[发明专利]一种超级电容器电极制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容器，特别涉及一种获得更高电极密度和质量比能量的电极片的超级电容器制备工艺。

背景技术

超级电容器(Supercapacitor)是一种介于传统电容器与电池之间的新型高效电化学储能器件，因具有充放电速率快、工作温度范围宽(-40-70℃)、循环使用寿命长(大于100万次)等优点而被成功广泛应用于城市公共交通(如储能式有轨电车、储能式无轨电车、地铁能量回收系统等)、风力发电、重型机械(如港机势能回馈系统)、消费电子类产品(如计算机、手机等)以及军工领域，成为了一种具有国家战略性意义新型高科技产业。

现阶段，有机系超级电容器主要采用两种电极制备工艺，一种是活性炭浆料直接涂覆在导电铝箔上；另外一种是先将一层导电浆料(如导电石墨、导电炭黑浆料等)涂覆在导电铝箔上，然后在将活性炭浆料涂覆在上述铝箔基体上。尽管第一种制备方式的工艺操作简单、产能大，第二种方式产品内阻低，但是这两种工艺制备过程都需要添加水分作为浆料黏度调节剂，实现浆料黏度与固含量的调控。但是，在有机系超级电容器生产制备过程由于产品的工作电压为0-2.7V，远远超出了水的分解电位(1.23V vs Li⁺/Li)，此外，水分的存在不仅使得电极容易产生剥落，同时还能引起产品漏电流增大，威胁到产品的长期稳定性。尽管有机系超级电容器生产制备过程会进行严格的高温(＞120℃)、高真空度(＜-0.1MPa)等干燥处理，但是实际生产过程中由于核心储能材料(高比表面积活性炭，比表面积一般大于1500m²/g)具有极强的吸附能力，常规的干燥处理方式很难将活性炭材料孔道内部的水分完全去除，最终使得超级电容器的工作电压(通常小于等于2.7V)、单体容量、循环使用寿命、内阻等性能参数受到限制，造成有机系超级电容器质量比能量小于10Wh/kg，进而限制超级电容器在诸如城市公共交通的应用的问题。

中国专利公布号CN103021673A，公布日2013年4月3日，名称为超级电容器电极片及其制备方法，包括：金属箔片；以及碳电极，设置在所述金属箔片的正反两个表面；其中，导针作为引出线并固定连接与所述金属箔片的相应表面；在所述导针与所述金属箔片的所述相应表面固定连接的部分设置碳材料层。其不足之处在于，常规的干燥处理方式很难将活性炭材料孔道内部的水分完全去除，最终使得超级电容器的工作电压(通常小于等于2.7V)、单体容量、循环使用寿命、内阻等性能参数受到限制，造成有机系超级电容器质量比能量小于10Wh/kg，进而限制超级电容器在诸如城市公共交通的应用的问题。

发明内容

本发明的目的在于为了解决现有常规的干燥处理方式很难将活性炭材料孔道内部的水分完全去除，最终使得超级电容器的工作电压小、单体容量、循环使用寿命、内阻等性能参数受到限制，限制超级电容器的应用的缺陷而提供一种为了获得更高电极密度和质量比能量的电极片，同时提高以该电极片制作成超级电容器的循环寿命的超级电容器制备工艺。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超级电容器电极制备工艺，所述制备工艺包括如下步骤：

a)按下述质量百分比称取原材料：导电剂5-10％、粘结剂聚四氟乙烯粉末5-10％、活性物质高比表面积活性炭80-90％；

b)称重完成后，将粉态活性炭、粘结剂聚四氟乙烯粉末、导电剂三者按照进行干态粉体均匀混合，混合2-5h后将所得固态混合物在超强剪切机作用下加热，温度为80-120℃，进行剪切形变混合，紧接着将上述固态混合物分别进行垂直、水平碾压后得到干态炭膜；

c)通过预先向铝箔表面喷涂一层厚度在3-5μm的导电胶后，形成导电涂层，将步骤b)中所得的干态炭膜分别均匀粘贴在导电涂层上，在100-150℃之间的恒温烘箱中进行加热固化，即可得到最终干法电极。在本技术方案中，通过采用高速气流混合技术实现了固态粉末颗粒之间的均匀混合，同时借助于PTFE在高速剪切条件下的形变结构实现了活性物质、导电剂、粘结剂三者之间的混合，并形成了密度高、表面均匀的高性能超级电容器用电极片。

避免了长时间的高温、超低真空的干燥除水过程，在降低产品能耗过程的同时提升产品的循环使用寿命。此外，这种高密度、无水分超级电容器具有能量密度高、循环使用寿命长、工作温度范围宽等突出优点，可在储能式现代有轨电车、储能式现代无轨电车、风力发电等领域具有良好的市场应用前景。

作为优选，所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、导电炭中至少两种的混合物。