11b、12b形成第一中空型突出部件11和第二中空型突出部件12，从而进一步增加贯通型铝片10的表面积。
金属保护层13涂敷于贯通型铝片10、多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12的各表面，从而包围贯通型铝片10。即，金属保护层13包括贯通型铝片10的表面、多个第一中空型突出部件11的外周面和内周面以及多个第二中空型突出部件12的外周面和内周面，从而防止因贯通型铝片10中残留的水分而使贯通型铝片10受损的情况。如此，金属保护层13保护贯通型铝片10，使得适用本发明的高温长寿命电极的双电层电容器在宽的温度范围内工作，并改善长寿命周期(long life cycle)特性，因此可制备具有高可靠性的上述双电层电容器。其中，金属保护层13的材质使用镍(Ni)、锌(Zn)及锡(Sn)中的一种。这种金属保护层13的材质利用电解镀敷或无电解镀敷方法形成于包括多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12的贯通型铝片10的前部面。
如图1及图2所示，第一活性物质片20和第二活性物质片30分别将辊压方法反复执行两次以上，来同时加压于贯通型铝片10的一侧面10a和贯通型铝片10的另一侧面10b，从而粘结于金属保护层13，以使第一活性物质片20和第二活性物质片30通过多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12相连接，当将辊压方法反复执行两次以上时，通过最后一次实施的辊压方法进行加压的第一活性物质片20的厚度T4和第二活性物质片30的厚度T5比通过第一次实施的辊压方法进行加压的厚度T6、T7(示于图8中)薄2至30％。
第一活性物质片20和第二活性物质片30分别将辊压方法反复执行两次以上来同时加压于贯通型铝片10而进行粘结，从而防止多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12的外形因用于粘合第一活性物质片20和第二活性物质片30的加压力而变形，或防止贯通孔11a、12a由此被堵塞等的受损现象，并防止等效串联电阻特性降低的现象，从而可实现具有高温长寿命电极的电极。
例如，利用图8所示的冲压部140将辊压方法反复执行两次，来形成本发明的双电层电容器的高温长寿命电极。
在第一次实施的辊压方法中，以低于最后一次实施的辊压方法的压力进行加压，从而以分别位于贯通型铝片10的一侧面10a和贯通型铝片10的另一侧面10b的方式使第一活性物质片20和第二活性物质片30粘结于金属保护层13。即，第一活性物质片20和第二活性物质片30分别以低的压力粘结于贯通型铝片10，从而防止因压力而使多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12的外形发生变形。如此，第一次实施的辊压方法使第一活性物质片20和第二活性物质片30分别局部填充于第一中空型突出部件11或第二中空型突出部件12，由此，防止因施加比在第一次实施的辊压方法中所使用的压力高的压力可能发生的第一中空型突出部件11或第二中空型突出部件12的外形变形的现象。
第二，即，在第二次实施的辊压方法为最后一次实施的辊压方法的情况下，在最后一次实施的辊压方法中，以高于第一次实施的辊压方法的压力进行加压，从而以分别位于贯通型铝片10的一侧面10a和贯通型铝片10的另一侧面10b的方式使第一活性物质片20和第二活性物质片30粘结于金属保护层13。在最后一次实施的辊压方法中，即使以高于第一次实施的辊压方法的压力进行加压，也由于第一活性物质片20和第二活性物质片30在一定程度上已分别局部填充于第一中空型突出部件11或第二中空型突出部件12，因此可防止第一中空型突出部件11或第二中空型突出部件12的外形发生变形。在最后一次实施的辊压方法中，以高于第一次实施的辊压方法的压力同时对第一活性物质片20和第二活性物质片30进行加压，使得第一活性物质片20和第二活性物质片30在填充于多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12的状态下，填充于多个贯通孔11a、12a来相连接。
