JP5667309B2 - 電極板及びその調製方法、並びにスーパーコンデンサ及びリチウムイオン電池 - Google Patents
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Description
本発明は電極板及びその調製方法に関し、また、本発明はさらに該電極板が使用されたスーパーコンデンサ及びリチウムイオン電池に関する。
スーパーコンデンサは、スーパー容量電気化学コンデンサとも呼ばれ、一般にコンデンサと二次電池との間に介在する新型のエネルギー貯蔵装置である。スーパーコンデンサの貯蔵するエネルギー密度は従来のコンデンサの１０倍以上であり、電池に比べ、パワー密度がより高く、充放電時間が短く、充放電効率が高く、循環使用寿命が長い等の長所を有し、同時に、スーパーコンデンサはさらに動作温度範囲が広く（−４０℃〜７５℃）、信頼性がよく、省エネルギー及び環境保護等の特徴を有するため、微小機械の予備用電源、ソーラー充電装置、警報装置、家電、カメラフラッシュ及びフライトの点火装置等に汎用されることができ、特に電気自動車分野における開発応用は、すでに世界的に注目されている。
スーパーコンデンサ及びリチウムイオン電池の基本的な要求は、容量が大きく、体積が小さく、エネルギー密度及びパワー密度が高いことである。エネルギー密度の計算式Ｅ＝１/２ＣＵ２に基づいて分かるように、エネルギー密度を向上させようとするとき、容量比が向上すれば実現でき、容量比は主にその電極材料に関連する。但し、スーパーコンデンサ及びリチウムイオン電池を製作するための従来の電極材料は、導電性に限度がある等の問題が普通に存在しているため、生産されたスーパーコンデンサ及びリチウムイオン電池のエネルギー密度は向上しにくい。
これに鑑みて、導電性の優れた電極板を提供することが必要である。
基板と、基板に塗布されるコーティングと、を含む電極板であって、コーティングはフッ化酸化グラフェン材料を含有する。
好ましくは、コーティングは、さらに導電剤及び粘着剤を含み、且つ導電剤、粘着剤及びフッ化酸化グラフェン材料の質量百分率は、それぞれｘ、ｙ、ｚであって、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、２％＜ｘ＜１５％、３％＜ｙ＜１５％、７５％＜ｚ＜９５％である。より好ましくは、導電剤、粘着剤及びフッ化酸化グラフェン材料の質量比は１：１：８、１：１：１８、２．５：１：８．５である。
好ましくは、導電剤は、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、導電黒鉛及び導電カーボンブラックのうちの少なくとも１種で、粘着剤は、ポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレンのうちの少なくとも１種である。
好ましくは、コーティングの厚さは、１０μｍ〜２００μｍである。
前記電極板の製作は、優れた導電性を有するフッ化酸化グラフェンが使用されており、比較的高いエネルギー密度及び電気伝導効率を有する。また、フッ化酸化グラフェンは、電解液材料との浸潤性がよく、高圧に耐え、且つフッ化酸化グラフェンは放電反応過程において炭素を生成し、材料の利用率がほぼ１００％に達しており、放電する時に内部抵抗が増加されておらず、放電電圧が放電の末期までも安定できるため、電極板全体は比較的高い安定性を有する。
また、導電性の優れた電極板の製作方法を提供することが必要である。
電極板の製作方法であって、フッ化酸化グラフェン材料を調製または提供し、前記フッ化酸化グラフェン材料を導電剤、粘着剤と混合してコーティング液に調製するステップと、前記コーティング液を基板に塗布してコーティングを形成し、乾燥した後極片を形成するステップと、前記極片を圧延、切断して、電極板を形成するステップと、を含む。
好ましくは、フッ化酸化グラフェン材料を調製することは、黒鉛原料を使用して酸化グラフェンを調製するステップと、前記酸化グラフェンをＮ２及びＦ２によって構成される混合ガスと２０℃〜２００℃下で０．５時間〜２４時間反応させて前記フッ化酸化グラフェン材料を調製するステップと、を含む。
好ましくは、前記導電剤、粘着剤及びフッ化酸化グラフェン材料の質量百分率は、それぞれｘ、ｙ、ｚ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であって、２％＜ｘ＜１５％、３％＜ｙ＜１５％、７５％＜ｚ＜９５％で、より好ましくは、導電剤、粘着剤及びフッ化グラフェン材料の質量比は、１：１：８、１：１：１８、２：１：８．５で、前記導電剤は、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、導電黒鉛及び導電カーボンブラックのうちの少なくとも１種で、前記粘着剤は、ポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレンのうちの少なくとも１種である。
好ましくは、前記コーティングの厚さは、１０μｍ〜２００μｍである。
前記調製方法は、
操作が簡単で、設備に対する要求が低いため、汎用されることができる。
操作が簡単で、設備に対する要求が低いため、汎用されることができる。
また、さらにエネルギー密度の比較高いスーパーコンデンサ及びリチウムイオン電池を提供することが必要である。該スーパーコンデンサは、前記電極板を使用して製作され、比較的高いエネルギー密度及び電気伝導効率を有する。前記電極板はさらに、リチウムイオン電池の負極として使用されることができ、製作されたリチウムイオン電池のエネルギー密度が比較的高く、安定性が比較的よい。
