一種超級電容器漿料制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超級電容器漿料制備方法，屬于超級電容器領(lǐng)域。所述方法采用了具有大剪切力的高剪分散乳化機和真空攪拌兩種攪拌方式結(jié)合混料，具體步驟為：將粘結(jié)劑和溶劑放入混料罐，真空中攪拌10-30min；攪拌中加入導(dǎo)電劑，真空中再攪拌10-30min；采用高剪切分散乳化機剪切分散2～10min；攪拌中加入活性材料，真空中再攪拌10～30min；采用高剪切分散乳化機剪切分散5～10min，真空中再攪拌20～40min，即得所述漿料。本發(fā)明所述方法提高了漿料中各物質(zhì)的分散均勻性，漿料分散時間短，制備的漿料涂布性能良好，有利于提高超級電容器的能量密度、循環(huán)性能及均一性。
【專利說明】一種超級電容器漿料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超級電容器漿料制備方法，屬于超級電容器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器，是一種介于傳統(tǒng)靜電電容器和可充電電池之間的新型儲能元件。它的能量密度比電池小，但功率密度和循環(huán)壽命比電池大很多，且具有可快速充放電、無環(huán)境污染等優(yōu)點受到廣泛研究和應(yīng)用，今后可能發(fā)展成為一種新型、高效、實用的能量儲存裝置。
[0003]漿料制備是超級電容器生產(chǎn)過程中的重要工序，漿料的質(zhì)量直接影響超級電容器的各項性能。傳統(tǒng)的漿料制備方法，在攪拌過程中活性材料和導(dǎo)電劑很難分散開，這些粉體團聚就會導(dǎo)致了漿料中含有許多“灰包”，在涂布時會使涂布不均勻，產(chǎn)生顆粒性凸起。特別是一些納米級的導(dǎo)電劑，在攪拌過程中很難分散開，這就需要添加大量的導(dǎo)電劑才能降低內(nèi)阻，浪費了原料，也相對減少了活性炭的含量。此外，傳統(tǒng)混料制備的漿料中很容易夾雜許多氣泡，造成漿料中各種物質(zhì)混合不均勻，從而會使涂布后的電極涂布不均勻，產(chǎn)生氣泡斑點。顆粒性凸起和氣泡斑點的存在會嚴(yán)重威脅超級電容器的質(zhì)量和性能。
[0004]目前較為先進的漿料制備工藝有以下幾種:
[0005]一種高能鎳碳超級電容器正極板漿料的制備方法(CN201110294390.4)，它包括如下步驟:1)將正極用粘合劑放在攪拌機上攪拌均勻后放入配料桶內(nèi)；2)將氧化亞鈷、亞氧化鈦用去離子水溶解，去離子水要慢慢加入，邊加入邊攪拌以免粉料結(jié)塊，形成混合溶液；3)將去離子水與氧化亞鈷、亞氧化鈦形成的混合溶液加到配料桶里，攪拌均勻；4)向配料桶中添加高溫添加劑；5)然后加入球形氫氧化鎳，先加入五分之一，攪拌均勻后繼續(xù)分批加入氫氧化鎳，放到攪拌機內(nèi)攪拌；6)加完后再均勻攪拌半個小時；7)之后加入聚四氟乙烯乳液，攪拌均勻即可形成正極漿料。該發(fā)明提供了一種鎳碳超級電容器的正極漿料制備方法，制備出的超級電容器儲能密度大、放電功率高。這種料漿內(nèi)容大部分為親水物質(zhì)，混料方式為普通混料方法。對于非親水物料如導(dǎo)電劑碳黑、活性碳等物料的混合，此種混料方式難以達到要求。
[0006]一種超級電容器用電極及其制備方法、漿料的制備方法(CN201210074635.7)所述漿料制備方法采用八段式制漿工藝制備，包括如下步驟:1)干混，即將活性物質(zhì)材料與導(dǎo)電材料置于密封的混合容器進行高速分散混合得到干粉料；2)濕混，即向步驟I)所得干粉料中加入一定配比的溶劑及分散劑，攪拌成濕粉末狀；3)成團，即向步驟2)所得物料中繼續(xù)添加一定量分散劑，適當(dāng)減小攪拌速度，使之形成具有一定柔韌性的團狀彈性料；4)膠煉，即將步驟3)所得的團狀彈性料膠煉成片狀彈性料；5)烘烤，即除去步驟4)所得的片狀彈性料中的水分，得到干燥的片狀彈性料；6)造粒，即將步驟5)所得的干燥片狀彈性料粉碎成一定粒徑的細小顆粒；7)粉碎，即將步驟6)所得的細小顆粒粉碎成粉末；8)成漿，即往步驟7)所得物料中加入一定量的分散劑、溶劑和粘結(jié)劑，并攪拌成漿料。該發(fā)明提供的超級電容器漿料的制備方法制備的電極提高了電極強度，降低了電極內(nèi)阻，改善了電極的電化學(xué)穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但漿料制備過程為八段式制漿工藝，工藝過程繁瑣與復(fù)雜，制備成本高。
