CN108335914A - 一种混合超级电容器浆料配比制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合超级电容器浆料配比制备方法，包括混合超级电容器的正极片浆料的制备和混合超级电容器的负极片浆料的制备；该种混合超级电容器的正极片浆料的制备原料包括活性物质尖晶石镍锰酸锂、粘合剂PVDF和导电剂SP；该种混合超级电容器的负极片浆料的制备原料包括活性物质AC、羧甲基纤维素CMC、粘合剂LA132、粘合剂PTFE(聚四氟乙烯)和导电剂SP，本发明是混合超级电容器，其一个电极为碳基双电层电容器电极材料，另一个电极为电池电极材料，因此具有超级电容器和电池的双重性能。它的能量密度是双电层电容器2‑3倍，功率密度是锂离子电池的10倍以上，循环寿命也能达到10万次以上及良好的高低温性能。

Description

一种混合超级电容器浆料配比制备方法
技术领域
本发明涉及一种配比制备方法，特别涉及一种混合超级电容器浆料配比制备方法。
背景技术
电能存在两种不同的储存方式：一种是通过化学反应过程实现电荷的储存和释放，例如电池；另一种则是通过物理静电过程来完成能量的输入和输出，例如超级电容器。根据储能原理的不同，造成电池和超级电容器在性能上的极大差异。电池类储能元件，由于化学反应涉及每个原子或电化学活性物质分子，通常具有高比容量、高能量密度。同时，化学反应包含着相变和不可逆转换，因而其循环寿命被限制在数千次内。又由于化学反应过程不可避免的受到反应动力学限制，电池体系无法满足大输出功率的应用需求。
超级电容器的充电和放电过程仅通过静电场建立的物理过程来完成，没有化学反应和相变的发生，理论上是完全可逆的，因此具有近乎无限长的循环寿命。且可逆的物理过程仅发生在电极表面，使得超级电容器具有功率密度大、可快速充放电的特点。但也是由于储能过程仅发生在电极表面，超级电容器的比容量和能量密度具有本质上的劣势。
电池和超级电容器在性能上呈互补性：电池具有高能量密度、低功率密度和短循环寿命；而超级电容器具有高功率密度、长循环寿命，但能量密度低。将双电层电容原理与电池原理结合而成的混合型超级电容器是目前世界范围的一个重要研究方向，其一个电极为碳基双电层电容器电极材料，另一个电极为电池电极材料，因此具有超级电容器和电池的双重性能。它的能量密度是双电层电容器2-3倍，功率密度是锂离子电池的10倍以上，循环寿命也能达到10万次以上及良好的高低温性能。
国内外2.3V混合型超级电容器的生产制造厂家有韩国VINA、韩国LS、美国IOXUS以及国内的锦州凯美、香港万裕科技等。该类混合型超级电容器主要应用于地坪LED灯、风车浆距控制、自动化子系统、备用电源UPS、手持便携设备、混合能量储存、混合动力巴士及智能微电网等。计划开发的混合型超级电容器具有以下特征：高能量密度：6～8Wh/Kg(为常规双电层超级电容器的2倍)；高功率密度：1500～3000W/Kg(为锂离子二次电池的10倍)；超长的循环寿命：100000周次以上(温度条件25℃)；宽的工作温度范围：-30℃～70℃；环保无污染、免维护。因而，发展混合超级电容器非常必要，而混合超级电容器的制备主要由其浆料决定。
发明内容
本发明提出了一种混合超级电容器浆料配比制备方法，解决了背景技术中的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种混合超级电容器浆料配比制备方法，包括混合超级电容器的正极片浆料的制备和混合超级电容器的负极片浆料的制备；该种混合超级电容器的正极片浆料的制备原料包括活性物质尖晶石镍锰酸锂、粘合剂PVDF和导电剂SP；该种混合超级电容器的负极片浆料的制备原料包括活性物质AC、羧甲基纤维素CMC、粘合剂LA132、粘合剂PTFE(聚四氟乙烯)和导电剂SP。
作为本发明的一种优选技术方案，该种混合超级电容器的正极片浆料的制备过程：先按照按活性物质(LiNi0.5Mn1.504)∶粘合剂(PVDF)∶导电剂(SP)为93∶2∶5(质量比)的比例准备好原料，然后再准备一定量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)；再准备好制备需要的器材，包括搅拌机、温度计、过滤网、固含量测定仪、粘度测定仪和刮板细度计；制备时，通过温度计测量，保持制备温度为25摄氏度，先将一定量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)加入搅拌机内，然后再向搅拌机内加入准备好的粘合剂PVDF，并使搅拌机搅拌1h，再向搅拌机内加入准备好的导电剂SP，继续搅拌1h，然后再将准备好的活性物质(LiNi0.5Mn1.504)加入搅拌机内，并高速搅拌3h，搅拌结束后，通过固含量测定仪测量该混合液，并保持混合液最终的固含量为：58％±1，通过粘度测定仪测量该混合液，保持该混合液的最终粘度为：3000±1000mPa.s，通过刮板细度计测量该混合液，保持该混合液的最终细度小于10um。