以下、主に図面及び具体的な実施例を参照して、電極板及びその調製方法、並びにスーパーコンデンサ及びリチウムイオン電池に対してさらに詳細に説明する。
１つの実施形態の電極板は、基板と、基板に塗布されるコーティングと、を含み、コーティングはフッ化酸化グラフェン材料を含有する。
基板は、導電性のよい金属基板、例えばアルミ基板、銅基板及びニッケル基板などが好ましい。
コーティングの厚さは１０μｍ〜２００μｍである。好ましくは、コーティングはさらに導電剤及び粘着剤を含み、且つ導電剤、粘着剤及びフッ化酸化グラフェン材料の質量百分率は、それぞれｘ、ｙ、ｚであって、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、２％＜ｘ＜１５％、３％＜ｙ＜１５％、７５％＜ｚ＜９５％である。より好ましくは、導電剤、粘着剤及びフッ化グラフェン材料の質量比は１：１：８、１：１：１８、２．５：１：８．５である。導電剤はアセチレンブラック、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、導電黒鉛及び導電カーボンブラックのうちの少なくとも１種であってもよく、粘着剤はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＴＥ）等の電池粘着剤のうちの少なくとも１種であってもよい。
前記電極板の製作は、優れた導電性を有するフッ化酸化グラフェンが使用されているため、比較的高いエネルギー密度及び電気伝導効率を有する。また、フッ化酸化グラフェンは電解液材料との浸潤性がよく、フッ化酸化グラフェンは、放電反応過程において炭素を生成し、材料の利用率がほぼ１００％に達しており、放電する時に内部抵抗が増加されておらず、放電電圧が放電の末期までも安定できるため、電極板全体は比較的高い安定性を有する。
図１に示すように、前記電極板の製作方法であって、以下のステップを含む。
（ステップＳ１：フッ化酸化グラフェン材料を提供し、前記フッ化酸化グラフェン材料を導電剤、粘着剤と混合してコーティング液に調製する。）
フッ化酸化グラフェン材料は、従来の方法によって調製されてもよく、以下の方法によって調製されてもよい。
フッ化酸化グラフェン材料は、従来の方法によって調製されてもよく、以下の方法によって調製されてもよい。
＜ステップＳ１１黒鉛原料を提供し、前記黒鉛原料を使用して酸化グラフェンを調製する。＞
黒鉛粉末、過硫酸カリウム及び五酸化二リンを７０℃〜１００℃の濃硫酸に加え、撹拌して均一にした後６時間以上冷却し、ろ過を行い、沈殿物を中性になるまで洗浄し、乾燥した後０℃の濃硫酸に加え、その後過マンガン酸カリウムを加え、且つ反応系の温度を２０℃以下に２時間〜４時間維持し、さらに３５℃のオイルバスオイルバスに２時間〜４時間保持し、その後反応系の色がブリリアントイエローになるまで反応系に対して過酸化水素含有の脱イオン水溶液を加え、真空ろ過し、塩酸で沈殿物を洗浄し、真空乾燥した後、酸化グラフェンを得る。
黒鉛粉末、過硫酸カリウム及び五酸化二リンを７０℃〜１００℃の濃硫酸に加え、撹拌して均一にした後６時間以上冷却し、ろ過を行い、沈殿物を中性になるまで洗浄し、乾燥した後０℃の濃硫酸に加え、その後過マンガン酸カリウムを加え、且つ反応系の温度を２０℃以下に２時間〜４時間維持し、さらに３５℃のオイルバスオイルバスに２時間〜４時間保持し、その後反応系の色がブリリアントイエローになるまで反応系に対して過酸化水素含有の脱イオン水溶液を加え、真空ろ過し、塩酸で沈殿物を洗浄し、真空乾燥した後、酸化グラフェンを得る。
＜ステップＳ１２：前記酸化グラフェンをＮ２及びＦ２によって構成される混合ガス（以下、フッ素・窒素混合ガスと称する）に加え、２０℃〜２００℃下で０．５時間〜２４時間反応させて前記フッ化酸化グラフェンを調製する。＞
乾燥した後の酸化グラフェンを反応装置に加えて乾燥窒素ガスを０．５時間〜４時間注入した後フッ素・窒素混合ガスを注入し、２０℃〜２００℃下で０．５時間〜２４時間反応させて、フッ化酸化グラフェンを得る。フッ素・窒素混合ガスにおけるフッ素ガスの体積百分率は５％〜３０％である。
乾燥した後の酸化グラフェンを反応装置に加えて乾燥窒素ガスを０．５時間〜４時間注入した後フッ素・窒素混合ガスを注入し、２０℃〜２００℃下で０．５時間〜２４時間反応させて、フッ化酸化グラフェンを得る。フッ素・窒素混合ガスにおけるフッ素ガスの体積百分率は５％〜３０％である。
導電剤、粘着剤及びフッ化酸化グラフェン材料の質量百分率は、それぞれｘ、ｙ、ｚであって、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、２％＜ｘ＜１５％、３％＜ｙ＜１５％、７５％＜ｚ＜９５％であり、より好ましくは、導電剤、粘着剤及びフッ化グラフェン材料の質量比は１：１：８、１：１：１８、２．５：１：８．５である。導電剤はアセチレンブラック、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、導電黒鉛及び導電カーボンブラックのうちの少なくとも１種であってもよく、粘着剤はポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレンのうちの少なくとも１種であってもよい。
