CN110634687A - 一种电极的制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电极的制造工艺，即以简单的工序高效率制造容量大的双电荷层电容器电极的方法，该法包括把粒状弹性体与碳质材料以粉末状进行混合制成混合物粉末的工序；以及把得到的粉末混合物用干式成型法形成电极层的工序。

Description

一种电极的制造工艺

技术领域

本发明涉及一种电极的制作工艺即一种电容器电极的制造方法。

背景技术

近些年，在用分极性电极与电解质界面形成的双电荷层电容器作为存储器备份电源的需求，在急速增长，尤其作为车辆电源等要求适用于大容量的使用不断受到关注。

双电荷层电容器用电极是把含有作为活性物质的碳材料与粘接剂以及导电性赋予剂的电极形成用组合物，加以成型，制成电极层。

作为电极层的成型方法，已知有加压成型法，然而存在工程繁杂的问题，在电极层成型为薄膜状时表面易产生凹凸，电极强度不足，所得到的双电荷层电容器的性能有时不太好。作为采用PTFE以外的粘接剂的方法和采用弹性体作为粘接剂的方法，前者所得到的电极的柔软性差，在卷绕电极后放入容器时，电极层产生细裂纹破裂，或有时从集电体脱落，而后者所得到的双电荷层电容器的性能也不充分。

在电极生产中采用胶乳与活性炭进行混合的方法中，由于胶乳中的乳化剂等包埋活性炭的细孔，而塑料粉作粘合剂的方法以及苯乙烯丁二烯橡胶或丙烯腈丁二烯橡胶的二甲苯溶液与活性炭进行混合的方法中，由于粘接剂覆盖活性炭表面，这种得到的双电荷层电容器的容量有时会下降。

发明内容

针对上述现有技术的问题难点，本发明目的在于提供一种采用简单化工作程序，生产出容量大的双层电荷层电容器电极的方法。

本发明采用含有粘合剂粒状弹性体与碳质材料以粉末状混合，把由此得到的粉末混合物通过干式成型可高效成型为双电荷层电容器用电极，以及采用该电极构成的双电荷层电容器显示高的静电容量。

本发明，提供一种电极的制造工艺即双电荷层电容器电极的制造方法，该法具有把含有粘合剂粒状弹性体与碳质材料以粉末状形式进行混合，制得粉末混合物的工序，把得到的粉末混合物通过干式成型，形成电极层的工序。上述粒状弹性体，优选具有交联结构者。上述碳质材料，优选含有活性炭作为活性物质、优选再含有导电性赋予剂。在上述双电荷层电容器用电极的制造方法中，优选包括通过机械化学处理，在上述活性物质表面附着上述导电性赋予剂的工序。优选上述粉末状混合物，采用流动层造粒法或流动层多功能型造粒法制得，优选上述粉末状混合物的粒径为0.9～800μm。优选上述干式成型，加压成型。优选上述加压成型，是在设置了集电体的成型模具内进行。优选上述粉末状混合物每100质量份，含上述粒状弹性体为0.9～50质量份、上述碳质材料为50～99.1质量份。

具体实施方案

下面对本发明的电容器电极的成分、制造方法加以说明。

1.本发明构成电极的成分含有作为粘接剂的粒状弹性体和碳质材料。

（1）本发明的粒状弹性体，通过粉碎等制成粒状，但优选通过化学交联结构形成粒状聚合物，可稳定保持粒子形状。具体地说：

A.使共轭二烯（丁二烯、异戊二烯等）或多官能乙烯性不饱和单体（二甘醇二甲基丙烯酸酯等二甲基丙烯酸酯类、二乙烯基苯等）聚合（均聚或共聚），而制成具有交联结构的聚合物。

B.使共轭二烯或多官能乙烯性不饱和单体，也可以与单官能自由基共聚性单体（丙烯酸丁酯、丙烯腈等）共聚。

本发明粒状弹性体优选使用的聚合体，采用多官能乙烯性不饱和单体与丙烯酸酯的共聚物，具体地说主要有丙烯酸2-乙基己酯·甲基丙烯酸·丙烯腈·乙二醇二甲基丙烯酸酯共聚物、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯·丙烯酸·丙烯酸丁酯共聚物等。另外，聚丁二烯、聚异戊二烯、羧基改性的苯乙烯·丁二烯类共聚物等也可以优选使用。当具有这些交联结构的粒状弹性体用作粘接剂时，活性炭表面或细孔用粘接剂覆盖的比例变少，可以抑制内阻上升及静电容量的下降，故优选。

粒状弹性体的粒径，通常为0.0003-100μm、优选0.003-10μm、更优选0.03-1μm。当粒径处于该范围时，与碳质材料混合时的操作容易，并且少量而粘接性优良。要想得到容量大的双电荷层电容器用电极，粒状弹性体的用量，相对于上述粉末状混合物每100质量份，含上述粒状弹性体为0.9～50质量份，优选3～20质量份，更优选3～10质量份。粒状弹性体的玻璃化转变温度(Tg)通常为-55～25℃、优选-35～0℃。

