[发明专利]一种超级电容器的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源储能技术领域，涉及超级电容器，具体涉及一种超级电容器的制备方法。

背景技术

超级电容器又叫双电层电容器，是一种新型环保的储能元件。超级电容器的基本原理是利用活性物多孔电极和电解液组成的双电层结构获得超大的容量，所以其储能机制为物理储能不涉及化学反应，这就意味着超级电容器拥有十万甚至数百万次的充放电循环寿命。传统电容器的电荷存储区域为简单平面，而超级电容器用活性物作为正负极，利用其超大比表面积增加电荷的存储量，并且使带电粒子在正负极表面附近形成双电层，使超级电容器能够具有法拉级别的容量。

在以往超级电容器电极制作中，将活性材料和导电材料，一般为粉末材料，与橡胶类粘结剂和水混合，活性材料和导电材料分散在橡胶类粘结剂和水中，其中分散电极材料制成浆料，形成极片，涂于集电极上，干燥制成电极，但由于这种方法的粘结力弱，极片与集电极为保证极片的粘接强度，粘接剂在极片中含量较高通常在10%以上，致使整个极片中活性物含量低于80%，将电极进一步加工制成超级电容器后，产品容量密度较低，同时产品在大电流高频率充放电过程中，极片将会与集电极逐渐分离剥落，超级电容器产品性能劣化严重。

发明内容

针对目前超级电容器生产技术存在的问题，本发明提供一种超级电容器的制备方法，解决集电极与极片间粘结强度小及极片内部粘结强度小等问题。

本发明中极片由活性材料、导电材料和复合粘结剂构成，极片与金属集电极形成一体，构成超级电容器的电极，将电极加工成一定尺寸后，连接上引线，在两个电极中间加入隔极膜卷绕成一定尺寸的芯子，真空干燥，加入有机电解液后封装制成超级电容器。

实现本发明的技术方案是：

（1）准备集电极：选取原料金属铝或铝合金经过表面交流腐蚀粗糙化处理后，作为集电极；

（2）制备极片：将活性材料和导电材料混合均匀，再将复合粘结剂溶液加入到上述混合好的材料中分散均匀，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂溶液含量为0.5-3%，活性材料为92-97.5%，导电材料为2-5%，然后将上述混合物压制成厚度为100-150μm的极片；所述的复合粘结剂溶液为具有通式（1）结构的物质和聚四氟乙烯混合形成的复合粘结剂，溶解在水、乙醇、异丙醇或丙酮溶剂中分散均匀，形成的溶液，按重量比，通式（1）的物质为5-35%，聚四氟乙烯为65-95%，通式（1）的物质结构为：

（HO－Si（CH₃）₂ O〔Si（CH₃）₂ O〕_nSi(CH₃)₂-OH      （1）

                            n=1-100

（3）制备电极：将集电极表面涂覆一层导电胶，将极片粘附在集电极的一面或两面，形成电极；

（4）制备芯子：将两张尺寸相同的电极连接引线后，在其中间夹入10~50μm厚的隔极膜，卷绕成直径为Φ16-Φ65mm高度为20-165mm的芯子，然后在100-150℃下真空干燥8-72小时；

（5）封装：将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，然后在50℃外加2.7V直流电压下通电10h，最后封装于圆形铝壳中，得到超级电容器产品。

其中所述的作为集电极的原料金属铝或铝合金，纯度至少为99.9wt%，铜含量为0.005wt%以下。集电极要求表面粗糙，是为了与极片接触良好。

本发明的极片中复合粘结剂含量为0.5-3%，其余为活性材料和导电材料，其中复合粘结剂含量为0.5%及以上极片就能达到所需极片的强度，但粘结剂含量过高极片电阻变大，最好为1.5-3%。

所述的活性材料选用活性炭、碳纳米管或石墨烯中的一种或一种以上以任意比例混合的组合物，其中活性碳的比表面积为800-3000m²/g, 碳纳米管的比表面积为200-600m²/g, 石墨烯的比表面积为500-1500 m²/g。

所述的导电材料为石墨、炭黑或乙炔黑，粒度均为0.1-2μm。

所述的导电胶为石墨导电胶、铜粉导电胶或银粉导电胶。

所述的隔极膜为纤维素纸、多孔聚丙烯、多孔聚四氟乙烯、多孔聚偏氟乙烯、多孔聚乙烯、多孔聚丙烯聚乙烯覆合膜或多孔聚酰亚胺，要求隔极膜的孔隙率为60-95%，孔径0.05-0.2μm。