（ステップＳ２：前記コーティング液を基板に塗布してコーティングを形成し、乾燥した後極片を形成する。）
好ましくは、コーティングの厚さは１０μｍ〜２００μｍである。
好ましくは、コーティングの厚さは１０μｍ〜２００μｍである。
（ステップＳ３：前記極片を圧延、切断して、電極板を形成する。）
前記製作方法は、操作が簡単で、設備に対する要求が低く、汎用できる。
前記製作方法は、操作が簡単で、設備に対する要求が低く、汎用できる。
前記電極板は、優れた導電性を有するため、スーパーコンデンサ及びリチウムイオン電池の製造分野に汎用できる。
例えば、前記電極板を使用して製作されたスーパーコンデンサは、比較的高いエネルギー密度及び電気伝導効率を有する。該スーパーコンデンサは、製作するときにグローブボックスにおいて電極板と対応する隔膜及び電解液とをスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいて組み立て、その後一日静置した後充放電試験を行う。スーパーコンデンサに応用される隔膜は、ポリプロピレン隔膜が好ましく、本分野における常用のその他の隔膜によって代用されることもでき、スーパーコンデンサに応用される電解液は通常の電解液であってもよく（例えば水系のＫＯＨ等、有機系のＮＭｅ４ＢＦ４等）、イオン液体電解液（例えばＬｉＴＦＳＩ/ＥＭＩＴＦＳＩ等）であってもよい。
前記電極板を使用して電池負極とするリチウムイオン電池は、エネルギー密度が比較的高く、安定性が比較的よい。リチウムイオン電池に常用される電解液は、有機系電解液（例えばＬｉＦ６ ＰＣ ＥＣ等）であってもよく、イオン液体電解液（例えばＬｉＴＦＳＩ/ＢＭＩＴＦＳＩ）であってもよい。電池を組み立てた後、２４時間静置した後性能を測定する。
以下は、具体的な実施例である。
（実施例１）
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：黒鉛→酸化グラフェン→フッ化酸化グラフェン
使用されたグラフェンの純度は９９．５％である。
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：黒鉛→酸化グラフェン→フッ化酸化グラフェン
使用されたグラフェンの純度は９９．５％である。
＜酸化グラフェンの調製＞
改良されたＨｕｍｍｅｒｓ法によって酸化グラフェンを調製し、まず５０メッシュの黒鉛粉末２０ｇ、１０ｇの過硫酸カリウム及び１０ｇの五酸化二リンを８０℃の濃硫酸に加え、撹拌して均一にし、６時間以上冷却し、ろ過を行い、沈殿物を中性になるまで洗浄した後乾燥する。乾燥された後の沈殿物を０℃、２３０ｍｌの濃硫酸に加え、さらに６０ｇの過マンガン酸カリウムを加え、混合物の温度を２０℃以下に維持し、その後３５℃のオイルバスにおいて２時間維持した後、９２０ｍｌの脱イオン水を徐々に加える。１５分後、さらに２．８Ｌの脱イオン水（そのうち、３０％濃度の過酸化水素５０ｍｌを含有する）を加えると、その後混合物の色がブリリアントイエローになる。熱いうちに真空ろ過し、さらに濃度が１０％である塩酸５Ｌを使用して洗浄を行い、真空ろ過し、６０℃下で４８時間真空乾燥して酸化グラフェンを得る。
改良されたＨｕｍｍｅｒｓ法によって酸化グラフェンを調製し、まず５０メッシュの黒鉛粉末２０ｇ、１０ｇの過硫酸カリウム及び１０ｇの五酸化二リンを８０℃の濃硫酸に加え、撹拌して均一にし、６時間以上冷却し、ろ過を行い、沈殿物を中性になるまで洗浄した後乾燥する。乾燥された後の沈殿物を０℃、２３０ｍｌの濃硫酸に加え、さらに６０ｇの過マンガン酸カリウムを加え、混合物の温度を２０℃以下に維持し、その後３５℃のオイルバスにおいて２時間維持した後、９２０ｍｌの脱イオン水を徐々に加える。１５分後、さらに２．８Ｌの脱イオン水（そのうち、３０％濃度の過酸化水素５０ｍｌを含有する）を加えると、その後混合物の色がブリリアントイエローになる。熱いうちに真空ろ過し、さらに濃度が１０％である塩酸５Ｌを使用して洗浄を行い、真空ろ過し、６０℃下で４８時間真空乾燥して酸化グラフェンを得る。
＜フッ化酸化グラフェンの調製＞
乾燥された酸化グラフェンを反応装置に加え、まず乾燥の窒素ガスを１．５時間注入し、その後フッ素・窒素混合ガスを注入してグラフェンと１００℃下で１時間反応させて、フッ化酸化グラフェンを得る。フッ素・窒素混合ガスにおけるフッ素ガスは混合ガスの１０％を占め、窒素ガスはフッ素ガスの希釈ガスとして使用される。
乾燥された酸化グラフェンを反応装置に加え、まず乾燥の窒素ガスを１．５時間注入し、その後フッ素・窒素混合ガスを注入してグラフェンと１００℃下で１時間反応させて、フッ化酸化グラフェンを得る。フッ素・窒素混合ガスにおけるフッ素ガスは混合ガスの１０％を占め、窒素ガスはフッ素ガスの希釈ガスとして使用される。
（２）電極板の製作：極片→極片圧延→電極板
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン１．５ｇ、アセチレンブラック０．２５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属アルミ箔に塗布し、塗布の厚さは２００μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン１．５ｇ、アセチレンブラック０．２５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属アルミ箔に塗布し、塗布の厚さは２００μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の圧延＞