作为本发明的一种优选技术方案，该种混合超级电容器的负极片浆料的制备过程：先按照活性物质(AC)∶羧甲基纤维素(CMC)∶粘合剂LA132∶粘合剂PTFE(聚四氟乙烯)∶导电剂(SP)为90.5∶1.2∶2∶1.3∶5(质量比)的比例准备好原料，然后再准备一定量的纯水；制备时，通过温度计测量，保持制备温度为25摄氏度，先将一定量的纯水加入搅拌机内，然后再向搅拌机内加入准备好的羧甲基纤维素CMC，并使搅拌机搅拌1h，再向搅拌机内加入准备好的加入粘合剂LA132再继续搅拌20min，然后再将准备好导电剂SP加入搅拌机内，并继续搅拌1h，再加入准备好的活性物质AC高速搅拌30min，最后再加入准备好的粘合剂PTFE，并提速搅拌150min，搅拌结束后，通过固含量测定仪测量该混合液，并保持混合液最终的固含量为：35％±1，通过粘度测定仪测量该混合液，保持该混合液的最终粘度为：3000±1000mPa.s，通过刮板细度计测量该混合液，保持该混合液的最终细度小于8um，然后将该浆料出锅，并通过300目/cm2过滤网过滤浆料，然后留下过滤下来的最终浆料。
作为本发明的一种优选技术方案，在搅拌机搅拌前，该活性物质AC和导电剂SP通过鼓风烤箱在130℃温度下烘烤4h-6h，通过固含量测定仪测定粘合剂LA132和粘合剂PTFE，并保持粘合剂LA132的固含量为15％±1，保持粘合剂PTFE的固含量为50％±1，且通过测量并保持纯水的电导率小于1.0μS/cm。
作为本发明的一种优选技术方案，该混合超级电容器正极片和负极片均包括集流体，且该正极浆料和负极浆料均设置在与其对应的集流体内。
作为本发明的一种优选技术方案，混合超级电容器正极浆料和负极浆料的制备中均需要有机电解液溶剂，该有机电解液溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丁烯酯、γ-丁内酯、碳酸甲丙酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯和乙腈中的至少一种，电解质可以为高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂等之一种，且其中也可添加双电层电容器常用的四乙基四氟硼酸铵、三甲基丙基硼酸铵、甲基三乙基四氟硼酸铵、二甲基二丙基四氟硼酸铵中、N，N-二甲基吡咯烷四氟硼酸铵。
作为本发明的一种优选技术方案，该混合超级电容器正极片和负极片内均包括隔膜，该隔膜包括纸隔膜、聚乙烯微孔膜(PE)、聚丙烯微孔膜(PP)、复合膜(PP+PE)、无机陶瓷膜、纤维素、玻璃纤维隔膜任意一种。
本发明所达到的有益效果是：本申请的正、负极片配比，采用的尖晶石镍锰酸锂，或者更进一步地，镍锰酸锂作为正极片的活性材料，不仅提高了混合超级电容器容量和降低内阻，还能有效地阻止正极活性材料金属离子的溶出，减少电解液的分解，从而提高整个超级电容器的循环寿命，含有该正极片的非对称超级电容器具有高能量高功率密度和长循环寿命，特别适用于地坪LED灯、风车浆距控制、自动化子系统、备用电源UPS、手持便携设备、混合能量储存、混合动力巴士及智能微电网、电动汽车、电动工具、等领域；本专利是混合超级电容器，其一个电极为碳基双电层电容器电极材料，另一个电极为电池电极材料，因此具有超级电容器和电池的双重性能。它的能量密度是双电层电容器2-3倍，功率密度是锂离子电池的10倍以上，循环寿命也能达到10万次以上及良好的高低温性能；提高极片的柔软性，在滚压和分切工序不会掉粉，在卷入、压平、入壳减少短路报废。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本发明提供一种混合超级电容器浆料配比制备方法，包括混合超级电容器的正极片浆料的制备和混合超级电容器的负极片浆料的制备；该种混合超级电容器的正极片浆料的制备原料包括活性物质尖晶石镍锰酸锂、粘合剂PVDF和导电剂SP；该种混合超级电容器的负极片浆料的制备原料包括活性物质AC、羧甲基纤维素CMC、粘合剂LA132、粘合剂PTFE(聚四氟乙烯)和导电剂SP。
