CN113628895B - 一种超级电容器极片的辊压方法 - Google Patents
一种超级电容器极片的辊压方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113628895B CN113628895B CN202110763820.6A CN202110763820A CN113628895B CN 113628895 B CN113628895 B CN 113628895B CN 202110763820 A CN202110763820 A CN 202110763820A CN 113628895 B CN113628895 B CN 113628895B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pole piece
- pressing
- supercapacitor
- rolling
- internal resistance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 125
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 58
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 16
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 11
- 238000007790 scraping Methods 0.000 claims description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 4
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 14
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 7
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 3
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000001739 rebound effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/04—Hybrid capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明公开了一种超级电容器极片的辊压方法,包括以下步骤:将极片进行两次片压,再进行一次条压;第一次片压的参数设置:压力为20±5t,速度为4±1m/min,左右间隙为0.8/0.7±0.05μm,收缩率控制在5%‑8%;第二次片压的参数设置:压力为20±5t,速度为4±1m/min,左右间隙为0.8/0.7±0.05μm,收缩率控制在10‑13%;条压的参数设置:压力为30±5t,速度为6±1m/min,左右间隙为0.7/0.6±0.05μm,收缩率控制在16‑19%。通过本发明的辊压方法得到的极片制备的超级电容器,不仅内阻更低、内阻稳定性显著提升,且循环稳定性明显提升。
Description
技术领域
本发明涉及超级电容器技术领域,尤其涉及一种超级电容器极片的辊压方法。
背景技术
随着新能源的开发与利用,新能源的储存成为了亟待解决的问题。双电层超级电容器作为一种非常重要的储能元器件成为了热门研究话题,首先,其具有非常高的功率密度,可以进行大电流的充电,保证能源的快速存储;其次,具有较高的比电容,能够储存大量的电荷,由于其储能是物理反应,所以具有优越的循环稳定性,能够保证其长时间的使用,减少反复维修的费用;再次,耐高温和耐低温的特性也使得双电层超级电容器能够在一些恶劣的条件下保证电能的正常储存;最后,双电层超级电容器也是一种非常环保、回收容易的储能器件。目前,基于碳基的双电层超级电容器实现了商业化生产,但是生产工艺尚不成熟,目前处于探索阶段。
