CN106531475A - 一种超级电容器电极的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超级电容器电极的生产工艺，其特征在于，所述制备工艺包括如下步骤：按导电剂10％，粘结剂5％，活性炭85％的质量百分比称取原料并混合均匀，加入去离子水调成膏状；在双辊机上辊压成膜并于50℃～60℃下真空干燥1h～2h除去部分水分，得半干燥膜；先把半干燥膜辊压到集流体的正面得单面覆膜电极；再把半干燥膜辊压到单面覆膜电极的反面制得双面覆膜电极；最后将充分干燥的双面覆膜电极分条后制得电极。本发明通过结合双面涂布的工艺和辊压法较高压力下提高电极压实密度的制备方法，改进了超级电容器电极的制备工艺，达到了提高储能装置的能量密度和功率密度的目的。
Description
技术领域
本发明涉及电极制造工艺领域，具体为一种超级电容器电极的生产工艺。
背景技术
目前，超级电容器的应用对能量密度和功率密度的要求较高，这可以通过提高极片压实密度来实现。有商业应用前景的超级电容器多采用高比表面积多孔的活性炭作为活性物质，采用导电炭黑和导电石墨的混合物作为导电剂。超级电容器电极制备工艺方面，一般采用涂布法，该方法的优点是可实现连续生产，成本低，但电极密度较小，容量低。另外还有辊压法，优点是电极致密，颗粒接触紧密，容量高，但在国内这种技术工艺还不是十分成熟。在电容器技术中，电极制备工艺是决定超级电容器性能好坏的一个关键问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超级电容器电极的生产工艺，达到提高储能装置的能量密度和功率密度的目的。
本发明采用的技术方案如下：
一种超级电容器电极的生产工艺，其特征在于，所述制备工艺包括如下步骤：
(1)按下述质量百分比称取原料，导电剂10％，粘结剂5％，活性炭85％；
(2)称重完成后，将导电剂、粘结剂、活性炭混合均匀，并加入去离子水调成膏状；
(3)在双辊机上辊压成膜并于50℃～60℃下真空干燥1h～2h除去部分水分，得到半干燥膜；
(4)把半干燥膜辊压到集流体的正面得单面覆膜电极；
(5)再将半干燥膜辊压到单面覆膜电极的反面制得双面覆膜电极；
(6)将双面覆膜电极于60℃～70℃下真空干燥3h～4h除去全部水分，得到充分干燥的双面覆膜电极；
(7)将充分干燥的双面覆膜电极分条后制得电极。
将粘结剂的含量适当降低可以将原料充分粘结的同时不影响有效成分的含量，有利于提高电极的性能。用去离子水混合可有效节约该工艺的成本。采用真空干燥的方法可降低水的沸点，进而在较低温度下即可实现快速干燥，避免电极成分在较高温度下成分被破坏。采用双面涂布的方法可有效增加极片的面密度，进而提高电容器的容量。
其中，步骤(1)中所述导电剂为导电炭黑、石墨烯、碳纳米管中的一种或多种。
优选地，所述导电剂为导电炭黑、石墨烯、碳纳米管按1:2:1重量份组成的混合物。在传统导电炭黑的基础上添加了一定比例的石墨烯和碳纳米管，利用石墨烯和碳纳米管优良的导电性能有助于提高电极的整体性能。
其中，步骤(1)中所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的一种或多种。
优选地，所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯按重量比3:1组成的混合物。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明通过结合涂布法双面涂布的工艺和辊压法较高压力下提高电极压实密度的制备方法，改进了超级电容器电极的的制备工艺，达到了提高储能装置的能量密度和功率密度的目的。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种超级电容器电极的生产工艺，所述制备工艺包括如下步骤：称取100g原料，其中包括10g导电炭黑，5g聚四氟乙烯，以及85g活性炭；称重完成后，将导电剂、粘结剂、活性炭混合均匀，并加入15mL去离子水调成膏状；在双辊机上辊压成膜并于55℃下真空干燥1.2h除去部分水分，得到半干燥膜；把半干燥后的膜辊压到集流体的正面得单面覆膜电极；再将半干燥后的膜辊压到单面覆膜电极的反面制得双面覆膜电极；将双面覆膜电极于65℃下真空干燥4h除去全部水分；将充分干燥的双面覆膜电极分条后制得电极。
将在上述工艺条件下制备得到的超级电容器电极安装进铝制电容器盒内，接通正负极并注入6mol/L的KOH电解液，形成超级电容器器件。对此超级电容器进行电化学性能评价，在测试电流为20A的条件下测得的电容量为2500F，能量密度为41.2Wh/Kg。
实施例2
一种超级电容器电极的生产工艺，所述制备工艺包括如下步骤：称取100g原料，其中包括由3g导电炭黑、7g石墨烯组成的导电剂，5g聚四氟乙烯，以及85g活性炭；称重完成后，将导电剂、粘结剂、活性炭混合均匀，并加入15mL去离子水调成膏状；在双辊机上辊压成膜并于55℃下真空干燥1.2h除去部分水分，得到半干燥膜；把半干燥后的膜辊压到集流体的正面得单面覆膜电极；再将半干燥后的膜辊压到单面覆膜电极的反面制得双面覆膜电极；将双面覆膜电极于65℃下真空干燥4h除去全部水分；将充分干燥的双面覆膜电极分条后制得电极。
将在上述工艺条件下制备得到的超级电容器电极安装进铝制电容器盒内，接通正负极并注入6mol/L的KOH电解液，形成超级电容器器件。对此超级电容器进行电化学性能评价，在测试电流为20A的条件下测得的电容量为2800F，能量密度为43.5Wh/Kg。
实施例3