通过最后一次实施的辊压方法，第一活性物质片20和第二活性物质片30填充于多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12，来在粘结于各内周面或外周面的状态下填充于多个贯通孔11a、12a，从而增加与贯通型铝片10相接触的面积，由此防止等效串联电阻特性降低。这种第一活性物质片20和第二活性物质片30分别由相同的活性物质材质形成，通过以使厚度T4、T5比厚度T6、T7薄2至30％的方式进行加压而成，来增加接触面积，从而可制备改善了等效串联电阻特性的高温长寿命电极，各厚度T4、T5为100至500μm。其中，活性物质材质使用活性炭，活性炭的平均粒径为1至10μm，活性炭的比表面积为1200至2200m2/g。
以下，参照附图，对具有上述结构的本发明的双电层电容器的高温长寿命电极的制备方法进行说明。
如图5及图8所示，在本发明的双电层电容器的高温长寿命电极的制备方法中，首先，在贯通型铝片10的一侧面10a和贯通型铝片10的另一侧面10b分别形成多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12之后，形成金属保护层13，来涂敷多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12，当形成金属保护层13时，将贯通型铝片10卷绕于第一辊110来进行准备(步骤S10)。在准备第一辊110的同时，将第一活性物质片20卷绕于第二辊120来进行准备(步骤S20)，并将第二活性物质片30卷绕于第三辊130来进行准备(步骤S30)。当分别完成第一辊110、第二辊120及第三辊130的准备时，使第一活性物质片20位于贯通型铝片10的一侧面10a的上侧，并使第二活性物质片30位于贯通型铝片10的另一侧面10b的下侧，从而向冲压部140分别移送贯通型铝片10、第一活性物质片20和第二活性物质片30(步骤S40)。当向冲压部140分别移送贯通型铝片10、第一活性物质片20和第二活性物质片30时，第一活性物质片20和第二活性物质片30分别位于贯通型铝片10的一侧面10a和贯通型铝片10的另一侧面10b，来粘结于金属保护层13，并同时利用冲压部140对第一活性物质片20和第二活性物质片30进行加压，从而使第一活性物质片20和第二活性物质片30通过多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12相连接(步骤S50)，之后，利用公知的干燥工序制备本发明的双电层电容器的高温长寿命电极。
在上述结构中，在将贯通型铝片10卷绕于第一辊来进行准备的步骤S10中，首先，在贯通型铝片10的一侧面10a和贯通型铝片10的另一侧面10b分别形成多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12(步骤S11)。即，多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12中，分别对于贯通型铝片10，借助末端尖锐的圆筒柱部件(未图示)、椭圆柱部件(未图示)及四角柱部件(未图示)中的一种，在贯通型铝片10一侧面10a或贯通型铝片10另一侧面10b对贯通型铝片10加压并穿孔，由此在贯通型铝片10形成多个贯通孔11a、12a，并且，使多个第一中空型突出部件11或多个第二中空型突出部件12以分别与多个贯通孔11a、12a相连通地从贯通型铝片10延伸并突出的方式与贯通型铝片10形成为一体。
形成于贯通型铝片10的多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12以分别向贯通型铝片10的一侧或贯通型铝片10的另一侧突出，即，向第一方向或第二方向突出的方式形成，第一方向为朝向贯通型铝片10的一侧面10a的方向，第二方向为与第一方向相反的方向，是指朝向贯通型铝片10的另一侧面10b的方向。