[0007]超級電容器漿料制備方法(CN201110159480.2 )，采用逐次加料、分段攪拌的方法，攪拌時公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)相結(jié)合，先將去離子水和粘合劑混合攪拌后制得粘合料，再將導(dǎo)電劑、有機溶劑、活性物質(zhì)、粘合劑和去離子水加入攪拌機中，混合攪拌均勻制成漿料。該發(fā)明漿料制備過程采用濕混方式或干混與濕混相搭配的方式，逐次加料，分段攪拌，工藝耗時比傳統(tǒng)攪拌方式相對減少，由于采用的為單一攪拌器，混料時間長，效率較低。
[0008]一種超級電容器漿料及其制備方法(CN201110363513.5)，采用行星球磨機為攪拌設(shè)備，將活性炭、導(dǎo)電齊?、粘結(jié)齊?、溶劑和磨球放入球磨罐中球磨，球磨8h，形成穩(wěn)定、均一的超級電容器漿料。該發(fā)明采用球磨的方式制備漿料，制備工藝耗時比較長，且球磨的方法制備漿料容易引入雜質(zhì)。另外，球磨法有可能因撞擊而破壞活性炭表面孔隙結(jié)構(gòu)，從而影響超容的性能。
[0009]綜上所述，現(xiàn)有混料工藝或者時間太長，或者采用濕混干混組全合致使操作煩瑣，或者增加球磨工藝致使操作成本增高。本發(fā)明提供一種簡單而高效的混料工藝，只須合理搭配真空混料與高速剪切分散乳化混料時間，即可快速均勻混料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對現(xiàn)有超級電容器漿料制備方法不完善的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種超級電容器漿料制備方法。
[0011]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0012]一種超級電容器漿料制備方法，所述漿料中各組分質(zhì)量百分比如下:
[0013]活性材料60— 85%，
`[0014]導(dǎo)電劑10—30%，
[0015]粘結(jié)劑5 —10%;
[0016]所述漿料溶劑為去離子水，去離子水與所述漿料質(zhì)量比為1:2.6—1:2.8 ；
[0017]所述粘結(jié)劑為羧甲基纖維素(CMC)和聚丙烯腈多元共聚物的混合物，所述聚丙烯腈多元共聚物主要為LA133或LA132 ；
[0018]所述活性材料為活性炭、有序介孔炭、石墨烯、碳納米管或碳纖維；
[0019]所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑。
[0020]一種超級電容器漿料制備方法，所述方法步驟如下:
[0021](I)將粘結(jié)劑和溶劑放入混料罐，真空中攪拌10_30min ；
[0022](2)攪拌中加入導(dǎo)電劑，真空中再攪拌10_30min ；
[0023](3)采用高剪切分散乳化機剪切分散2~IOmin ；
[0024](4)攪拌中加入活性材料，真空中再攪拌10~30min ；
[0025](5)采用高剪切分散乳化機剪切分散5~IOmin ；
[0026](6)真空中再攪拌20~40min,即得所述衆(zhòng)料。
[0027]所述粘結(jié)劑中組分質(zhì)量百分比如下:
[0028]羧甲基纖維素4 一 7%，
[0029]聚丙烯腈多元共聚物 I 一 3%。[0030]步驟(I)、(2)、(4)和(6)中所述真空中攪拌使用真空攪拌機抽真空后攪拌；
[0031]所述真空攪拌機攪拌轉(zhuǎn)速為500r/min,真空度為-0.8?-0.9bar。
[0032]高剪切分散乳化機攪拌轉(zhuǎn)速20000?30000r/min。
[0033]本發(fā)明的有益效果為:
[0034]本發(fā)明所述的超級電容器漿料制備方法，采用了兩種攪拌方式結(jié)合混料，采用具有大剪切力的高剪分散乳化機進行混料，可以將活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑充分分散均勻，尤其是一些納米級別的導(dǎo)電劑或活性材料，從而消除漿料中的“灰包”。同時，與真空攪拌結(jié)合，從而可以消除漿料中的氣泡。本發(fā)明所述方法提高了漿料中各物質(zhì)的分散均勻性，漿料分散時間短，制備的漿料涂布性能良好，有利于提高超級電容器的能量密度、循環(huán)性能及均一性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1為實例I所制備漿料的5000倍掃面電鏡(SEM)圖片；
[0036]圖2為實例I所制備漿料的10000倍掃面電鏡圖片；
[0037]圖3為采用常規(guī)真空混料法制備漿料的10000倍掃面電鏡圖片。
【具體實施方式】
[0038]下面具體實施例來詳述本發(fā)明，但不限于此。
[0039]以下所述真空攪拌機攪拌轉(zhuǎn)速為500r/min,真空度為-0.8?-0.9bar。
[0040]實施例1
[0041]一種超級電容器漿料制備方法，所述方法步驟如下:
[0042]1.稱取固含量為50g的LA133、20gCMC，加到2800g去離子水中，用真空攪拌器抽真空攪拌30min ；
[0043]2.邊攪拌邊加入200g導(dǎo)電炭黑，攪拌均勻后用真空攪拌機攪拌30min ；
[0044]3.然后采用高剪切分散乳化機攪拌lOmin，速度20000r/min ；
[0045]4.稱量730g活性炭，依次邊攪拌邊加入，攪拌均勻后用真空攪拌機攪拌30min ；
[0046]5.然后采用高剪切分散乳化機攪拌lOmin，速度20000r/min ；
[0047]6.再用真空攪拌器抽真空攪拌40min，即得到所述的超級電容器漿料。
[0048]圖1與圖2為所述漿料的掃面電鏡(SEM)圖片，從圖中可以看出，炭黑均勻地分布在活性炭顆粒間與活性炭顆粒上。從圖2與圖3的比較可以看出，而采用常規(guī)真空混料法制備的漿料導(dǎo)電炭黑則都分布于活性炭顆粒間，活性炭顆粒上觀察不到有炭黑分布，說明本發(fā)明制得的漿料的分散效果更好。
[0049]實施例2
[0050]一種超級電容器漿料制備方法，所述方法步驟如下:
[0051]1.稱取固含量為70g的LA132、30gCMC，加到2600g去離子水中，用真空攪拌器抽真空攪拌30min ；
[0052]2.邊攪拌邊加入300g導(dǎo)電炭黑，攪拌均勻后用真空攪拌機攪拌30min ；
[0053]3.然后采用高剪切分散乳化機攪拌lOmin，速度20000r/min ；
[0054]4.稱量600g有序介孔炭，依次邊攪拌邊加入，攪拌均勻后用真空攪拌機攪拌30min ；
[0055]5.然后采用高剪切分散乳化機攪拌lOmin，速度20000r/min ；
[0056]6.再用真空攪拌器抽真空攪拌40min，即得到所述的超級電容器漿料。
[0057]經(jīng)過SEM測試，可觀察到導(dǎo)電炭黑均勻地分布在有序介孔碳表面上。
[0058]實施例3
[0059]一種超級電容器漿料制備方法，所述方法步驟如下:
[0060]1.稱取固含量為4g的LA133、IgCMC加到280g去離子水中，用真空攪拌器抽真空攪拌IOmin ；
[0061]2.邊攪拌邊加入IOg導(dǎo)電炭黑，攪拌均勻后用真空攪拌機攪拌IOmin ；
[0062]3.然后采用高剪切分散乳化機攪拌2min，速度20000r/min ；
[0063]4.邊攪拌邊加入85g石墨烯，攪拌均勻后用真空攪拌機攪拌IOmin ；
[0064]5.然后采用高剪切分散乳化機攪拌5min，速度20000r/min ；
[0065]6.再用真空攪拌器抽真空攪拌20min，即得到所述的超級電容器漿料。
[0066]經(jīng)過SEM測試，可觀察到導(dǎo)電炭黑均勻地分布在石墨烯表面上。
[0067]實施例4
[0068]一種超級電容器漿料制備方法，所述方法步驟如下:
[0069]1.稱取固含量為7g的LA132、3gCMC加到270g去離子水中，用真空攪拌器抽真空攪拌20min ；
[0070]2.邊攪拌邊加入30g導(dǎo)電炭黑，攪拌均勻后用真空攪拌機攪拌20min ；
[0071]3.然后采用高剪切分散乳化機攪拌5min，速度25000r/min;