该种混合超级电容器的正极片浆料的制备过程：先按照按活性物质(LiNi0.5Mn1.504)∶粘合剂(PVDF)∶导电剂(SP)为93∶2∶5(质量比)的比例准备好原料，然后再准备一定量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)；再准备好制备需要的器材，包括搅拌机、温度计、过滤网、固含量测定仪、粘度测定仪和刮板细度计；制备时，通过温度计测量，保持制备温度为25摄氏度，先将一定量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)加入搅拌机内，然后再向搅拌机内加入准备好的粘合剂PVDF，并使搅拌机搅拌1h，再向搅拌机内加入准备好的导电剂SP，继续搅拌1h，然后再将准备好的活性物质(LiNi0.5Mn1.504)加入搅拌机内，并高速搅拌3h，搅拌结束后，通过固含量测定仪测量该混合液，并保持混合液最终的固含量为：58％±1，通过粘度测定仪测量该混合液，保持该混合液的最终粘度为：3000±1000mPa.s，通过刮板细度计测量该混合液，保持该混合液的最终细度小于10um。
该种混合超级电容器的负极片浆料的制备过程：先按照活性物质(AC)∶羧甲基纤维素(CMC)∶粘合剂LA132∶粘合剂PTFE(聚四氟乙烯)∶导电剂(SP)为90.5∶1.2∶2∶1.3∶5(质量比)的比例准备好原料，然后再准备一定量的纯水；制备时，通过温度计测量，保持制备温度为25摄氏度，先将一定量的纯水加入搅拌机内，然后再向搅拌机内加入准备好的羧甲基纤维素CMC，并使搅拌机搅拌1h，再向搅拌机内加入准备好的加入粘合剂LA132再继续搅拌20min，然后再将准备好导电剂SP加入搅拌机内，并继续搅拌1h，再加入准备好的活性物质AC高速搅拌30min，最后再加入准备好的粘合剂PTFE，并提速搅拌150min，搅拌结束后，通过固含量测定仪测量该混合液，并保持混合液最终的固含量为：35％±1，通过粘度测定仪测量该混合液，保持该混合液的最终粘度为：3000±1000mPa.s，通过刮板细度计测量该混合液，保持该混合液的最终细度小于8um，然后将该浆料出锅，并通过300目/cm2过滤网过滤浆料，然后留下过滤下来的最终浆料。
在搅拌机搅拌前，该活性物质AC和导电剂SP通过鼓风烤箱在130℃温度下烘烤4h-6h，通过固含量测定仪测定粘合剂LA132和粘合剂PTFE，并保持粘合剂LA132的固含量为15％±1，保持粘合剂PTFE的固含量为50％±1，且通过测量并保持纯水的电导率小于1.0μS/cm。
该混合超级电容器正极片和负极片均包括集流体，且该正极浆料和负极浆料均设置在与其对应的集流体内。
混合超级电容器正极浆料和负极浆料的制备中均需要有机电解液溶剂，该有机电解液溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丁烯酯、γ-丁内酯、碳酸甲丙酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯和乙腈中的至少一种，电解质可以为高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂等之一种，且其中也可添加双电层电容器常用的四乙基四氟硼酸铵、三甲基丙基硼酸铵、甲基三乙基四氟硼酸铵、二甲基二丙基四氟硼酸铵中、N，N-二甲基吡咯烷四氟硼酸铵。
该混合超级电容器正极片和负极片内均包括隔膜，该隔膜包括纸隔膜、聚乙烯微孔膜(PE)、聚丙烯微孔膜(PP)、复合膜(PP+PE)、无机陶瓷膜、纤维素、玻璃纤维隔膜任意一种。
本发明的混合超级电容器浆料配比制备方法，本申请的正、负极片配比，采用的尖晶石镍锰酸锂，或者更进一步地，镍锰酸锂作为正极片的活性材料，不仅提高了混合超级电容器容量和降低内阻，还能有效地阻止正极活性材料金属离子的溶出，减少电解液的分解，从而提高整个超级电容器的循环寿命，含有该正极片的非对称超级电容器具有高能量高功率密度和长循环寿命，特别适用于地坪LED灯、风车浆距控制、自动化子系统、备用电源UPS、手持便携设备、混合能量储存、混合动力巴士及智能微电网、电动汽车、电动工具、等领域；本专利是混合超级电容器，其一个电极为碳基双电层电容器电极材料，另一个电极为电池电极材料，因此具有超级电容器和电池的双重性能。它的能量密度是双电层电容器2-3倍，功率密度是锂离子电池的10倍以上，循环寿命也能达到10万次以上及良好的高低温性能；提高极片的柔软性，在滚压和分切工序不会掉粉，在卷入、压平、入壳减少短路报废。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种混合超级电容器浆料配比制备方法，其特征在于，包括混合超级电容器的正极片浆料的制备和混合超级电容器的负极片浆料的制备；该种混合超级电容器的正极片浆料的制备原料包括活性物质尖晶石镍锰酸锂、粘合剂PVDF和导电剂SP；该种混合超级电容器的负极片浆料的制备原料包括活性物质AC、羧甲基纤维素CMC、粘合剂LA132、粘合剂PTFE(聚四氟乙烯)和导电剂SP。