在形成多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12之后，对形成有多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12的贯通型铝片10进行电解镀敷或无电解镀敷，来形成金属保护层13，当形成有金属保护层13时，将贯通型铝片10卷绕于第一辊110来进行准备(步骤S12)。即，作为金属保护层13的材质，使用与贯通型铝片10的材质不同的材质即，使用镍(Ni)、锌(Zn)及锡(Sn)中的一种，在包括多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12的贯通型铝片10的前部面进行电解镀敷或无电解镀敷。当形成利用镍(Ni)、锌(Zn)及锡(Sn)的金属保护层13时，使用电解镀敷。即，金属保护层13利用电解镀敷由镍(Ni)、锌(Zn)及锡(Sn)中的一种材质形成，或者，金属保护层13利用无电解镀敷形成。利用无电解镀敷的金属保护层13由NiWPd(三元合金)形成。其中，NiWPd(三元合金)由镍(Ni)、钨(W)及钯(Pd)形成，金属保护层13的厚度T8(示于图1中)为0.1至3μm。
在用于由NiWPd(三元合金)制备金属保护层13的无电解镀敷中，如图7所示，首先，利用去离子水对形成有第一活性物质片20和第二活性物质片30的贯通型铝片10进行清洗(步骤S111)。当完成贯通型铝片10的清洗时，在常温条件下，在1至5g/L的SnCl2和1至5ml的HCl的混合溶液中，将清洗的贯通型铝片10浸渍1至5分钟，来进行敏化(sensitization)处理(步骤S112)。当完成敏化处理时，在常温条件下，在1至10g/L的PdCl2和1至10ml的HCl的混合溶液中，将敏化处理的贯通型铝片10浸渍1至10分钟，来进行活性化(activator)处理(步骤S113)。当完成活性化处理时，在pH为7至9且温度为50至70℃的镀金液中，将活性化处理的贯通型铝片10无电解镀敷处理10至30分钟，来形成由NiWPd(三元合金)形成的金属保护层(步骤S114)。
无电解镀敷处理时使用的镀金液包含1至7g/L的NiSO4·7H2O、28至35g/L的Na2WO4·2H2O、29至36g/L的络合剂(柠檬酸铵(ammonium citrate)：C6H17N3O7及18至25g/L的还原剂(次磷酸钠(sodium hypophosphite)：NaH2PO2)，络合剂使用C6H17N3O7，还原剂使用NaH2PO2。其中，NiWPd(三元合金)镀敷于第一活性物质片20和第二活性物质片30的表面，敏化处理或活性化处理也发生在第一活性物质片20和第二活性物质片30的表面。
这种金属保护层13从因在贯通型铝片10与第一活性物质片20或第二活性物质片30之间存在有水分而可能发生的腐蚀中保护贯通型铝片10，从而改善适用本发明的电极的双电层电容器的高温及长寿命特性。
在将第一活性物质片20卷绕于第二辊120来进行准备的步骤S20及将第二活性物质片30卷绕于第三辊130来进行准备的步骤S30中，第一活性物质片20和第二活性物质片30分别使用相同的活性物质材质，活性物质材质包含60至80重量百分比的电极材料和20至40重量百分比的粘度调节物，使得活性物质材质的粘度成为5000至10000cps(厘泊(centi Poise))。使第一活性物质片20和第二活性物质片30分别维持上述的粘度，从而使第一活性物质片20和第二活性物质片30在具有一定程度的粘度的状态下被移送，来粘结于贯通型铝片10，从而改善第一活性物质片20和第二活性物质片30的粘结力。其中，电极材料包含85至95重量百分比的活性炭、3至8重量百分比的导电剂和2至7重量百分比的粘结剂，粘度调节物包含30至60重量百分比的乙醇和40至70重量百分比的纯水。其中，活性炭通过对利用水热合成方法制备的碳粒子粉末进行活性化处理来制备而成。以使碳粒子粉末与混合碱的重量百分比之比成为1：2至1：3的方式进行混合来干燥之后，在氮气氛的管式炉(tube furnace)中，以600至1000℃温度进行热处理来执行活性化处理，混合碱以使NaOH与KOH的重量百分比之比成为1：9至1：12的方式进行混合。