[0072]4.邊攪拌邊加入60g碳納米管，攪拌均勻后用真空攪拌機攪拌20min ；
[0073]5.然后采用高剪切分散乳化機攪拌8min，速度25000r/min ；
[0074]6.再用真空攪拌器抽真空攪拌30min，即得到所述的超級電容器漿料。
[0075]經(jīng)過SEM測試，可觀察到導(dǎo)電炭黑均勻地分布在碳納米管表面上。
[0076]實施例5
[0077]—種超級電容器漿料制備方法，所述方法步驟如下:
[0078]1.稱取固含量為20g的LA133、5gCMC，加到1400g去離子水中，用真空攪拌器抽真空攪拌20min ；
[0079]2.邊攪拌邊加入50g導(dǎo)電炭黑，攪拌均勻后用真空攪拌機攪拌20min ；
[0080]3.然后采用高剪切分散乳化機攪拌5min，速度30000r/min ；
[0081]4.稱量425g碳纖維，依次邊攪拌邊加入，攪拌均勻后用真空攪拌機攪拌20min ；
[0082]5.然后采用高剪切分散乳化機攪拌8min，速度30000r/min ；
[0083]6.再用真空攪拌器抽真空攪拌30min，即得到所述的超級電容器漿料。
[0084]經(jīng)過SEM測試，可觀察到導(dǎo)電炭黑均勻地分布在碳纖維表面上。
[0085]采用相同的配方與比例，按照相同的測試方法測試，采用本發(fā)明所述的高速剪分散乳化機和真空攪拌結(jié)合的方法所制得到的漿料，制成的超級電容器的等效串聯(lián)電阻與內(nèi)阻更小，比電容更大，循環(huán)性能良好，超級電容器性能得到顯著提升。
[0086]本發(fā)明包括但不限于以上實施例，凡是在本發(fā)明精神的原則之下進行的任何等同替換或局部改進，都將視為在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超級電容器漿料制備方法，其特征在于，所述漿料中各組分質(zhì)量百分比如下: 活性材料 60— 85%， 導(dǎo)電劑 10 — 30%， 粘結(jié)劑 5 —10%; 所述漿料溶劑為去離子水，去離子水與所述漿料質(zhì)量比為1:2.6-1:2.8 ； 所述粘結(jié)劑為羧甲基纖維素和聚丙烯腈多元共聚物中的混合物，所述聚丙烯腈多元共聚物主要為LA133或LA132 ； 所述活性材料為活性炭、有序介孔炭、石墨烯、碳納米管或碳纖維； 所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑； 所述方法步驟如下: (1)將粘結(jié)劑和溶劑放入混料罐，真空中攪拌10-30min； (2)攪拌中加入導(dǎo)電劑，真空中再攪拌10-30min； (3)采用高剪切分散乳化機剪切分散2?IOmin； (4)攪拌中加入活性材料，真空中再攪拌10?30min； (5)采用高剪切分散乳化機剪切分散5?IOmin； (6)真空中再攪拌20?40min，即得所述漿料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級電容器漿料制備方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑中組分質(zhì)量百分比如下: 羧甲基纖維素4 一 7%， 聚丙烯臆多兀共聚物 I 一3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級電容器漿料制備方法，其特征在于，步驟(1)、(2)、(4)和(6)中所述攪拌使用真空攪拌機抽真空后攪拌； 所述真空攪拌機攪拌轉(zhuǎn)速為500r/min,真空度為-0.8?-0.9bar。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級電容器漿料制備方法，其特征在于，高剪切分散乳化機攪拌轉(zhuǎn)速20000?30000r/min。
【文檔編號】H01G11/84GK103730265SQ201310750433
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】朱春來, 李金香, 武波濤, 陳穎, 王興軍, 張紹廠, 何捍衛(wèi) 申請人:中國船舶重工集團公司第七一八研究所