CN106206069A - 电化学储能器件用粘接剂、超级电容器电极片及其制备方法 - Google Patents

电化学储能器件用粘接剂、超级电容器电极片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电化学储能器件用粘接剂，采用该电化学储能器件用粘接剂的超级电容器电极片及其制备方法。电化学储能器件用粘接剂，包括PVC树脂和有机溶剂，所述PVC树脂的质量浓度为40％～50％，所述有机溶剂选自四氢呋喃和环己烷中的至少一种。这种电化学储能器件用粘接剂以PVC树脂为粘接成分，与采用传统的商用粘接剂制得的超级电容器电极片进行对比测试后发现，采用这种电化学储能器件用粘接剂制得的超级电容器电极片具有更高的循环电容保持率。

Description

电化学储能器件用粘接剂、超级电容器电极片及其制备方法
技术领域
本发明涉及电化学和新能源材料领域，尤其涉及一种电化学储能器件用粘接剂、采用该电化学储能器件用粘接剂的超级电容器电极片及其制备方法。
背景技术
超级电容器是一种新型的能量储存装置，相比传统的电容器，具有高能量密度、高功率密度、高循环寿命等优点。超级电容器由两个对称电极片、隔膜和电解液构成。在超级电容器电极片制造过程中，需使用粘结剂将电极活性物质本身粘结起来，并与金属集电极紧密结合在一起。
传统的粘结剂分为水系和有机系两种。水系粘结剂的代表为羟甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶乳液(SBR)，其优点是无溶剂释放、环保，但是大容量超级电容器主要使用的是水系电解液，会导致使用过程中活性物质的逐渐脱落，循环电容保持率低，从而导致电容器性能下降。有机系粘结剂的典型代表是聚偏四氟乙烯(PVDF)/N-甲基吡咯烷酮(NMP)，易发生溶胀，循环电容保持率低，从而导致电容器性能下降。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够提高电化学储能器件的循环电容保持率的电化学储能器件用粘接剂，采用该电化学储能器件用粘接剂的超级电容器电极片及其制备方法。
一种电化学储能器件用粘接剂，包括PVC树脂和有机溶剂，所述PVC树脂的质量浓度为40％～50％，所述有机溶剂选自四氢呋喃、环己烷、甲苯、环己酮、乙酸乙酯和二氯乙烷中的至少一种。
在一个实施例中，所述有机溶剂为体积比为3：7～1：9的四氢呋喃和环己烷的混合液。
在一个实施例中，所述PVC树脂选自SG6、SG7和SG8中的至少一种。
一种超级电容器电极片，包括集电体以及涂覆在所述集电体表面的活性层；
所述活性层的材料为质量比为80～95：2～15：3～5的活性材料、导电剂和PVC树脂的混合物。
在一个实施例中，所述活性材料选自活性炭和石墨烯中的至少一种；
所述导电剂为乙炔黑；
所述集流体为铜箔或铝箔。
在一个实施例中，所述PVC树脂选自SG6、SG7和SG8中的至少一种。
一种超级电容器电极片的制备方法，包括如下步骤：
将有机溶剂搅拌升温至50℃～60℃，接着将PVC树脂慢慢加入至搅拌的所述有机溶剂中，均匀搅拌后室温冷却，得到粘接剂，其中，所述PVC树脂的质量浓度为40％～50％，所述有机溶剂选自四氢呋喃、环己烷、甲苯、环己酮、乙酸乙酯和二氯乙烷中的至少一种；
将活性材料、导电剂以及所述粘接剂混合，搅拌均匀后得到电极浆料，所述电极浆料中，所述活性材料、所述导电剂和所述PVC树脂的质量比为80～95：2～15：3～5；以及
将所述电极浆料均匀涂覆于集流体上，充分干燥后得到超级电容器电极片。
在一个实施例中，所述有机溶剂为体积比为3：7～1：9的四氢呋喃和环己烷的混合液。
在一个实施例中，所述PVC树脂选自SG6、SG7和SG8中的至少一种。
在一个实施例中，所述活性材料选自活性炭和石墨烯中的至少一种；
所述导电剂为乙炔黑；
所述集流体为铜箔或铝箔。