以下，对活性炭的制备方法进行具体的说明，首先，制备利用公知的水热合成方法制备的碳粒子粉末。碳粒子粉末使用公知的原料，原料使用沥青焦(pitch coke)、椰子壳或生物物质，生物物质使用土豆淀粉、红松果实或玉米等。若完成碳粒子粉末的制备，则对碳粒子粉末进行活性化处理。在活性化处理中，首先，在混合碱溶液中使碳粒子粉末真空浸渍30分钟至2小时，之后，搅拌10至15小时，来将碳粒子粉末和混合碱进行混合。
当完成碳粒子粉末和混合碱的混合时，利用公知的过滤器进行过滤，之后，在100至130℃温度下，真空干燥10至15小时。当完成干燥时，在氮气氛的管式炉中，以600至1000℃温度热处理30分钟至1小时30分钟来进行活性化。当完成活性化时，用蒸馏水将混合有混合碱的碳粒子粉末反复清洗1至10次，之后进行干燥，来制备活性炭。
当制备活性炭时，包含NaOH和KOH的混合碱在活性炭中形成借助NaOH和KOH的两种大小的气孔(pore)。即，K离子和Na离子的大小相互不同，且因活性化动作的差异而在活性炭中形成相互不同的大小的气孔。例如，K离子形成比借助Na离子的活性化形成的气孔窄且深的气孔，Na离子形成比借助K离子的活性化形成的气孔宽且浅的气孔。
如图6所示，在将NaOH与KOH的重量百分比之比固定为1：9的状态下，使碳化物与混合碱的重量百分比之比转换为1：2、1：2.3、1：2.6及1：3来进行实验时增加活性炭的比表面积。如这种实验的实施例中所述，在混合碱中的KOH的重量百分比之比增加时，如图6所示，活性炭的比表面积从1200m2/g增加至2200m2/g，从而可使用平均粒径为1至10μm的活性炭。即，活性炭即使平均粒径小，比表面积也增加，从而增加活性炭的每体积容量，由此，增加活性炭与金属保护层13之间的接触面积，来可制备具有低的等效串联电阻特性的第一活性物质片20和第二活性物质片30。
如图6所示，在将NaOH与KOH的重量百分比之比固定为1：9的状态下，使碳化物与混合碱的重量百分比之比转换为1：3、1：2.6、1：2.3及1：2来进行实验时减少残留于活性炭中的金属杂质。例如，如图6所示，当由借助Na离子形成的气孔清洗活性炭时，改善金属杂质的去除效果。其中，在完成活性炭的清洗后残留的金属杂质有Ni或K等。
如此，根据碳化物与混合碱之比，活性炭呈现出比表面积的增加和金属杂质的减少相反的状态，但当根据活性炭的使用目的选择最佳的碳化物与混合碱之比时，可增加每体积容量，并减少金属杂质的残留量。
如图8所示，在同时利用冲压部140对第一活性物质片20和第二活性物质片30进行加压的步骤S50中，首先，当向一对第一压辊141移送第一活性物质片20、第二活性物质片30和贯通型铝片10时，利用一对第一压辊141同时以第一压力对第一活性物质片20和第二活性物质片30进行第一次加压，以使第一活性物质片20和第二活性物质片30以分别位于贯通型铝片10的一侧面10a和贯通型铝片10的另一侧面10b的方式利用金属保护层13进行粘结(步骤S51)。
当向一对第二压辊142移送第一活性物质片20和第二活性物质片30的结束第一次加压的贯通型铝片10时，利用一对第二压辊142同时以高于第一压力的第二压力对第一活性物质片20和第二活性物质片30进行第二次加压，以使第一次加压的第一活性物质片20和第二活性物质片30分别通过多个第一中空型突出部件11和多个第二中空型突出部件12相连接(步骤S52)。其中，以第二压力加压来粘结于贯通型铝片10的一侧面10a和贯通型铝片10的另一侧面10b的第一活性物质片20的厚度T4和第二活性物质片30的厚度T5比以第一压力加压来粘结于贯通型铝片10的一侧面10a和贯通型铝片10的另一侧面10b的第一活性物质片20的厚度T6(示于图8中)和第二活性物质片30的厚度T7(示于图8中)薄2至30％。