超级电容器主要由集流体、电极材料、电解液、隔膜构成,其最重要的制备步骤是将电极材料制备成达标的极片。目前主要的超级电容器制备工艺有两种,采用湿法相对较多,干法工艺也在不断发展的阶段。不管是哪种方法,辊压工艺是必不可少的步骤,对超级电容器的内阻、稳定性、循环性能都有着非常大的影响。但目前,对辊压工艺的改进少之又少。采用现有辊压技术生产超级电容器过程中,辊压后内阻的反弹往往非常严重,对超级电容器产品性能影响巨大。并且,以现有辊压技术制备的超级电容器内阻过高,当有大电流通过时,由于过热导致超级电容器漏液、鼓包等现象。因此,急需一种能够降低内阻、提高超级电容器内阻稳定性的辊压方式。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种超级电容器极片的辊压方法,得到的极片制备的超级电容器不仅内阻更低、内阻稳定性显著提升,且循环稳定性明显提升。
本发明的目的通过下述技术方案实现:一种超级电容器极片的辊压方法,具体包括以下步骤:将极片进行两次片压,再进行一次条压。
所述片压中第一次片压的参数设置:压力为20±5t,速度为4±1m/min,左右间隙为0.8/0.7±0.05μm,收缩率控制在5%-8%。
所述片压中第二次片压的参数设置:压力为20±5t,速度为4±1m/min,左右间隙为0.8/0.7±0.05μm,收缩率控制在10-13%。
所述条压的参数设置:压力为30±5t,速度为6±1m/min,左右间隙为0.7/0.6±0.05μm,收缩率控制在16-19%。
所述的辊压环境:温度为18-22℃,湿度为18-22rh%;优选为温度为20℃,湿度为20rh%。
优选地,所述极片进行两次片压后切成细条极片,再进行条压。
优选地,所述细条极片的宽度为5-20mm。
一种超级电容器的极片,通过上述辊压方法辊压极片得到。
一种超级电容器,是将上述超级电容器的极片刮箔,卷绕成电芯,连接外电路,烘烤,干燥条件下含浸封口,得到超级电容器单体。
优选地,所述刮箔是将极片制成负极有效长度20-150mm、正极有效长度30-180mm规格的极片。
优选地,所述干燥条件是露点温度为-35℃、相对湿度为20rh%的干燥条件。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
发明人通过对辊压方式以及辊压的参数控制,得到的极片用于制备超级电容器,在保证容量的前提下,内阻稳定性显著提升,搁置一个月后内阻上升1-2mΩ,70℃高温状态恒流持续充电160h后基本不发生变化;通过控制极片的收缩率获得了更低的内阻,内阻相比市面上的超级电容器低20mΩ左右;循环后产品的内阻小于初始化成内阻的两倍;循环稳定性提升明显,循环10000次后,容量保持率高达98%以上。
附图说明
图1是实施例1中经过一次片压(Roll once)、二次片压(Roll twice)以及二次片压后再条压(Roll striping)后的三种极片制备的超级电容器单体性能检测结果统计图;其中,A为三种辊压方式处理后充放电对比图;B为二次片压后再条压的五个样品的充放电对比图;C为三种辊压方式处理后化成内阻对比图;D为三种辊压方式处理后的高温下正常工作时间对比图;E为三种辊压方式循环后的性能对比图;F为三种辊压方式循环后的内阻对比图。
图2是实施例2中经过一次片压、二次片压以及二次片压后再条压后的三种极片制备的超级电容器单体性能检测结果统计图;其中,A为三种辊压方式处理后充放电对比图;B为二次片压后再条压的五个样品的充放电对比图;C为三种辊压方式处理后化成内阻对比图;D为三种辊压方式处理后高温下正常工作时间对比图;E为三种辊压方式循环后的性能对比图;F为三种辊压方式循环后的内阻对比图。
图3是实施例3中经过一次片压、二次片压以及二次片压后再条压后的三种极片制备的超级电容器单体性能检测结果统计图;其中,A为三种辊压方式处理后充放电对比图;B为二次片压后再条压的五个样品的充放电对比图;C为三种辊压方式处理后化成内阻对比图;D为三种辊压方式处理后高温下正常工作时间对比图;E为三种辊压方式循环性能图;F为三种辊压方式循环后的内阻对比图。
图4是实施例1中未经辊压的极片微观结构图。
图5是实施例1中经过一次片压的极片微观结构图。
图6是实施例1中经过两次片压的极片微观结构图。
图7是实施例1中经过两次片压后再经一次条压的极片微观结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1制造超级电容器