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは１６５μｍである。
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは１６５μｍである。
＜切断＞
圧延された極片を孔抜き装置で直径１０ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
圧延された極片を孔抜き装置で直径１０ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
（３）スーパーコンデンサの組み立て
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜はｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は０．５ｍｏｌ/Ｌの１−エチル−３−メチルイミダゾールテトラフルオロホウ酸塩溶液である。
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜はｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は０．５ｍｏｌ/Ｌの１−エチル−３−メチルイミダゾールテトラフルオロホウ酸塩溶液である。
図２は製作されたスーパーコンデンサの定電流充放電の曲線図（横軸：時間（ｔｉｍｅ）、単位秒（ｓ）、縦軸：電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）、単位ボルト（Ｖ））であり、そのうち、電圧範囲が０ボルト〜２．０ボルトで、電流が１Ａ／ｇの電極片である。図２から分かるように、該スーパーコンデンサの充放電曲線は比較的よいリニア特徴を有し、定電流充放電曲線から分かるように、充放電曲線が正三角形に近く、放電曲線の電位と時間とがリニア関係を有し、顕著な電気二重層の特徴を表す。且つ電圧降下が非常に小さいため、材料の内部抵抗が非常に小さく、快速な充放電に適することを表し、容量は９０．８ Ｆ/ｇである。表１から分かるように、該スーパーコンデンサの充電比容量は９８．７５ Ｆ/ｇで、放電比容量は９０．３８ Ｆ/ｇで、充放電効率は９１．５２％と、充放電の効率は比較的高い。
（実施例２）
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（２）電極板の製作：極片→極片圧延→電極板
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン２．５ｇ、カーボンナノチューブ０．２５ｇ、ポリテトラフルオロエチレン０．２５ｇを混合し、エタノールを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後発泡ニッケルに塗布し、塗布の厚さは１６０μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン２．５ｇ、カーボンナノチューブ０．２５ｇ、ポリテトラフルオロエチレン０．２５ｇを混合し、エタノールを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後発泡ニッケルに塗布し、塗布の厚さは１６０μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の圧延＞
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは1２０μｍである。
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは1２０μｍである。
＜切断＞
圧延された極片を孔抜き装置で直径８ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
圧延された極片を孔抜き装置で直径８ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
（３）スーパーコンデンサの組み立て
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜がｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は１ｍｏｌ/Ｌの水酸化カリウム溶液である。表１から分かるように、該スーパーコンデンサの充電比容量は１８５．６９ Ｆ/ｇで、放電比容量は１８２．３６Ｆ/ｇで、充放電効率は９８．２１％で、充放電の効率は比較的高い。
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜がｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は１ｍｏｌ/Ｌの水酸化カリウム溶液である。表１から分かるように、該スーパーコンデンサの充電比容量は１８５．６９ Ｆ/ｇで、放電比容量は１８２．３６Ｆ/ｇで、充放電効率は９８．２１％で、充放電の効率は比較的高い。
（実施例３）
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（２）電極板の製作：極片→極片圧延→電極板