如图8所示，上述的第一压力由作为一对第一压辊141之间的隔开距离的间隔M1设定，如图8所示，第二压力由作为一对第二压辊142之间的隔开距离的间隔M2设定。即，一对第一压辊141利用第一活性物质片20和第二活性物质片30以分别施加第一压力的方式以间隔M1隔开配置，从而使第一活性物质片20以厚度T6形成，并使第二活性物质片30以厚度T7形成。一对第二压辊142利用第一活性物质片20和第二活性物质片30以分别施加第二压力的方式以间隔M2隔开配置，从而使第一活性物质片20以厚度T4形成，并使第二活性物质片30以厚度T5形成，由此，使第一活性物质片20的厚度T4和第二活性物质片30的厚度T5比厚度T6、T7薄2至30％。其中，厚度T6、T7具有相同的厚度，厚度T4、T5也具有相同的厚度。
以比第一次加压的第一活性物质片20和第二活性物质片30的厚度T6、T7薄2至30％的方式第二次加压的第一活性物质片20的厚度T4和第二活性物质片30的厚度T5因一对第一压辊141之间的间隔M1与一对第二压辊142之间的间隔M2的间隔差异(M3+M4)而发生。即，第一压力和第二压力由设置于冲压部140的一对第一压辊141的隔开距离M1和一对第二压辊142的隔开距离M2设定，第一压力与第二压力之差因一对第一压辊141的隔开距离M1与一对第二压辊142的隔开距离M2之差(M3+M4)而发生。例如，隔开距离M1可通过设定为与间隔(M2+M3+M4)相同，来使第一活性物质片20的厚度T4和第二活性物质片30的厚度T5比厚度T6、T7薄2至30％，从而可容易实现具有高电压的电极。其中，隔开距离M1、M2分别是指一对第一压辊141或一对第二压辊142的配置间隔。
为了进一步改善金属保护层13、第一活性物质片20和第二活性物质片30的粘结力，使用导电性粘结剂。导电性粘结剂使用公知的材质，并以分别位于贯通型铝片10的一侧面10a或贯通型铝片10的另一侧面10b的方式在洒落于金属保护层13的状态下进行涂敷。当导电性粘结剂涂敷于金属保护层13时，利用冲压部140对第一活性物质片20和第二活性物质片30进行加压，使得第一活性物质片20和第二活性物质片30利用导电性粘结剂更牢固地粘结于金属保护层13，从而制备本发明的高温长寿命电极。
如上所述，在本发明的双电层电容器的高温长寿命电极及其制备方法中，当在使用于双电层电容器的电极的铝片形成多个贯通孔时，防止铝片的表面积受损，来增加铝片与活性物质片之间的接触面积，并在铝片的前部面形成金属保护层，从而可实现高温长寿命电极。
本发明的双电层电容器的高温长寿命电极及其制备方法可适用于双电层电容器的制备产业领域。
Claims (19)
1.一种双电层电容器的高温长寿命电极，其特征在于，包括：
贯通型铝片，以相互隔开的方式形成有多个贯通孔；
多个第一中空型突出部件，以与上述贯通孔相连通的方式从贯通型铝片延伸并向贯通型铝片的一侧突出而成；
多个第二中空型突出部件，以分别与上述多个第一中空型突出部件相隔开的方式形成，并以与上述贯通孔相连通的方式从贯通型铝片延伸并向贯通型铝片的另一侧突出而成；
金属保护层，分别涂敷于上述贯通型铝片、上述多个第一中空型突出部件和上述多个第二中空型突出部件；
第一活性物质片，以位于贯通型铝片的一侧面的方式粘结于金属保护层，用于填埋上述多个第一中空型突出部件；以及
第二活性物质片，以位于贯通型铝片的另一侧面的方式粘结于金属保护层，用于填埋上述多个第二中空型突出部件，并使上述第二活性物质片通过多个第一中空型突出部件和多个第二中空型突出部件与第一活性物质片相连接。
2.根据权利要求1所述的双电层电容器的高温长寿命电极，其特征在于，在上述贯通型铝片以相隔开的方式形成有多个贯通孔，上述多个贯通孔分别以使铝片的一侧面与铝片的另一侧面相贯通的方式形成，上述多个贯通孔的直径分别为50至100μm。
3.根据权利要求1所述的双电层电容器的高温长寿命电极，其特征在于，上述贯通型铝片的厚度为10至50μm。