以极片为基础,生产制造电压、容量为2.7V、1F的超级电容器产品。将超级电容器的极片浆料(广东风华超容公司自主研发,FH2R7L105M)利用涂布机在铝箔集流体上进行涂布,烘烤,制成极片。利用辊压机(邢台深蓝机械设备科技有限公司,型号为SL∮500*550L)分别将正负极极片进行一次、两次片压,得到两种极片,记录厚度;再利用分切机将两次片压后的极片分切成宽度为7mm的细条极片,之后将分切好的极片进行条压,得到第三种极片,记录厚度。将所记录的极片厚度通过计算转换成收缩率,数据见表1。
其中,第一次片压的条件参数为:压力为20±5t,速度为4±1m/min,左右间隙为0.8/0.7±0.05μm;第二次片压的条件参数为:压力为20±5t,速度为4±1m/min,左右间隙为(0.8/0.7)±0.05μm;第三次条压的条件参数为:压力为30±5t,速度为6±1m/min,左右间隙为0.7/0.6±0.05μm;辊压过程中温度均为20℃,湿度均为20rh%。
表1辊压后极片收缩率
样品一 | 样品二 | 样品三 | 样品四 | 样品五 | |
片压一次 | 5.1% | 6.1% | 7.9% | 5.3% | 7.2% |
片压两次 | 10.2% | 11.3% | 12.5% | 10.7% | 12.8% |
条压一次 | 16.2% | 17.5% | 18.7% | 16.2% | 18.1% |
通过表1可以看出,制备出的极片经过不同方式的辊压后,收缩率在规定的范围内(第一次片压收缩率需控制在5%-8%;第二次片压收缩率需控制在10%-13%;第三次条压收缩率需控制在16%-19%),可以看到随着辊压次数的增加收缩率在变大,同批次样品的收缩率浮动不超过3%。
在得出收缩率之后,通过刮箔,制备负极有效长度为40mm、正极有效长度50mm的极片,通过卷绕的方式将其制备成电芯,在电芯上含有正负极的导针用来连接外电路,之后继续对其进行烘烤处理。之后在露点温度为-35℃、相对湿度在20rh%的干燥条件下,进行全自动化含浸封口,制备出超级电容器单体,整个过程在干燥房中进行。在完成单体组装后,进行内阻稳定性测试(循环20000次内阻)、充电后化成内阻测试及充放电测试、循环性能测试以及高温稳定性测试。化成内阻是生产的超级电容器单体产品进行第一次充放电后的内阻,通过日置HIOKI内阻测试仪进行测试。高温稳定性测试是将生产后的超级电容器单体产品放在65℃的鼓风烘箱中保持恒流恒压持续充电,观察其出现漏液鼓包等状况的时间。本次实验每种极片制备的单体数为五个,三种极片制备的超级电容器单体中每种随机选择一个样品进行数据对比。
表2极片制备的超级电容器单体内阻
0h | 24h | 72h | 168h | 360h | |
片压一次 | 147mΩ | 151mΩ | 160mΩ | 273mΩ | 358mΩ |
片压两次 | 117mΩ | 122mΩ | 129mΩ | 159mΩ | 232mΩ |
条压一次 | 84mΩ | 86mΩ | 89mΩ | 92mΩ | 93mΩ |
从表2中可以明显看出,条压后的极片制备的超级电容器单体经过360h搁置后内阻上升10.7%,经过一次片压和两次片压的极片制备的超级电容器单体经过360h搁置后内阻上升143%、98%。从图1可以得出,三种极片制备的标称电压和容量为2.7v、1F的超级电容器,其充放电时间对比图(图1A,横坐标为时间,纵坐标为电压,从电压升到2.7在降到0.5为样品的一次充放电的过程)可以看到经过条压后的电容器放电时间显著延长,说明其能量密度有了很大的提升;同时充放电过程曲线(图1B)表现出高度的对称性,将其充电到2.7v放电到0.5v过程中无明显的电压降,两次片压后再经条压的极片制备的5个电容器单体样品的充放电曲线基本重合,说明该超级电容器单体具有较好的耐压性和一致性;通过对超级电容器单体的化成内阻进行对比,可以看出,经过两次片压的极片制备的超级电容器单体内阻达到130mΩ,条压后极片制备的超级电容器单体内阻稳定在90mΩ左右,内阻明显降低(图1C);图1D是将三种极片制备的超级电容器单体(各五个样品)放入65℃高温烘箱中进行恒流恒压持续充电,获得的高温下正常工作时间对比图,经过条压的样品160小时电压基本不发生变化,样品性能一致,而不经过条压的十个样品(片压一次、片压两次)在24h以内都出现鼓包和漏液的现象,此方法极大的提高了产品的高温稳定性;三种超级电容器单体进行循环充放电曲线对比可以发现,超级电容器单体的初始容量为1.35F(规格是1F,但是在应用过程中电压要比实际使用的大,如果产品电压为1F的话会导