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン３．７５ｇ、カーボンナノチューブ０．２５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属銅箔に塗布し、塗布の厚さは８０μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン３．７５ｇ、カーボンナノチューブ０．２５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属銅箔に塗布し、塗布の厚さは８０μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の圧延＞
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは５０μｍである。
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは５０μｍである。
＜切断＞
圧延された極片を孔抜き装置で直径１２ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
圧延された極片を孔抜き装置で直径１２ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
（３）スーパーコンデンサの組み立て
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜はｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は１ ｍｏｌ/ＬのＮＭｅ４ＢＦ４/ＰＣ溶液である。表１から分かるように、該スーパーコンデンサの充電比容量は１０１．３５Ｆ/ｇで、放電比容量は９５．３６Ｆ/ｇで、充放電効率は９４．０９％で、充放電の効率は比較的高い。
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜はｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は１ ｍｏｌ/ＬのＮＭｅ４ＢＦ４/ＰＣ溶液である。表１から分かるように、該スーパーコンデンサの充電比容量は１０１．３５Ｆ/ｇで、放電比容量は９５．３６Ｆ/ｇで、充放電効率は９４．０９％で、充放電の効率は比較的高い。
（実施例４）
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（２）電極板の製作：極片→極片圧延→電極板
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン５．０ｇ、導電黒鉛０．２５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属銅箔に塗布し、塗布の厚さは５０μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン５．０ｇ、導電黒鉛０．２５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属銅箔に塗布し、塗布の厚さは５０μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の圧延＞
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは４０μｍである。
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは４０μｍである。
＜切断＞
圧延された極片を孔抜き装置で直径１２ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
圧延された極片を孔抜き装置で直径１２ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
（３）スーパーコンデンサの組み立て
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜はｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は１ ｍｏｌ/ＬのＮＭｅ４ＢＦ４/ＰＣ溶液である。表１から分かるように、該スーパーコンデンサの充電比容量は１１２．６９ Ｆ/ｇで、放電比容量は１０８．６３Ｆ/ｇで、充放電効率は９６．４０％で、充放電の効率は比較的高い。
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜はｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は１ ｍｏｌ/ＬのＮＭｅ４ＢＦ４/ＰＣ溶液である。表１から分かるように、該スーパーコンデンサの充電比容量は１１２．６９ Ｆ/ｇで、放電比容量は１０８．６３Ｆ/ｇで、充放電効率は９６．４０％で、充放電の効率は比較的高い。
（実施例５）
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（２）電極板の製作：極片→極片圧延→電極板