2.根据权利要求1所述的一种混合超级电容器浆料配比制备方法，其特征在于，该种混合超级电容器的正极片浆料的制备过程：先按照按活性物质(LiNi0.5Mn1.5O4)∶粘合剂(PVDF)∶导电剂(SP)为93∶2∶5(质量比)的比例准备好原料，然后再准备一定量的N一甲基吡咯烷酮(NMP)；再准备好制备需要的器材，包括搅拌机、温度计、过滤网、固含量测定仪、粘度测定仪和刮板细度计；制备时，通过温度计测量，保持制备温度为25摄氏度，先将一定量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)加入搅拌机内，然后再向搅拌机内加入准备好的粘合剂PVDF，并使搅拌机搅拌1h，再向搅拌机内加入准备好的导电剂SP，继续搅拌1h，然后再将准备好的活性物质(LiNi0.5Mn1.5O4)加入搅拌机内，并高速搅拌3h，搅拌结束后，通过固含量测定仪测量该混合液，并保持混合液最终的固含量为：58％±1，通过粘度测定仪测量该混合液，保持该混合液的最终粘度为：3000±1000mPa.s，通过刮板细度计测量该混合液，保持该混合液的最终细度小于10um。
3.根据权利要求2所述的一种混合超级电容器浆料配比制备方法，其特征在于，该种混合超级电容器的负极片浆料的制备过程：先按照活性物质(AC)∶羧甲基纤维素(CMC)∶粘合剂LA132∶粘合剂PTFE(聚四氟乙烯)∶导电剂(SP)为90.5∶1.2∶2∶1.3∶5(质量比)的比例准备好原料，然后再准备一定量的纯水；制备时，通过温度计测量，保持制备温度为25摄氏度，先将一定量的纯水加入搅拌机内，然后再向搅拌机内加入准备好的羧甲基纤维素CMC，并使搅拌机搅拌1h，再向搅拌机内加入准备好的加入粘合剂LA132再继续搅拌20min，然后再将准备好导电剂SP加入搅拌机内，并继续搅拌1h，再加入准备好的活性物质AC高速搅拌30min，最后再加入准备好的粘合剂PTFE，并提速搅拌150min，搅拌结束后，通过固含量测定仪测量该混合液，并保持混合液最终的固含量为：35％±1，通过粘度测定仪测量该混合液，保持该混合液的最终粘度为：3000±1000mPa.s，通过刮板细度计测量该混合液，保持该混合液的最终细度小于8um，然后将该浆料出锅，并通过300目/cm2过滤网过滤浆料，然后留下过滤下来的最终浆料。
4.根据权利要求3所述的一种混合超级电容器浆料配比制备方法，其特征在于，在搅拌机搅拌前，该活性物质AC和导电剂SP通过鼓风烤箱在130℃温度下烘烤4h-6h，通过固含量测定仪测定粘合剂LA132和粘合剂PTFE，并保持粘合剂LA132的固含量为15％±1，保持粘合剂PTFE的固含量为50％±1，且通过测量并保持纯水的电导率小于1.0μS/cm。
5.根据权利要求3所述的一种混合超级电容器浆料配比制备方法，其特征在于，该混合超级电容器正极片和负极片均包括集流体，且该正极浆料和负极浆料均设置在与其对应的集流体内。
6.根据权利要求3所述的一种混合超级电容器浆料配比制备方法，其特征在于，混合超级电容器正极浆料和负极浆料的制备中均需要有机电解液溶剂，该有机电解液溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丁烯酯、γ-丁内酯、碳酸甲丙酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯和乙腈中的至少一种，电解质可以为高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂等之一种，且其中也可添加双电层电容器常用的四乙基四氟硼酸铵、三甲基丙基硼酸铵、甲基三乙基四氟硼酸铵、二甲基二丙基四氟硼酸铵中、N，N-二甲基吡咯烷四氟硼酸铵。
7.根据权利要求3所述的一种混合超级电容器浆料配比制备方法，其特征在于，该混合超级电容器正极片和负极片内均包括隔膜，该隔膜包括纸隔膜、聚乙烯微孔膜(PE)、聚丙烯微孔膜(PP)、复合膜(PP+PE)、无机陶瓷膜、纤维素、玻璃纤维隔膜任意一种。
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