致这种产品在工作过程中由于电流的急速增大,可能某个瞬时电流超过1F使产品直接被击穿,因此规格设定为1F,但是在耐压要达到1F以上才能保证其正常使用),经过条压后极片制备的超级电容器单体循环20000次后容量保持率在98%,循环后容量保持在1F以上,而只经过一次片压、两次片压的极片制备的超级电容器单体循环20000次后容量保持率分别在78%、60%左右,这说明经过条压后的极片制备的超级电容器单体其循环稳定性有了很大的提升(图1E);条压后的极片制备的超级电容器单体循环后内阻小于初始化成内阻的两倍,片压一次以及两次后的极片制备的超级电容器单体循环后内阻都大于初始内阻2倍(图1F)。
实施例2
以极片为基础,生产制造电压、容量为2.7V、3F(FH2R7L305M)的超级电容器产品。将极片浆料利用涂布机在铝箔集流体上进行涂布,烘烤,制成极片。利用辊压机(邢台深蓝机械设备科技有限公司,型号为SL∮500*550)分别将正负极极片进行一次、两次片压,得到两种极片,记录厚度;再利用分切机将两次片压后的极片分切成宽度为14mm的细条极片,之后分切后的细条极片进行条压,得到第三种极片,记录厚度。将所记录的极片厚度通过计算转换成收缩率,数据见表3。
其中,第一次片压的条件参数为:压力为20±5t,速度为4±1m/min,左右间隙为0.8/0.7±0.05μm;第二次片压的条件参数为:压力为20±5t,速度为4±1m/min,左右间隙为(0.8/0.7)±0.05μm;第三次条压的条件参数为:压力为30±5t,速度为6±1m/min,左右间隙为0.7/0.6±0.05μm;辊压过程中温度均为20℃,湿度均为20rh%。
表3辊压后极片收缩率
样品一 | 样品二 | 样品三 | 样品四 | 样品五 | |
片压一次 | 5.6% | 7.3% | 6.5% | 5.4% | 7.1% |
片压两次 | 11.6% | 12.1% | 12.3% | 10.2% | 11.8% |
条压一次 | 16.6% | 18.6% | 16.4% | 17.5% | 18.3% |
通过表3可以看出,制备出的极片经过不同方式的辊压后,收缩率在规定的范围内(第一次片压收缩率需控制在5%-8%;第二次片压收缩率需控制在10%-13%;第三次条压收缩率需控制在16%-19%),可以看到随着辊压次数的增加收缩率在变大,样品的收缩率浮动都不超过3%。
在得出收缩率之后,通过刮箔,制备负极有效长度为56mm,正极有效长度71mm的极片,通过卷绕的方式将其制备成电芯,在电芯上含有正负极的导针用来连接外电路,之后继续对其进行烘烤处理。之后在露点温度为-35℃,相对湿度在20rh%的干燥条件下,进行全自动化含浸封口,制备出超级电容器单体,整个过程在干燥房中进行。在完成单体组装后,进行内阻稳定性测试、充电后化成内阻测试及后续充放电测试、循环性能测试以及高温稳定性测试。本次实验每种极片制备的单体数为五个,三种极片制备的超级电容器单体中每种随机选择一个样品进行数据对比。
表4极片制备的超级电容器单体内阻
0h | 24h | 72h | 168h | 360h | |
片压一次 | 120mΩ | 155mΩ | 171mΩ | 189mΩ | 227mΩ |
片压两次 | 64mΩ | 72mΩ | 84mΩ | 99mΩ | 107mΩ |
条压一次 | 43mΩ | 45mΩ | 48mΩ | 50mΩ | 53mΩ |
从表4中可以明显看出,条压后的极片制备的超级电容器单体经过360h搁置后内阻上升23.2%,经过一次片压和两次片压的极片制备的超级电容器单体经过360h搁置后内阻上升89.1%、67.1%。从图2可以得出,三种极片制备的标称电压容量为2.7v、3F的超级电容器,其充放电时间对比图(图2A同上)可以看到经过条压后的电容器放电时间显著延长,说明其能量密度有了很大的提升;同时充放电过程曲线(图2B)表现出高度的对称性,将其充电到2.7v放电到0.5v过程中无明显的电压降,两次片压后再经条压的极片制备的5个电容器单体样品的充放电曲线基本重合,说明该超级电容器单体具有较好的耐压性和一致性;通过对超级电容器单体的化成内阻进行对比,可以看出,经过两次片压的极片制备的超级电容器单体内阻达到60mΩ左右,条压后极片制备的超级电容器单体内阻稳定在40mΩ左右,内阻明显降低(图2C),每种超级电容器单体五个样品的内阻值基本一致;图2D是将超级电容器单体放入65