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン６．２５ｇ、導電黒鉛０．２５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属銅箔に塗布し、塗布の厚さは１００μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン６．２５ｇ、導電黒鉛０．２５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属銅箔に塗布し、塗布の厚さは１００μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の圧延＞
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは８０μｍである。
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは８０μｍである。
＜切断＞
圧延された極片を孔抜き装置で直径１２ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
圧延された極片を孔抜き装置で直径１２ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
（３）スーパーコンデンサの組み立て
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜はｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は１ ｍｏｌ/ＬのＮＭｅ４ＢＦ４/ＰＣ溶液である。表１から分かるように、該スーパーコンデンサの充電比容量は９８．８７Ｆ/ｇで、放電比容量は９０．６５Ｆ/ｇで、充放電効率は９１．６９％で、充放電の効率は比較的高い。
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜はｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は１ ｍｏｌ/ＬのＮＭｅ４ＢＦ４/ＰＣ溶液である。表１から分かるように、該スーパーコンデンサの充電比容量は９８．８７Ｆ/ｇで、放電比容量は９０．６５Ｆ/ｇで、充放電効率は９１．６９％で、充放電の効率は比較的高い。
（実施例６）
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（２）電極板の製作：極片→極片圧延→電極板
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン７．５ｇ、カーボンナノチューブ０．２５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属銅箔に塗布し、塗布の厚さは５０μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン７．５ｇ、カーボンナノチューブ０．２５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属銅箔に塗布し、塗布の厚さは５０μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の圧延＞
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは４５μｍである。
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは４５μｍである。
＜切断＞
圧延された極片を孔抜き装置で直径１２ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
圧延された極片を孔抜き装置で直径１２ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
（３）スーパーコンデンサの組み立て
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜はｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は１ ｍｏｌ/ＬのＮＭｅ４ＢＦ４/ＰＣ溶液である。表１から分かるように、該スーパーコンデンサの充電比容量は９２．９８Ｆ/ｇで、放電比容量は８８．５６Ｆ/ｇで、充放電効率は９５．２５％で、充放電の効率は比較的高い。
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜はｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は１ ｍｏｌ/ＬのＮＭｅ４ＢＦ４/ＰＣ溶液である。表１から分かるように、該スーパーコンデンサの充電比容量は９２．９８Ｆ/ｇで、放電比容量は８８．５６Ｆ/ｇで、充放電効率は９５．２５％で、充放電の効率は比較的高い。
（実施例７）
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（２）電極板の製作：極片→極片圧延→電極板
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン９．５ｇ、カーボンナノチューブ０．２５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属銅箔に塗布し、塗布の厚さは２０μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン９．５ｇ、カーボンナノチューブ０．２５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属銅箔に塗布し、塗布の厚さは２０μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の圧延＞