一种超级电容器电极的生产工艺，所述制备工艺包括如下步骤：称取100g原料，其中包括由2.5g导电炭黑、5g石墨烯、2.5g碳纳米管组成的导电剂，5g聚四氟乙烯，以及85g活性炭；称重完成后，将导电剂、粘结剂、活性炭混合均匀，并加入15mL去离子水调成膏状；在双辊机上辊压成膜并于55℃下真空干燥1.2h除去部分水分，得到半干燥膜；把半干燥后的膜辊压到集流体的正面得单面覆膜电极；再将半干燥后的膜辊压到单面覆膜电极的反面制得双面覆膜电极；将双面覆膜电极于65℃下真空干燥4h除去全部水分；将充分干燥的双面覆膜电极分条后制得电极。
将在上述工艺条件下制备得到的超级电容器电极安装进铝制电容器盒内，接通正负极并注入6mol/L的KOH电解液，形成超级电容器器件。对此超级电容器进行电化学性能评价，在测试电流为20A的条件下测得的电容量为2900F，能量密度为43.8Wh/Kg。
实施例4
一种超级电容器电极的生产工艺，所述制备工艺包括如下步骤：称取100g原料，其中包括由2.5g导电炭黑、5g石墨烯、2.5g碳纳米管组成的导电剂，由2.5g聚四氟乙烯、2.5g聚偏氟乙烯组成的粘结剂，以及85g活性炭；称重完成后，将导电剂、粘结剂、活性炭混合均匀，并加入15mL去离子水调成膏状；在双辊机上辊压成膜并于55℃下真空干燥1.2h除去部分水分，得到半干燥膜；把半干燥后的膜辊压到集流体的正面得单面覆膜电极；再将半干燥后的膜辊压到单面覆膜电极的反面制得双面覆膜电极；将双面覆膜电极于65℃下真空干燥4h除去全部水分；将充分干燥的双面覆膜电极分条后制得电极。
将在上述工艺条件下制备得到的超级电容器电极安装进铝制电容器盒内，接通正负极并注入6mol/L的KOH电解液，形成超级电容器器件。对此超级电容器进行电化学性能评价，在测试电流为20A的条件下测得的电容量为2900F，能量密度为43.7Wh/Kg。
实施例5
一种超级电容器电极的生产工艺，所述制备工艺包括如下步骤：称取100g原料，其中包括由2.5g导电炭黑、5g石墨烯、2.5g碳纳米管组成的导电剂，由4g聚四氟乙烯、1g聚偏氟乙烯组成的粘结剂，以及85g活性炭；称重完成后，将导电剂、粘结剂、活性炭混合均匀，并加入15mL去离子水调成膏状；在双辊机上辊压成膜并于55℃下真空干燥1.2h除去部分水分；把半干燥后的膜辊压到集流体的正面得单面覆膜电极；再将半干燥后的膜辊压到单面覆膜电极的反面制得双面覆膜电极；将双面覆膜电极于65℃下真空干燥4h除去全部水分；将充分干燥的双面覆膜电极分条后制得电极。
将在上述工艺条件下制备得到的超级电容器电极安装进铝制电容器盒内，接通正负极并注入6mol/L的KOH电解液，形成超级电容器器件。对此超级电容器进行电化学性能评价，在测试电流为20A的条件下测得的电容量为3000F，能量密度为48.6Wh/Kg。
实施例6
一种超级电容器电极的生产工艺，所述制备工艺包括如下步骤：称取100g原料，其中包括由2.5g导电炭黑、5g石墨烯、2.5g碳纳米管组成的导电剂，由4g聚四氟乙烯、1g聚偏氟乙烯组成的粘结剂，以及85g活性炭；称重完成后，将导电剂、粘结剂、活性炭混合均匀，并加入15mL去离子水调成膏状；在双辊机上辊压成膜并于55℃下真空干燥1.5h除去部分水分；把半干燥后的膜辊压到集流体的正面得单面覆膜电极；再将半干燥后的膜辊压到单面覆膜电极的反面制得双面覆膜电极；将双面覆膜电极于65℃下真空干燥3.5h除去全部水分；将充分干燥的双面覆膜电极分条后制得电极。
将在上述工艺条件下制备得到的超级电容器电极安装进铝制电容器盒内，接通正负极并注入6mol/L的KOH电解液，形成超级电容器器件。对此超级电容器进行电化学性能评价，在测试电流为20A的条件下测得的电容量为3000F，能量密度为48.7Wh/Kg。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种超级电容器电极的生产工艺，其特征在于，所述制备工艺包括如下步骤：
(1)按下述质量百分比称取原料，导电剂10％，粘结剂5％，活性炭85％；
(2)称重完成后，将导电剂、粘结剂、活性炭混合均匀，并加入去离子水调成膏状；
(3)在双辊机上辊压成膜并于50℃～60℃下真空干燥1h～2h除去部分水分，得到半干燥膜；
(4)把半干燥膜辊压到集流体的正面得单面覆膜电极；
(5)再将半干燥膜辊压到单面覆膜电极的反面制得双面覆膜电极；
(6)将双面覆膜电极于60℃～70℃下真空干燥3h～4h除去全部水分，得到充分干燥的双面覆膜电极；
(7)将充分干燥的双面覆膜电极分条后制得电极。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极的生产工艺，其特征在于，步骤(1)中所述导电剂为导电炭黑、石墨烯、碳纳米管中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种超级电容器电极的生产工艺，其特征在于，所述导电剂为导电炭黑、石墨烯、碳纳米管按1:2:1重量份组成的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极的生产工艺，其特征在于，步骤(1)中所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的一种超级电容器电极的生产工艺，其特征在于，所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯按重量比3:1组成的混合物。
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