℃高温烘箱中进行恒流恒压持续充电,获得的高温下正常工作时间对比图,经过条压后极片制备的超级电容器单体经过160小时基本不发生变化,而不经过条压的产品在24h以内出现鼓包和漏液的现象,证明了条压后极大提高了产品的高温稳定性;三种超级电容器单体进行循环充放电曲线对比可以发现,超级电容器单体的初始容量为3.4F,经过条压后极片制备的超级电容器单体循环20000次后容量保持率在98%,循环后容量保持在3F以上,而只经过一次片压、两次片压的极片制备的超级电容器单体循环20000次后容量保持率分别在83%、73%左右,这说明经过条压后的极片制备的超级电容器单体其循环稳定性也有了很高的提升(图2E);循环后产品的内阻小于初始化成内阻的两倍,片压一次以及两次后的极片制备的超级电容器单体循环后内阻都大于初始内阻2倍之上(图2F)。
实施例3
以极片为基础,生产制造电压容量为2.7V 10F(FH2R7L106M)超级电容器产品。将极片浆料利用涂布机在铝箔集流体上进行涂布,烘烤,制成极片。利用辊压机(邢台深蓝机械设备科技有限公司,型号为SL∮500*550L)分别将正负极极片进行一次、两次片压,得到两种极片,记录厚度;再利用分切机将两次片压后极片分切成宽度为18mm的细条极片,之后将分切好的极片进行条压,得到第三种极片,记录厚度。将所记录的极片厚度通过计算转换成收缩率,数据见表5。
其中,第一次片压的条件参数为:压力为20±5t,速度为4±1m/min,左右间隙为0.8/0.7±0.05μm;第二次片压的条件参数为:压力为20±5t,速度为4±1m/min,左右间隙为(0.8/0.7)±0.05μm;第三次条压的条件参数为:压力为30±5t,速度为6±1m/min,左右间隙为0.7/0.6±0.05μm;辊压过程中温度均为20℃,湿度均为20rh%。
表5辊压后极片收缩率
样品一 | 样品二 | 样品三 | 样品四 | 样品五 | |
片压一次 | 6.3% | 5.3% | 7.2% | 6.5% | 5.1% |
片压两次 | 11.9% | 10.5% | 12.8% | 12.2% | 10.3% |
条压一次 | 17.6% | 16.4% | 18.2% | 17.9% | 16.2% |
通过表5可以看出,制备出的极片经过不同方式的辊压后,收缩率在规定的范围内(第一次片压收缩率需控制在5%-8%;第二次片压收缩率需控制在10%-13%;第三次条压收缩率需控制在16%-19%),可以看到随着辊压次数的增加收缩率在变大,同批次样品的收缩率浮动都不超过3%。
在得出收缩率之后,通过刮箔,负极有效长度为132mm、正极取有效长度152mm的极片,通过卷绕的方式将其制备成电芯,在电芯上含有正负极的导针用来连接外电路,之后继续对其进行烘烤处理。之后在露点温度为-35℃,相对湿度在20rh%的干燥条件下,进行全自动化含浸封口,制备出超级电容器单体,整个过程在干燥房中进行。在完成单体组装后,进行内阻稳定性测试、充电后化成内阻测试及后续充放电测试、循环性能测试以及高温稳定性测试。本次实验每种极片制备的单体数为五个,三种极片制备的超级电容器单体中每种随机选择一个样品进行数据对比。
表6极片制备的超级电容器单体内阻
0h | 24h | 72h | 168h | 360h | |
片压一次 | 82mΩ | 98mΩ | 107mΩ | 135mΩ | 156mΩ |
片压两次 | 34mΩ | 39mΩ | 47mΩ | 55mΩ | 62mΩ |
条压一次 | 26mΩ | 27mΩ | 28mΩ | 29mΩ | 31mΩ |
从表6中可以明显看出,条压后的极片制备的超级电容器单体经过360h搁置后内阻上升19.2%,经过一次片压和两次片压极片制备的超级电容器单体经过360h搁置后的内阻上升90.2%、82.3%。