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは１５μｍである。
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは１５μｍである。
＜切断＞
圧延された極片を孔抜き装置で直径１２ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
圧延された極片を孔抜き装置で直径１２ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
（３）スーパーコンデンサの組み立て
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜はｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は１ ｍｏｌ/ＬのＮＭｅ４ＢＦ４/ＰＣ溶液である。表１から分かるように、該スーパーコンデンサの充電比容量は１０３．２９Ｆ/ｇで、放電比容量は９８．４６Ｆ/ｇで、充放電効率は９５．３２％で、充放電の効率は比較的高い。
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜はｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は１ ｍｏｌ/ＬのＮＭｅ４ＢＦ４/ＰＣ溶液である。表１から分かるように、該スーパーコンデンサの充電比容量は１０３．２９Ｆ/ｇで、放電比容量は９８．４６Ｆ/ｇで、充放電効率は９５．３２％で、充放電の効率は比較的高い。
（実施例８）
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（２）電極板の製作：極片→極片圧延→電極板
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン３ｇ、カーボンナノチューブ０．５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属銅箔に塗布し、塗布の厚さは１０μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン３ｇ、カーボンナノチューブ０．５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属銅箔に塗布し、塗布の厚さは１０μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の圧延＞
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは８μｍである。
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは８μｍである。
＜切断＞
圧延された極片を孔抜き装置で直径１２ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
圧延された極片を孔抜き装置で直径１２ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
（３）スーパーコンデンサの組み立て
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜はｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は１ ｍｏｌ/ＬのＮＭｅ４ＢＦ４/ＰＣ溶液である。表１から分かるように、該スーパーコンデンサの充電比容量は１０４．３７で、放電比容量は９５．２６Ｆ/ｇで、充放電効率は９１．２７％で、充放電の効率は比較的高い。
グローブボックスにおいて電極板、隔膜及び電解液をスーパーコンデンサの製作プロセスに基づいてスーパーコンデンサに組み立て、隔膜はｃｅｌｇａｒｄ２０００（米国ＮＡＤＥＲ社製品）で、電解液は１ ｍｏｌ/ＬのＮＭｅ４ＢＦ４/ＰＣ溶液である。表１から分かるように、該スーパーコンデンサの充電比容量は１０４．３７で、放電比容量は９５．２６Ｆ/ｇで、充放電効率は９１．２７％で、充放電の効率は比較的高い。
（実施例９）
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（１）電極材料フッ化酸化グラフェンの調製：実施例１と同じ。
（２）電極板の製作：極片→極片圧延→電極板
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン４．０ｇ、カーボンナノチューブ０．５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属銅箔に塗布し、塗布の厚さは８０μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の製作＞
フッ化酸化グラフェン４．０ｇ、カーボンナノチューブ０．５ｇ、ポリフッ化ビニリデン０．２５ｇを混合し、ＮＭＰを滴下して前記混合物をスラリー状に変化させ、十分に撹拌して均一に混合させた後金属銅箔に塗布し、塗布の厚さは８０μｍであり、その後１００℃下で１２時間真空乾燥した後取り出し、前記極片を形成する。