（2）碳质材料

本发明中使用的碳质材料，含有由碳质物质构成的“活性物质”和根据需要含有“导电性赋予剂”。所使用的活性物质有活性炭、聚多并苯、石墨等，采用比表面积通常在40m2/g或40m2/g以上，优选600m2/g～4000m2/g，更优选1500m2/g～2500m2/g的粉末。活性物质的粒径为0.3～100μm、更优选3～20μm，因双电荷层电容器用电极容易薄膜化，静电容量也高，故是优选的。

用作导电性赋予剂的碳质物质，可以举出炉黑、乙炔黑及KETJEN黑等炭黑，与上述活性物质混合后使用。主要采用机械化学处理法，把活性物质与导电性赋予剂进行混合。导电性赋予剂优选的粒径为0.3～100μm。通过与导电性赋予剂并用，可更加提高上述活性物质彼此的电接触，所得到的双电荷层电容器的内阻变低，并且可以提升静电容量。

碳质材料(活性物质与导电性赋予剂)的用量，从得到容量大的双电荷层电容器用电极考虑，每100质量份粉末状混合物，通常为50～99.7质量份、优选70-98质量份、更优选80-96质量份。活性物质与导电性赋予剂的配合比例，对活性物质100质量份，导电性赋予剂为0.3～20质量份，优选3～10质量份。

2.粉末状混合物的制作、

电容器用电极的制作方法中，首先把上述弹性体和碳质材料以粉末状加以混合，制得粉末混合物。

粉末状混合物的制作，粉末混合物固体成分浓度通常为50质量％或50质量％以上，优选60质量％或60质量％以上，更优选70质量％或70质量％以上。当固体成分浓度处于该范围时，粒状弹性体及碳质材料不发生凝聚等，可以保持粒状。当所得到的粉末状混合物含水或溶剂时，可根据需要进行干燥后供给干式成型。可采用转动层造粒法、搅拌型造粒法、流动层造粒法及流动层多功能型造粒法等造粒法，制得粉末状混合物，而流动层造粒法及流动层多功能型造粒法是优选的。所得到的粉末状混合物的粒径，通常为0.9～800μm，优选3～500μm，更优选6～100μm。当粒径处于这个范围时，可以得到表面平滑、密度均匀的电极。

3.电极的制造方法

上述得到的粉末状混合物，通过干式成型形成电极层。本发明的所谓干式成型，是相对于涂敷或喷涂等所谓“湿式成型”的概念而言。这种方法主要采用加压成型法、粉末成型法、辊压延法、挤出成型法等，其中优选加压成型法。

加压成型，系把上述粉末状混合物采用叶片型压力机、辊式压力机等形成电极层形状。加压成型采用成型模具，在模具内形成电极层的方法是优选的。按照该法，由于把粉末状混合物供给模具内、加压成型、把制成的电极层取出的一系列工序可以自动化，故可无人操作连续生产。

通过改变变成型法，可制造大小及形状各异的电极，适于多种电极的生产。加压温度，因粒状弹性体的玻璃化转变温度及粒径而异，从室温至所用的粒状弹性体的分解温度范围内选择即可。优选的是比玻璃化转变温度Tg高15～25℃的温度。压力也取决于温度，只要能达到所希望的电极密度即可而未作特别限定。

成型的电极层的厚度为55～900μm、电极层密度为0.5g/cm3或0.5g/cm3以上是优选的，当电极层的密度过高时，电解液的渗透性恶化，故优选0.5～0.8g/cm3。

把上述成型的电极层通过与集电体层叠而得到电极。集电体只要是由导电性材料构成即可而未作特别限定，可采用铁、铜、铝、镍、不锈钢等金属材料是优选的。金属材料可以使用片状(金属箔)、膜状或网状，优选金属箔，特别优选铝箔。金属箔的厚度优选8～95μm、特优选15～45μm。

按照本发明可以提供一种以简化的工序、生产效率高的制造容量大的双电荷层电容器电极。

Claims (4)

1.一种电极的制造工艺，该方法包括把粒状弹性体与碳质材料以粉末状进行混合，制得粉末状混合物的工序；以及把得到的粉末状混合物用干式成型形成电极层的工序。

2.按照权利要求1中记载的制造方法，其中上述粒状弹性体是具有交联结构的弹性体。

3.按照权利要求1中记载的制造方法，其中上述碳质材料含有活性炭作为活性物质。

4.按照权利要求1中记载的制造方法，其中上述粉末状混合物是通过流动层造粒法或流动层多功能型造粒法制得的。