从图3可以得出,三种极片制备的标称电压和容量为2.7v、10F的超级电容器,其充放电时间对比图(图3A)可以看到经过条压后的电容器放电时间显著延长,说明其能量密度有了很大的提升;同时充放电过程曲线(图3B)表现出高度的对称性,将其充电到2.7v放电到0.5v过程中无明显的电压降,两次片压后再经条压的极片制备的5个电容器单体样品的充放电曲线基本重合,说明该超级电容器单体具有较好的耐压性和一致性;通过对该超级电容器单体的化成内阻进行对比,可以看出,经过两次片压的极片制备的超级电容器单体内阻达到38mΩ左右,条压后极片制备的超级电容器单体内阻稳定在28mΩ左右,内阻明显降低(图3C);图3D为将三种极片制备的超级电容器单体(各五个样品)放入65℃高温烘箱中进行恒流恒压持续充电,获得的高温下正常工作时间对比图,经过条压后极片制备的超级电容器单体经过160小时基本不发生变化,而不经过条压的产品在24h以内进本出现鼓包和漏液的现象,此方法极大的提高了产品的高温稳定性;三种超级电容器单体进行循环充放电曲线对比可以发现,超级电容器单体的初始容量为10.4F,经过条压后极片制备的超级电容器单体循环20000次后容量保持率在98%,循环后容量保持在10F以上,而只经过一次片压、两次片压的极片制备的超级电容器单体循环20000次后容量保持率分别在87%,81%左右,这说明经过条压后的极片制备的超级电容器单体其循环稳定性也有了很高的提升(图3E);循环后产品的内阻小于初始化成内阻的两倍,片压一次以及两次后的极片制备的超级电容器单体循环后内阻都大于初始内阻2倍之上(图3F)。
扫描电子显微镜(SEM)观察实施例1未经辊压、经过一次片压、两次片压和片压后再经一次条压后的极片微观结构、严实密度。未经辊压的极片厚度如图4所示,铝箔两面活性物质厚度分别为101.2μm、68.85μm。片压一次后极片厚度如图5所示,可以看到,铝箔两面活性物质的厚度分别为94.16μm、66.99μm。片压两次后极片厚度如图6所示,可以看到,铝箔两边活性物质的厚度分别为85.6μm、64.38μm。图7为片压两次后再经条压的极片扫描电镜图,可以看到,铝箔两边的活性物质为77.35μm、62.15μm。经过一次片压、二次片压以及二次片压后再条压后极片收缩率分别为5.2%,11.8%,17.9%。从三次辊压后的扫描电镜可以看出,随着每一次的辊压,活性物质的厚度都在变小,这是由于活性物质在涂布烘烤后是自然依靠重力的作用、通过浆料的流动性流到铝箔上,通过烘烤后与铝箔结合形成了极片。这种状态下的极片是存在很多空隙,通过一次片压能后能够将极片中的部分空气压缩出去。这时的压力要控制在一定范围内,不能过大也不能过小,过大会导致极片的内部变形过于严重,导致活性物质脱落,而过小又使极片内部空气不会被压缩出去。二次片压是为了进一步将存在在极片中的空气压出的同时又一定程度上减小其反弹的作用。但是由于分子间的作用力,将极片压实后其由于碳原子的原子云发生了重叠,产生了剧烈的排斥力,因此,在经过一段时间后其反弹严重。而进行条压后,虽然也会由于分子间作用力反生反弹现象,但是由于分子间的无规则运动,二者更加紧密的接触后也会产生部分结合现象。另外,由于制成成品的相对时间短,极片内部空气含量更低等因素,极片内阻稳定性有了极大的提高。在传统的辊压工艺中,一般进行两次辊压,由于后续分切对极片产生剪切应力,也会导致其不能够保持辊压后的收缩率,一般反弹情况严重。在分切后进行条压可以有效的阻止极片的进一步反弹。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种超级电容器极片的辊压方法,其特征在于,包括以下步骤:将极片进行两次片压,再进行一次条压;
所述片压中第一次片压的参数设置:压力为20±5t,速度为4±1m/min,左右间隙为0.8/0.7±0.05μm,收缩率控制在5%-8%;
所述片压中第二次片压的参数设置:压力为20±5t,速度为4±1m/min,左右间隙为0.8/0.7±0.05μm,收缩率控制在10-13%;
所述条压的参数设置:压力为30±5t,速度为6±1m/min,左右间隙为0.7/0.6±0.05μm,收缩率控制在16-19%;
所述极片进行两次片压后切成细条极片,再进行条压。
2.根据权利要求1所述超级电容器极片的辊压方法,其特征在于,辊压环境:温度为18-22℃,湿度为18-22rh%。
3.根据权利要求2所述超级电容器极片的辊压方法,其特征在于,辊压环境:温度为20℃,湿度为20rh%。
4.根据权利要求1所述超级电容器极片的辊压方法,其特征在于,所述细条极片的宽度为5-20mm。
5.一种超级电容器的极片,其特征在于,通过权利要求1-4任一项所述辊压方法辊压极片得到。
6.一种超级电容器,其特征在于,是将权利要求5所述超级电容器的极片刮箔,卷绕成电芯,连接外电路,烘烤,干燥条件下含浸封口,得到超级电容器单体。
7.根据权利要求6所述超级电容器,其特征在于,所述刮箔是将极片制成负极有效长度20-150mm、正极有效长度30-180mm规格的极片。