＜極片の圧延＞
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは５０μｍである。
得た極片をロール圧延装置で圧延し、圧延された後の厚さは５０μｍである。
＜切断＞
圧延された極片を孔抜き装置で直径１２ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
圧延された極片を孔抜き装置で直径１２ｍｍの円状極片にして、精確に秤量する。
（３）リチウムイオン電池の組み立て
グローブボックスにおいて電極板を電池の負極とし、さらに相応する電池正極、ハウジング及び電解液と合わせてリチウムイオン電池の製作プロセスに基づいてリチウムイオン電池に組み立て、電解液はイオン液体電解液ＬｉＴＦＳＩ / ＢＭＩＴＦＳＩである。
グローブボックスにおいて電極板を電池の負極とし、さらに相応する電池正極、ハウジング及び電解液と合わせてリチウムイオン電池の製作プロセスに基づいてリチウムイオン電池に組み立て、電解液はイオン液体電解液ＬｉＴＦＳＩ / ＢＭＩＴＦＳＩである。
［表１］スーパーコンデンサ充放電比容量及び充放電効率
前記実施例は本発明の複種の実施形態のみを述べ、その説明は比較的具体的詳しいであるが、ただし本発明の特許範囲に対する制限として認識することではない。指摘すべきなのは、本分野の当業者にとって、本発明の構想を逸脱しない前提下で、さらに複数の変形及び改良を行うことができ、これらは共に本発明の保護範囲に属する。そのため、本発明の特許の保護範囲は添付の請求項に準ずるべきである。
前記実施例は本発明の複種の実施形態のみを述べ、その説明は比較的具体的詳しいであるが、ただし本発明の特許範囲に対する制限として認識することではない。指摘すべきなのは、本分野の当業者にとって、本発明の構想を逸脱しない前提下で、さらに複数の変形及び改良を行うことができ、これらは共に本発明の保護範囲に属する。そのため、本発明の特許の保護範囲は添付の請求項に準ずるべきである。
Claims (9)
- 基板と、前記基板に塗布されるコーティングと、を含む電極板において、前記コーティングはフッ化酸化グラフェン材料を含有し、
前記コーティングは、さらに導電剤及び粘着剤を含み、且つ前記導電剤、粘着剤及び前記フッ化酸化グラフェン材料の質量百分率は、それぞれｘ、ｙ、ｚであって、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、２％＜ｘ＜１５％、３％＜ｙ＜１５％、７５％＜ｚ＜９５％である、
ことを特徴とする電極板。 - 前記導電剤は、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、導電黒鉛及び導電カーボンブラックのうちの少なくとも１種で、前記粘着剤は、ポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレンのうちの少なくとも１種である、ことを特徴とする請求項１に記載の電極板。
- 前記コーティングの厚さは、１０μｍ〜２００μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の電極板。
- 電極板の製作方法において、
フッ化酸化グラフェン材料を調製または提供し、前記フッ化酸化グラフェン材料を導電剤、粘着剤と混合してコーティング液に調製するステップと、
前記コーティング液を基板に塗布してコーティングを形成し、乾燥した後極片を形成するステップと、
前記極片を圧延、切断して、電極板を形成するステップと、を含む、ことを特徴とする電極板の製作方法。 - 前記フッ化酸化グラフェン材料を調製することは、
黒鉛原料を使用して酸化グラフェンを調製するステップと、
前記酸化グラフェンをＮ２及びＦ２によって構成される混合ガスと２０℃〜２００℃下で０．５時間〜２４時間反応させて前記フッ化酸化グラフェン材料を調製するステップと、
を含む、ことを特徴とする請求項４に記載の電極板の調製方法。 - 前記導電剤、粘着剤及び前記フッ化酸化グラフェン材料の質量百分率は、それぞれｘ、ｙ、ｚであって、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、２％＜ｘ＜１５％、３％＜ｙ＜１５％、７５％＜ｚ＜９５％で、前記導電剤は、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、導電黒鉛及び導電カーボンブラックのうちの少なくとも１種で、前記粘着剤は、ポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレンのうちの少なくとも１種である、ことを特徴とする請求項４に記載の電極板の調製方法。
- 前記コーティングの厚さは、１０μｍ〜２００μｍである、ことを特徴とする請求項４に記載の電極板の調製方法。
- スーパーコンデンサにおいて、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電極板を含む、ことを特徴とするスーパーコンデンサ。
- 電池負極を含むリチウムイオン電池において、前記電池負極は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電極板である、ことを特徴とするリチウムイオン電池。
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