4.根据权利要求1所述的双电层电容器的高温长寿命电极，其特征在于，上述多个第一中空型突出部件和上述多个第二中空型突出部件分别利用末端尖锐的圆筒柱部件、椭圆柱部件及四角柱部件中的一种从贯通型铝片的一侧面或贯通型铝片的另一侧面对上述贯通型铝片进行加压，从而通过穿孔在贯通型铝片形成多个贯通孔，上述多个第一中空型突出部件和上述多个第二中空型突出部件以分别与多个贯通孔相连通的方式从贯通型铝片延伸并突出，上述贯通孔利用圆筒柱部件、椭圆柱部件及四角柱部件中的一种形成为圆筒形、椭圆形及四边形中的一种。
5.根据权利要求1所述的双电层电容器的高温长寿命电极，其特征在于，上述多个第一中空型突出部件和上述多个第二中空型突出部件分别利用末端尖锐的圆筒柱部件、椭圆柱部件及四角柱部件中的一种形成为一个以上的突出毛刺部件。
6.根据权利要求5所述的双电层电容器的高温长寿命电极，其特征在于，上述一个以上的突出毛刺部件以相隔开的方式与贯通型铝片形成为一体，以分别从贯通孔延伸，上述一个以上的突出毛刺部件的高度分别为2至70μm。
7.根据权利要求1所述的双电层电容器的高温长寿命电极，其特征在于，上述第一活性物质片和上述第二活性物质片分别将辊压方法反复执行两次以上，来以位于贯通型铝片的一侧面和贯通型铝片的另一侧面的方式同时进行加压，从而粘结于金属保护层，以使上述第一活性物质片和上述第二活性物质片通过多个第一中空型突出部件和多个第二中空型突出部件相连接，当将辊压方法反复执行两次以上时，通过最后一次实施的辊压方法进行加压的第一活性物质片的厚度和第二活性物质片的厚度比分别通过第一次实施的辊压方法进行加压的厚度薄2至30％。
8.根据权利要求1所述的双电层电容器的高温长寿命电极，其特征在于，上述第一活性物质片和上述第二活性物质片分别由相同的活性物质材质形成，上述第一活性物质片和上述第二活性物质片的厚度为100至500μm，上述活性物质材质使用活性炭，上述活性炭的平均粒径为1至10μm，上述活性炭的比表面积为1200至2200m2/g。
9.根据权利要求1所述的双电层电容器的高温长寿命电极，其特征在于，上述金属保护层利用电解镀敷由镍、锌及锡中的一种材质形成，或者，上述金属保护层利用无电解镀敷由作为三元合金的NiWPd形成，上述金属保护层的厚度为0.1至3μm。
10.一种双电层电容器的高温长寿命电极的制备方法，其特征在于，包括：
将贯通型铝片卷绕于第一辊来进行准备的步骤，在上述贯通型铝片的一侧面和上述贯通型铝片的另一侧面分别形成有多个第一中空型突出部件和多个第二中空型突出部件，在上述贯通型铝片的前部面形成有金属保护层；
将第一活性物质片卷绕于第二辊来进行准备的步骤；
将第二活性物质片卷绕于第三辊来进行准备的步骤；
使上述第一活性物质片位于上述贯通型铝片的一侧面的上侧，并使上述第二活性物质片位于上述贯通型铝片的另一侧面的下侧，从而向冲压部分别移送贯通型铝片、第一活性物质片和第二活性物质片的步骤；以及
使第一活性物质片和第二活性物质片以分别位于贯通型铝片的一侧面和贯通型铝片的另一侧面的方式粘结于金属保护层，并同时利用冲压部对第一活性物质片和第二活性物质片进行加压，以使上述第一活性物质片和上述第二活性物质片通过多个第一中空型突出部件和多个第二中空型突出部件相连接的步骤。
11.根据权利要求10所述的双电层电容器的高温长寿命电极的制备方法，其特征在于，将上述贯通型铝片卷绕于第一辊来进行准备的步骤包括：
在贯通型铝片的一侧面和贯通型铝片的另一侧面分别形成多个第一中空型突出部件和多个第二中空型突出部件的步骤；以及
对形成有上述多个第一中空型突出部件和上述多个第二中空型突出部件的贯通型铝片进行电解镀敷或无电解镀敷，来形成金属保护层，当形成有金属保护层时，将贯通型铝片卷绕于第一辊来进行准备的步骤。
12.根据权利要求11所述的双电层电容器的高温长寿命电极的制备方法，其特征在于，在形成上述多个第一中空型突出部件和上述多个第二中空型突出部件的步骤中，多个第一中空型突出部件和多个第二中空型突出部件分别利用末端尖锐的圆筒柱部件、椭圆柱部件及四角柱部件中的一种从贯通型铝片的一侧面或贯通型铝片的另一侧面对上述贯通型铝片进行加压，从而通过穿孔在贯通型铝片形成多个贯通孔，并且，多个第一中空型突出部件或多个第二中空型突出部件形成为一体，从而以分别与多个贯通孔相连通的方式从贯通型铝片延伸并突出。