8.根据权利要求6或7所述超级电容器,其特征在于,所述干燥条件是露点温度为-35℃、相对湿度为20rh%的干燥条件。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110763820.6A CN113628895B (zh) | 2021-07-06 | 2021-07-06 | 一种超级电容器极片的辊压方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110763820.6A CN113628895B (zh) | 2021-07-06 | 2021-07-06 | 一种超级电容器极片的辊压方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113628895A CN113628895A (zh) | 2021-11-09 |
CN113628895B true CN113628895B (zh) | 2022-08-19 |
Family
ID=78379158
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110763820.6A Active CN113628895B (zh) | 2021-07-06 | 2021-07-06 | 一种超级电容器极片的辊压方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113628895B (zh) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005311056A (ja) * | 2004-04-21 | 2005-11-04 | Sii Micro Parts Ltd | シート型電気二重層キャパシタの製造方法 |
CN101699589A (zh) * | 2009-11-18 | 2010-04-28 | 凯迈嘉华(洛阳)新能源有限公司 | 一种超级电容器电极极片的制备方法 |
CN102543470A (zh) * | 2012-01-16 | 2012-07-04 | 中国电力科学研究院 | 一种水系超级电容器用低内阻二氧化锰电极及其制备方法 |
CN106298258A (zh) * | 2015-12-29 | 2017-01-04 | 山东精工电子科技有限公司 | 一种新型超级电容器的制备方法 |
CN110459410A (zh) * | 2019-07-24 | 2019-11-15 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种超级电容器浆料的制备方法及其使用超级电容器浆料制备的超级电容器 |
CN110676426A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-01-10 | 东莞汇洋动力科技有限公司 | 一种电池极片辊压装置及方法 |
CN112133882A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-25 | 渤海大学 | 一种电化学储能器件用电极的无溶剂制备方法 |
CN113035595A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-25 | 广州创开科技有限公司 | 一种新一代技术的超级电容极片压实设备 |
-
2021
- 2021-07-06 CN CN202110763820.6A patent/CN113628895B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005311056A (ja) * | 2004-04-21 | 2005-11-04 | Sii Micro Parts Ltd | シート型電気二重層キャパシタの製造方法 |
CN101699589A (zh) * | 2009-11-18 | 2010-04-28 | 凯迈嘉华(洛阳)新能源有限公司 | 一种超级电容器电极极片的制备方法 |
CN102543470A (zh) * | 2012-01-16 | 2012-07-04 | 中国电力科学研究院 | 一种水系超级电容器用低内阻二氧化锰电极及其制备方法 |
