一種高壓實(shí)密度、低接觸內(nèi)阻的超級(jí)電容器用電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超級(jí)電容器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓實(shí)密度、低接觸內(nèi)阻的超級(jí)電容器用電極及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器是一種有別于二次電池的新式儲(chǔ)能器件，近年來，隨著大容量超級(jí)電容器的研發(fā)成功，其能量密度有突破性進(jìn)展，再借助其高功率密度和長壽命等優(yōu)勢(shì)，超級(jí)電容器已在能源、公共交通、重型機(jī)械、軍事等領(lǐng)域開拓了全新的應(yīng)用模式。
[0003]電極作為超級(jí)電容器的核心部件，其儲(chǔ)能密度關(guān)系到超級(jí)電容器單體的能量密度，目前市場上最常用的超級(jí)電容器電極組裝工藝有兩種，一種是涂覆法，另一種是粘貼法。涂覆法的優(yōu)點(diǎn)是電極在涂覆烘干后，炭膜能夠穩(wěn)定的附著在集流體金屬箔表面，接觸內(nèi)阻低；缺點(diǎn)是，通過碾壓法提高電極密度的時(shí)候，集流體金屬箔易產(chǎn)生形變，形成褶皺，因此電極密度很難再有提高，超級(jí)電容器的能量密度也很難獲得實(shí)質(zhì)性的提高。粘貼法的好處是，炭膜的碾壓過程不受集流體金屬箔的影響，可以先將炭膜碾壓至一定的密度，再與集流體金屬箔粘貼，這樣電極密度可以繼續(xù)提高，從而提高超級(jí)電容器的能量密度；然而這一方法存在的弊端是，炭膜與集流體金屬箔是依靠導(dǎo)電粘結(jié)劑結(jié)合的，導(dǎo)電粘結(jié)劑涂多了會(huì)影響導(dǎo)電性，增大接觸內(nèi)阻，而導(dǎo)電粘結(jié)劑涂少了又無法保證炭膜與集流體金屬箔的穩(wěn)固結(jié)合，影響電極穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服上述問題，提供了一種高壓實(shí)密度、低接觸內(nèi)阻的超級(jí)電容器用電極。
[0005]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種高壓實(shí)密度、低接觸內(nèi)阻的超級(jí)電容器用電極，所述電極的極片包括集流體金屬箔、涂覆在金屬箔表面的導(dǎo)電膠層和粘貼在導(dǎo)電膠層上的炭膜；所述炭膜由質(zhì)量比為80-90:5-10:5-10的炭質(zhì)活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑碾壓制備而成，所述炭質(zhì)活性材料的粒徑范圍為7-10 μ m。
[0006]作為優(yōu)選方案，所述集流體金屬箔表面設(shè)有凸起的孔，孔的直徑范圍為1-10 μm?？装ㄕ婵缀头疵婵??？钻嚵信帕谢驘o規(guī)則排列。
[0007]作為優(yōu)選方案，所述炭質(zhì)活性材料為活性炭、石墨烯或碳納米管，導(dǎo)電劑為碳納米管、科琴黑或乙炔黑。
[0008]作為優(yōu)選方案，所述粘結(jié)劑的粘度為500-900cps。
[0009]作為優(yōu)選方案，所述炭膜用粘結(jié)劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60wt%的PTFE乳液。
[0010]作為優(yōu)選方案，所述導(dǎo)電膠層所用的導(dǎo)電粘結(jié)劑的密度為0.9-1.5g/Cm3，2(TC下的粘度為 1000-3000cps，方阻 20 Ω /sq。
[0011]作為優(yōu)選方案，所述集流體金屬箔為鋁箔。
[0012]一種高壓實(shí)密度、低接觸內(nèi)阻的超級(jí)電容器用電極的制備方法，包括以下步驟:
(1)將炭質(zhì)活性材料和導(dǎo)電劑按照設(shè)定比例倒入干式粉末混合機(jī)，以6000轉(zhuǎn)/分鐘的速度高速攪拌1-2小時(shí)，再將混合后的粉體材料轉(zhuǎn)入氣流體粉碎機(jī)，以3000升/分鐘的速度將粉體材料從噴嘴排出；
(2)粉體材料倒入攪拌缸，向其中緩慢滴加粘結(jié)劑，設(shè)置轉(zhuǎn)速為50-100轉(zhuǎn)/分鐘，繼續(xù)攪拌4-5小時(shí)，形成具有一定粘度的炭團(tuán)；
(3)將炭團(tuán)放入垂直加熱碾壓機(jī)，加熱碾壓成厚度為80-230μm的炭膜，再經(jīng)水平碾壓機(jī)將炭膜碾壓均勻成的厚度為80-200 ym ;
(4)將集流體金屬箔的表面作腐蝕處理，并在其表面涂覆一層厚度為1-2μπι的導(dǎo)電粘結(jié)劑形成導(dǎo)電膠層；
(5)將步驟(4)得到的涂覆有導(dǎo)電粘結(jié)劑的集流體金屬箔和步驟(3)得到的炭膜采用加熱碾壓機(jī)粘貼在一起，并碾壓成為電極。最終的電極厚度根據(jù)金屬箔的厚度以及實(shí)際要求決定。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是:
I改善了目前的電極制備工藝，避免了在目前的制備過程中在對(duì)鋁箔的后加工造成損害，導(dǎo)致鋁箔的強(qiáng)度降低引起電池的質(zhì)量問題；
2電極密度得到進(jìn)一步提高，從而提高了電容器的能量密度；
3使用壽命得到了提高，避免了炭膜的脫落。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施方式的集流體鋁箔表面的孔的分布示意圖；
圖2為本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施方式的電極的炭膜嵌入在集流體鋁箔表面孔內(nèi)的示意圖；
圖中:I正面孔，2反面孔，3集流體金屬箔，4導(dǎo)電膠層，5炭膜。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述說明。
[0016]如果無特殊說明，本發(fā)明的實(shí)施例中所采用的原料均為本領(lǐng)域常用的原料，實(shí)施例中所采用的方法，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0017]實(shí)施例1:
一種高壓實(shí)密度、低接觸內(nèi)阻的超級(jí)電容器用電極，所述電極的極片包括集流體金屬箔、涂覆在金屬箔表面的導(dǎo)電膠層和粘貼在導(dǎo)電膠層上的炭膜；集流體金屬箔為鋁箔，且鋁箔表面設(shè)有凸起的孔，孔的直徑范圍為1-1Oym;炭膜由質(zhì)量比為80:10:10的炭質(zhì)活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑碾壓制備而成，所述炭質(zhì)活性材料的粒徑范圍為7-10 μπι。
[0018]導(dǎo)電膠層所用的導(dǎo)電粘結(jié)劑的密度為0.9-1.5g/cm3，20 °C下的粘度為1000_3000cps，方阻 20 Ω /sq ；
炭質(zhì)活性材料為活性炭、石墨烯或碳納米管，導(dǎo)電劑為碳納米管、科琴黑或乙炔黑；
粘結(jié)劑的粘度為500-900cps ;炭膜用粘結(jié)劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60wt%的PTFE乳液。
[0019]其制備方法，包括以下步驟:
(1)將炭質(zhì)活性材料和導(dǎo)電劑按照設(shè)定比例倒入干式粉末混合機(jī)，以6000轉(zhuǎn)/分鐘的速度高速攪拌1-2小時(shí)，再將混合后的粉體材料轉(zhuǎn)入氣流體粉碎機(jī)，以3000升/分鐘的速度將粉體材料從噴嘴排出；
(2)粉體材料倒入攪拌缸，向其中緩慢滴加粘結(jié)劑，設(shè)置轉(zhuǎn)速為50-100轉(zhuǎn)/分鐘，繼續(xù)攪拌4-5小時(shí)，形成具有一定粘度的炭團(tuán)；
(3)將炭團(tuán)放入垂直加熱碾壓機(jī)，加熱碾壓成厚度為80μπι的炭膜，再經(jīng)水平碾壓機(jī)將炭膜碾壓均勻成的厚度為80 μπι ;
(4)將集流體金屬箔的表面作腐蝕處理，并在其表面涂覆一層厚度為Iym的導(dǎo)電粘結(jié)劑形成導(dǎo)電膠層；
(5)將步驟(4)得到的涂覆有導(dǎo)電粘結(jié)劑的集流體金屬箔和步驟(3)得到的炭膜采用加熱碾壓機(jī)粘貼在一起，并碾壓成為電極。
[0020]實(shí)施例2:
一種高壓實(shí)密度、低接觸內(nèi)阻的超級(jí)電容器用電極，所述電極的極片包括集流體金屬箔、涂覆在金屬箔表面的導(dǎo)電膠層