13.根据权利要求12所述的双电层电容器的高温长寿命电极的制备方法，其特征在于，上述多个第一中空型突出部件和上述多个第二中空型突出部件分别向贯通型铝片的一侧或贯通型铝片的另一侧突出。
14.根据权利要求11所述的双电层电容器的高温长寿命电极的制备方法，其特征在于，在将上述贯通型铝片卷绕于第一辊来进行准备的步骤中，上述金属保护层利用电解镀敷由镍、锌及锡中的一种材质形成，或者，上述金属保护层利用无电解镀敷由作为三元合金的NiWPd形成，
利用上述无电解镀敷的方法包括：
利用去离子水对形成有第一活性物质片和第二活性物质片的贯通型铝片进行清洗的步骤；
在常温条件下，在1至5g/L的SnCl2和1至5ml的HCl的混合溶液中，将清洗的上述贯通型铝片浸渍1至5分钟，来进行敏化处理的步骤；
在常温条件下，在1至10g/L的PdCl2和1至10ml的HCl的混合溶液中，将敏化处理的上述贯通型铝片浸渍1至10分钟，来进行活性化处理的步骤；以及
在pH为7至9且温度为50至70℃的镀金液中，将活性化处理的上述贯通型铝片无电解镀敷处理10至30分钟，来形成由作为三元合金的NiWPd形成的金属保护层的步骤，
上述镀金液包含1至7g/L的NiSO4·7H2O、28至35g/L的Na2WO4·2H2O、29至36g/L的络合剂及18至25g/L的还原剂，上述络合剂使用C6H17N3O7，上述还原剂使用NaH2PO2。
15.根据权利要求10所述的双电层电容器的高温长寿命电极的制备方法，其特征在于，在将上述第一活性物质片卷绕于第二辊来进行准备的步骤和将上述第二活性物质片卷绕于第三辊来进行准备的步骤中，上述第一活性物质片和上述第二活性物质片分别使用相同的活性物质材质，上述活性物质材质包含60至80重量百分比的电极材料和20至40重量百分比的粘度调节物，上述活性物质材质的粘度为5000至10000cps。
16.根据权利要求15所述的双电层电容器的高温长寿命电极的制备方法，其特征在于，上述电极材料包含85至95重量百分比的活性炭、3至8重量百分比的导电剂及2至7重量百分比的粘结剂，上述活性炭以对利用水热合成方法制备的碳粒子粉末进行活性化处理的方式制备而成，以使碳粒子粉末与混合碱的重量百分比之比成为1：2至1：3的方式进行混合来干燥之后，在氮气氛的管式炉中，以600至1000℃温度进行热处理来执行上述活性化处理，上述混合碱以使NaOH与KOH的重量百分比之比成为1：9至1：12的方式进行混合。
17.根据权利要求15所述的双电层电容器的高温长寿命电极的制备方法，其特征在于，上述粘度调节物包含30至60重量百分比的乙醇和40至70重量百分比的纯水。
18.根据权利要求10所述的双电层电容器的高温长寿命电极的制备方法，其特征在于，
同时利用冲压部对上述第一活性物质片和第二活性物质片进行加压的步骤包括：
利用一对第一压辊同时以第一压力对第一活性物质片和第二活性物质片进行第一次加压，以使第一活性物质片和第二活性物质片分别以位于贯通型铝片的一侧面和贯通型铝片的另一侧面的方式粘结于金属保护层的步骤；以及
利用一对第二压辊同时以高于第一压力的第二压力对第一活性物质片和第二活性物质片进行第二次加压，以使第一次加压的上述第一活性物质片和上述第二活性物质片分别通过多个第一中空型突出部件和多个第二中空型突出部件相连接的步骤，
上述第一压力由一对第一压辊的隔开距离设定，上述第二压力由一对第二压辊的隔开距离设定。
19.根据权利要求18所述的双电层电容器的高温长寿命电极的制备方法，其特征在于，在上述第二次加压的步骤中，以第二压力加压来粘结于贯通型铝片的一侧面和贯通型铝片的另一侧面的第一活性物质片和第二活性物质片的厚度比以第一压力加压来粘结于贯通型铝片的一侧面和贯通型铝片的另一侧面的第一活性物质片和第二活性物质片的厚度薄2至30％。
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