这种电化学储能器件用粘接剂以PVC树脂为粘接成分，与采用传统的商用粘接剂制得的超级电容器电极片进行对比测试后发现，采用这种电化学储能器件用粘接剂制得的超级电容器电极片具有更高的循环电容保持率。
附图说明
图1为一实施方式的超级电容器电极片的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
一实施方式的一种电化学储能器件用粘接剂，包括PVC树脂和有机溶剂。PVC树脂的质量浓度为40％～50％，有机溶剂选自四氢呋喃、环己烷、甲苯、环己酮、乙酸乙酯和二氯乙烷中的至少一种。
优选的，有机溶剂为体积比为3：7～1：9的四氢呋喃和环己烷的混合液。
特别优选的，有机溶剂为体积比为2：8的四氢呋喃和环己烷的混合液。
优选的，PVC树脂的质量浓度为45％。
优选的，PVC树脂选自SG6、SG7和SG8中的至少一种。
特别优选的，PVC树脂为SG8。
在现有技术领域，采用PVC树脂的粘接剂一般应用于PVC塑料管道的连接，而未见应用于电化学储能器件领域，PVC树脂成分的粘接剂具有粘结强度高、无毒、优异的耐水、耐热、耐腐蚀等特性。
这种电化学储能器件用粘接剂以PVC树脂为粘接成分，与采用传统的商用粘接剂制得的超级电容器电极片进行对比测试后发现，采用这种电化学储能器件用粘接剂制得的超级电容器电极片具有更高的循环电容保持率。
此外，这种电化学储能器件能够显著的提升超级电容器的容量和倍率性能。
这种电化学储能器件用粘接剂可以广泛的应用于各种电化学储能器件，下面仅以其应用于超级电容器电极片为例，进行简单介绍。
一种超级电容器电极片，包括集电体以及涂覆在集电体表面的活性层。
活性层的材料为质量比为80～95：2～15：3～5的活性材料、导电剂和PVC树脂的混合物。
活性材料选自活性炭和石墨烯中的至少一种。
导电剂为乙炔黑。
集流体为铜箔或铝箔。
优选的，PVC树脂选自SG6、SG7和SG8中的至少一种。
特别优选的，PVC树脂为SG8。
如图1所示的上述超级电容器电极片的制备方法，包括如下步骤：
S10、将有机溶剂搅拌升温至50℃～60℃，接着将PVC树脂慢慢加入至搅拌的有机溶剂中，均匀搅拌后室温冷却，得到粘接剂。
优选的，S10中，将有机溶剂搅拌升温至55℃。
有机溶剂选自四氢呋喃、环己烷、甲苯、环己酮、乙酸乙酯和二氯乙烷中的至少一种。
优选的，有机溶剂为体积比为3：7～1：9的四氢呋喃和环己烷的混合液。
特别优选的，有机溶剂为体积比为2：8的四氢呋喃和环己烷的混合液。
优选的，PVC树脂的质量浓度为45％。
优选的，PVC树脂选自SG6、SG7和SG8中的至少一种。
特别优选的，PVC树脂为SG8。
S20、将活性材料、导电剂以及S10得到的粘接剂混合，搅拌均匀后得到电极浆料。
电极浆料中，活性材料、导电剂和PVC树脂的质量比为80～95：2～15：3～5。
活性材料选自活性炭和石墨烯中的至少一种。
导电剂为乙炔黑。
S30、将S20得到的电极浆料均匀涂覆于集流体上，充分干燥后得到超级电容器电极片。
集流体为铜箔或铝箔。
以下为具体实施例。
实施例1～3中采用的PVC树脂的型号分别为云天化SG8、SG7和SG6。
实施例1
将四氢呋喃和环己酮按2：8比例混合并搅拌升温至55℃，接着将PVC树脂(SG8)慢慢加入搅拌的溶剂中，均匀搅拌4小时后，室温冷却，得到粘接剂。粘接剂中，PVC树脂的质量浓度为45％。
将活性炭和乙炔黑搅拌至均匀分散，然后加入到粘接剂中，搅拌均匀后得到电极浆料。电极浆料中，活性炭、乙炔黑和PVC树脂的质量比为95：2：3。
将电极浆料均匀涂覆于铜箔上，80℃真空干燥，得到超级电容器电极片。
实施例2
将四氢呋喃和环己酮按1：9比例混合并搅拌升温至50℃，接着将PVC树脂(SG7)慢慢加入搅拌的溶剂中，均匀搅拌4小时后，室温冷却，得到粘接剂。粘接剂中，PVC树脂的质量浓度为40％。
将活性炭和乙炔黑搅拌至均匀分散，然后加入到粘接剂中，搅拌均匀后得到电极浆料。电极浆料中，活性炭、乙炔黑和PVC树脂的质量比为95：2：3。
将电极浆料均匀涂覆于铝箔上，80℃真空干燥，得到超级电容器电极片。
实施例3