CN106298258A (zh) * | 2015-12-29 | 2017-01-04 | 山东精工电子科技有限公司 | 一种新型超级电容器的制备方法 |
CN110459410A (zh) * | 2019-07-24 | 2019-11-15 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种超级电容器浆料的制备方法及其使用超级电容器浆料制备的超级电容器 |
CN110676426A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-01-10 | 东莞汇洋动力科技有限公司 | 一种电池极片辊压装置及方法 |
CN112133882A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-25 | 渤海大学 | 一种电化学储能器件用电极的无溶剂制备方法 |
CN113035595A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-25 | 广州创开科技有限公司 | 一种新一代技术的超级电容极片压实设备 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113628895A (zh) | 2021-11-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111725485B (zh) | 一种负极片及电池 | |
CN111524713B (zh) | 一种圆柱形锂离子电容器及其制备方法 | |
EP4199135A1 (en) | Negative electrode plate and secondary battery | |
CN103151183A (zh) | 一种电极的制作方法、储能装置及其制作方法 | |
CN112736218B (zh) | 锂电池负极片及卷绕式电芯及锂离子电池 | |
CN112750975B (zh) | 锂电池正极片及卷绕式电芯及锂离子电池 | |
CN114050234B (zh) | 一种负极片及包括该负极片的锂离子电池 | |
CN111900329A (zh) | 一种极片及其制备方法和用途 | |
CN109309190A (zh) | 一种锂离子电池极片碾压方法 | |
CN110649265B (zh) | 一种导电剂材料、电池极片及应用 | |
CN113628895B (zh) | 一种超级电容器极片的辊压方法 | |
CN112736217A (zh) | 锂电池负极片及卷绕式电芯及锂离子电池 | |
KR20110113245A (ko) | 슈퍼커패시터 셀의 제조방법 | |
KR101860755B1 (ko) | 전기적 안정성이 우수한 울트라커패시터 전극용 조성물, 이를 이용한 울트라커패시터 전극의 제조방법 및 상기 제조방법을 이용하여 제조된 울트라커패시터 | |
CN112750974B (zh) | 锂电池正极片及卷绕式电芯及锂离子电池 | |
CN113675370A (zh) | 一种正极片和锂离子电池 | |
CN114039022A (zh) | 改善高电压锂电池循环性能的负极极片及制备方法和应用 | |
CN101453008A (zh) | 电池正极极片及制作方法以及具有该电池正极极片的电池 | |
CN110391393A (zh) | 一种卷绕式圆柱锂电池电极 | |
WO2007132655A1 (ja) | 二次電池用電極およびその製造方法 | |
CN113675371B (zh) | 一种正极极片及其制备方法、锂离子电池 | |
CN118213481A (zh) | 富锂负极片、制备方法及其应用 | |
CN109616618B (zh) | 一种用于提高极板活性物质利用率的方法及其设备 | |
CN116864628A (zh) | 阳极片制备方法、阳极片及电池制备方法、电池 | |
KR100596693B1 (ko) | 초고용량 커패시터용 활성탄 전극의 제조방법 및 이에따라 제조된 펠렛 형태의 활성탄 전극 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |