專利名稱：可降低超級電容器電極內(nèi)阻的電極涂覆粘合膠及用于制備電極片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電化學(xué)儲能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可降低超級電容器電極內(nèi)阻的電極涂覆粘合膠及在制備超級電容器電極片方面的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
超級電容器又稱黃金電容器，是一種新型儲能元件，具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)。就目前的技術(shù)水平而言，超級電容器產(chǎn)品已經(jīng)處于商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用階段，且隨著新型材料和先進(jìn)生產(chǎn)工藝的研發(fā)，產(chǎn)品性能飛速提升，世界各國均積極開展超級電容器的技術(shù)和應(yīng)用的研究開發(fā)工作。在我國推廣使用超級電容器，能夠減少石油消耗，減輕對石油進(jìn)口的依賴，有利于國家石油安全；能夠有效地解決城市尾氣污染和鉛酸電池污染問題，有利于解決戰(zhàn)車的低溫啟動問題。目前，國內(nèi)主要有10余家企業(yè)在進(jìn)行超級電容器的研發(fā)。超級電容器根據(jù)其儲能原理分為雙電層電容器和贗電容電容器。雙電層電容器電極材料一般是碳或石墨烯，在充電過程中，帶電粒子因?yàn)殡妶龅淖饔?，在正?fù)極附近富集，形成兩個帶電荷的層。贗電容電容器電極材料一般是過渡金屬氧化物，充電過程中電極材料會和電解液發(fā)生高度可逆的氧化還原反應(yīng)，生成不穩(wěn)定的產(chǎn)物，從而儲存能量。本專利主要是寫活性炭作為電極活性物質(zhì)的超級電容器，這類超級電容器又可以成為雙電層電容器。目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的是活性炭粉末作為電極材料的以雙電層結(jié)構(gòu)為工作原理的超級電容器。超級電容器因其生產(chǎn)工序簡單、成本低、循環(huán)性能好，目前被廣泛應(yīng)用于電動汽車、混合動力汽車、風(fēng)力發(fā)電等新能源領(lǐng)域，其功率密度高，循環(huán)壽命長的特點(diǎn)，使得它在某些方面的表現(xiàn)優(yōu)于鋰離子電池。超級電容器的研究開發(fā)目前主要集中在新型電極材料、新型電解液材料、新型封裝方法和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝等方面，旨在提高超級電容器的比電容，降低內(nèi)阻，從而提高能量密度和功率密度，延長循環(huán)充放電次數(shù)。因?yàn)槌夒娙萜飨啾扔谄渌麅δ茉耐怀鰞?yōu)勢，降低內(nèi)阻并延長循環(huán)充放電次數(shù)是其關(guān)鍵所在。超級電容器的電極在制備過程中需要將活性炭材料涂覆在集流體(鋁箔)表面。實(shí)際生產(chǎn)過程中通常使用一層粘合膠(多為PVDF)將鋁箔和活性炭材料粘合在一起。這層粘合膠需滿足以下要求:a.較好的熱學(xué)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。在工作過程中超級電容器局部可能達(dá)到50°C甚至80°C，粘合膠必須滿足該工作條件并且不會在這一溫度范圍內(nèi)與電極、電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；b.較好的粘合性和機(jī)械性能；c.盡可能高的導(dǎo)電性， 以降低因?yàn)檎澈夏z所帶來的內(nèi)阻。通常使用的聚偏氟乙烯PVDF，可以很好的實(shí)現(xiàn)上述要求中的前兩項(xiàng)，但作為絕緣材料，PVDF導(dǎo)電性能差。因此為了減少內(nèi)阻，常使用厚度極薄的粘合膠(I 20μπι)，以犧牲電極的機(jī)械性能為代價一定程度的降低內(nèi)阻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種乙炔黑(純度>99%)和PVDF混合的電極涂覆粘合膠，較好地解決了超級電容器電極在涂覆過程中因?yàn)镻VDF導(dǎo)電性能差而導(dǎo)致的內(nèi)阻高的問題，使電極粘合效果更優(yōu)秀，同時由于膠層的保護(hù)作用，防止電解液中的物質(zhì)和鋁箔集流體發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氧化鋁。本發(fā)明所述的電極涂覆粘合膠，由質(zhì)量比為1:0.8 1.2的聚偏氟乙烯PVDF (顆粒狀)和電鍍級乙炔黑(純度>99%)組成。該電極涂覆粘合膠可用于制備超級電容器電極片，從而有效地降低超級電容器的電極內(nèi)阻。一種應(yīng)用本發(fā)明所述的電極涂覆粘合膠制備超級電容器電極片的方法，其步驟如下:I)按質(zhì)量比9:1:0.8 1.2的比例稱取吡咯烷酮、PVDF (顆粒狀)和電鍍級乙炔黑(純度>99%)；2)將PVDF放入吡咯烷酮中，攪拌至體系黏稠透明；3)再將乙炔黑倒入步驟2)的體系中，攪拌2 5分鐘，之后放入超聲攪拌機(jī)中(頻率50 IOOkHZ,功率200 500W，300 500轉(zhuǎn)/分鐘)，攪拌2 5小時，得到膠體混合物；4)取厚20 50 μ m鋁箔，表面用酒精清潔并干燥后將步驟3)所得膠體混合物均勻涂抹在鋁箔表面，在鋁箔的兩個表面分別得到厚度為4 6 μ m的均勻膠層；5)將壓制成片的碳電極平整地放置在均勻膠層的表面，靜置10 20分鐘；然后在保證碳電極和鋁箔不分開的均勻壓力下將碳電極和鋁箔一同放入烘箱內(nèi)于150 180°C下干燥2 5小時；6)取出碳電極和鋁箔，在乙腈中浸泡10 30分鐘后檢驗(yàn)電極表面是否平整，沒有明顯凸起的則為合格電極，表明粘合成功；7)將合格電極放入真空干燥箱，在150 180°C、0.01 0.05Mpa條件下干燥8 10小時，從而制備得以用于超級電容器的電極片。


圖1:循環(huán)充放電測試結(jié)果曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:按質(zhì)量比為9:1:0.8的比例稱取吡咯烷酮(J&K，AR) ,PVDF (J&K，顆粒狀)和電鍍級乙炔黑(上海金錦樂，純度>99%) ^fPVDF放入吡咯烷酮中，攪拌至體系黏稠透明膠體；將乙炔黑倒入該膠體中，攪拌2分鐘，之后放入超聲攪拌機(jī)中(杭州成功超聲設(shè)備有限公司，型號ZJS-2000，頻率I OOkHZ,轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分鐘，功率300W)，攪拌2小時，得膠體混合物a ；按質(zhì)量比為9:1的比例稱取吡咯烷酮(J&K，AR)和PVDF (J&K，顆粒狀)并依照制備膠體a的方法，但不添加乙炔黑制得膠體b ;
取10張厚20 μ m的鋁箔(面積8mm*8mm)，表面用酒精清潔并干燥后將兩種膠體混合物均勻涂抹在鋁箔的上下表面，其中5張只使用膠體a，另外5張只使用膠體b，10張涂覆了膠體的鋁箔依據(jù)所涂膠體標(biāo)記為al，a2，a3，a4，a5和bl，b2，b3，b4，b5 ;之后用刷子勻速緩慢的將多余膠體混合物刷離鋁箔，最終鋁箔上下兩面都涂覆了不同厚度均勻膠層，其中從al到a5膠體a的厚度依次為3、4、5、6、7 μ m,從bl到b5膠體b的厚度也依次為3、4、
5、6、7 μ m ；將壓制成片的碳電極(碳電極的厚度100 μ m±20 μ m，面積8臟*8.!)平整地放置在均勻膠層的表面(電極結(jié)構(gòu)從上到下是碳電極+膠+鋁箔+膠+碳電極)，靜置10分鐘；然后在均勻壓力(壓力約104pa，保證可以壓住碳電極即可，我們使用的是G型鉗(STANLEY，
3寸，75mm)和招板(100*100*7mm)將兩個碳電極夾緊)下將碳電極和招箔一同放入烘箱內(nèi)150°C下干燥2小時；取出電極，放在乙腈中浸泡10分鐘后檢驗(yàn)電極表面是否平整，沒有明顯凸起的則為合格電極，記為“ + ”，反之記為將合格電極放入真空干燥箱，150°C、
0.0lMpa下干燥8小時,從而電極片樣品al、a2、a3、a4、a5、bl、b2、b3、b4、b5制備完成。之后將制得的合格電極使用紐扣電池殼按照從下到上依次為負(fù)極外殼、彈片、墊片、負(fù)極(本發(fā)明制備的電極片)、隔膜、正極(本發(fā)明制備的電極片)的次序擺放好并滴入電解液(乙腈(J &K，AR) +四乙基四氟硼酸銨，lmol/L)，靜置I天后蓋上墊片和正極外殼，并用紐扣電池封裝機(jī)封口，從而制備成紐扣式超級電容器(紐扣電池電池殼為合肥科晶，CR2032。紐扣電池封口機(jī):合肥科晶，MSK-110)。測量該超級電容器的內(nèi)阻，測試結(jié)果記錄在表I中。表1:采用本發(fā)明材料制備的超級電容器的數(shù)據(jù):
權(quán)利要求
1.一種可降低超級電容器內(nèi)阻的電極涂覆粘合膠，其特征在于:由質(zhì)量比為1:0.8 1.2的聚偏氟乙烯PVDF和電鍍級乙炔黑組成。
2.權(quán)利要求1所述的一種可降低超級電容器內(nèi)阻的電極涂覆粘合膠在制備超級電容器電極片方面的應(yīng)用。
3.如權(quán)利要求2所述的一種可降低超級電容器內(nèi)阻的電極涂覆粘合膠在制備超級電容器電極片方面的應(yīng)用，其步驟如下: 1)按質(zhì)量比9:1:0.8 1.2的比例稱取吡咯烷酮、PVDF和電鍍級乙炔黑； 2)將PVDF放入吡咯烷酮中，攪拌至體系黏稠透明； 3)再將乙炔黑倒入步驟2)的體系中，攪拌2 5分鐘，之后放入超聲攪拌機(jī)中攪拌2 5小時，得到膠體混合物； 4)取厚20 50μ m鋁箔，表面用酒精清潔并干燥后將步驟3)所得膠體混合物均勻涂抹在鋁箔表面，在鋁箔的兩個表面分別得到厚度為4 6 μ m的均勻膠層； 5)將壓制成片的碳電極平整地放置在均勻膠層的表面，靜置10 20分鐘；然后在保證碳電極和鋁箔不分開的均勻壓力下將碳電極和鋁箔一同放入烘箱內(nèi)于150 180°C下干燥2 5小時； 6)取出碳電極和鋁箔，在乙腈中浸泡10 30分鐘后檢驗(yàn)電極表面是否平整，沒有明顯凸起的則為合格電極，表明粘合成功； 7)將合格電極放入真空干燥箱，在150 180°C、0.01 0.05Mpa條件下干燥8 10小時，從而制備得以用于超級電容器的電極片。
4.如權(quán)利要求3所述的一種可降低超級電容器內(nèi)阻的電極涂覆粘合膠在制備超級電容器電極片方面的應(yīng)用，其特征在于:超聲攪拌機(jī)的頻率為50 lOOkHZ，功率為200 500W，攪拌速度為300 500轉(zhuǎn)/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明屬于電化學(xué)儲能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可降低超級電容器電極內(nèi)阻的電極涂覆粘合膠及在制備超級電容器電極片方面的應(yīng)用。電極涂覆粘合膠由質(zhì)量比為10.8～1.2的聚偏氟乙烯PVDF和電鍍級乙炔黑組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入了乙炔黑之后，膠體的粘合能力基本不受影響，但其導(dǎo)電性顯著增加。原因主要是膠體中有乙炔黑作為電荷移動的通道，提高膠體的導(dǎo)電能力，同時膠體對集流體起到保護(hù)作用，防止集流體被氧化產(chǎn)生氧化鋁。在膠體中加入乙炔黑能夠降低電極材料的電阻，從而提高膠體的導(dǎo)電能力。同時加入乙炔黑后電阻隨膠體厚度增長變緩，說明摻加了乙炔黑之后，膠體厚度對電極電阻影響變?nèi)酢?br> 文檔編號C09J9/02GK103194156SQ201310071518
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者韓煒, 伊佐托夫·弗拉基米爾, 紀(jì)媛 申請人:長春吉大科諾科技有限責(zé)任公司