将四氢呋喃和环己酮按3：7比例混合并搅拌升温至60℃，接着将PVC树脂(SG7)慢慢加入搅拌的溶剂中，均匀搅拌4小时后，室温冷却，得到粘接剂。粘接剂中，PVC树脂的质量浓度为50％。
将活性炭和乙炔黑搅拌至均匀分散，然后加入到粘接剂中，搅拌均匀后得到电极浆料。电极浆料中，活性炭、乙炔黑和PVC树脂的质量比为95：2：3。
将电极浆料均匀涂覆于铝箔上，80℃真空干燥，得到超级电容器电极片。
对比例1：
与实施例1基本完全相同，区别仅在于粘接剂的溶质替换为SBR/CMC(质量比为2：3)。
对比例2
与实施例2基本完全相同，区别仅在于粘接剂的溶质替换为PVDF/NMP(质量比为13：100)。
对比例3
与实施例2基本完全相同，区别仅在于粘接剂的替换为质量浓度为3％的PTFE乳液。
测试例
分别对实施例1～3、对比例1～3制得的超级电容器电极片的比电容和循环电容保持率进行测试。
测试方法：测试电极在500mA/g电流密度下的循环稳定性，电压范围(0-2.5V)。
分别将实施例1～3、对比例1～3制得的超级电容器电极片裁片称重后，净之在手套箱中组装在2032电池壳内，以聚丙烯膜为隔膜，以1M的硫酸钠水溶液为电解液组装电池进行恒电流充放电测试。
测试结果如下表所示：
由上表可以看出，与对比例1～3制得的超级电容器电极片对比，实施例1～3制得的超级电容器电极片具有更高的比电容和更高的循环电容保持率。
特别的，实施例1制得的超级电容器电极片具有最高的比电容和10000次循环电容保持率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电化学储能器件用粘接剂，其特征在于，包括PVC树脂和有机溶剂，所述PVC树脂的质量浓度为40％～60％，所述有机溶剂选自四氢呋喃、环己烷、甲苯、环己酮、乙酸乙酯和二氯乙烷中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的电化学储能器件用粘接剂，其特征在于，所述有机溶剂为体积比为3：7～1：9的四氢呋喃和环己烷的混合液。
3.根据权利要求1所述的电化学储能器件用粘接剂，其特征在于，所述PVC树脂选自SG6、SG7和SG8中的至少一种。
4.一种超级电容器电极片，其特征在于，包括集电体以及涂覆在所述集电体表面的活性层；
所述活性层的材料为质量比为80～95：2～15：3～5的活性材料、导电剂和PVC树脂的混合物。
5.根据权利要求4所述的超级电容器电极片，其特征在于，所述活性材料选自活性炭和石墨烯中的至少一种；
所述导电剂为乙炔黑；
所述集流体为铜箔或铝箔。
6.根据权利要求4所述的超级电容器电极片，其特征在于，所述PVC树脂选自SG6、SG7和SG8中的至少一种。
7.一种超级电容器电极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将有机溶剂搅拌升温至50℃～60℃，接着将PVC树脂慢慢加入至搅拌的所述有机溶剂中，均匀搅拌后室温冷却，得到粘接剂，其中，所述PVC树脂的质量浓度为40％～50％，所述有机溶剂选自四氢呋喃、环己烷、甲苯、环己酮、乙酸乙酯和二氯乙烷中的至少一种；
将活性材料、导电剂以及所述粘接剂混合，搅拌均匀后得到电极浆料，所述电极浆料中，所述活性材料、所述导电剂和所述PVC树脂的质量比为80～95：2～15：3～5；以及
将所述电极浆料均匀涂覆于集流体上，充分干燥后得到超级电容器电极片。
8.根据权利要求7所述的超级电容器电极片，其特征在于，所述有机溶剂为体积比为3：7～1：9的四氢呋喃和环己烷的混合液。
9.根据权利要求7所述的超级电容器电极片，其特征在于，所述PVC树脂选自SG6、SG7和SG8中的至少一种。
10.根据权利要求7所述的超级电容器电极片，其特征在于，所述活性材料选自活性炭和石墨烯中的至少一种；
所述导电剂为乙炔黑；
所述集流体为铜箔或铝箔。
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