專利名稱：一種超級電容器電極極片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超級電容電極極片的制備方法，屬于超級電容技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超級電容器是一種新型儲能裝置，集高能量密度、高功率密度、長壽命等特性于一
身，此外它還具有免維護、高可靠性等優(yōu)點，是一種兼?zhèn)潆娙莺碗姵靥匦缘男滦碗娮釉?br> 具有體積小、容量大、充電速度快、循環(huán)壽命長、放電功率高、工作溫度寬、可靠性好等優(yōu)點，
在能源、通訊、數(shù)碼、電子、醫(yī)療、衛(wèi)生、網(wǎng)絡(luò)、汽車、軍用等領(lǐng)域都有十分廣泛的應(yīng)用。 電極是超級電容器的核心組成部分，其是由電極極片按照一定的排列方式巻繞而
成，因此電極的性能取決于極片上電極材料及極片的制備方法。中國專利200510033986. 3
公開了一種超級電容電極材料及極片的制備方法，包括制備料漿，涂布活性炭層，軋制等步
驟。采用上述的制備方法具有以下問題軋制時采用平壓或冷壓的方法，一次的壓縮量較
大，而且軋制壓力很難控制，容易對活性炭質(zhì)材料的涂覆層造成損傷，從而影響活性炭層的
有效吸附性能，如果壓力較大還會造成對金屬集流體造成損傷；另外，最終制得的極片在制
備超級電容時需要在極片上額外添加極耳，使用非常不方便，而且采用該極片的超級電容
在使用時，在極片上產(chǎn)生的電流需要經(jīng)過長長的極片縱向流動才能到達極耳上，從而增加
了超級電容電極的內(nèi)阻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超級電容電極極片的制備方法，以提高活性炭層緊密性 和粘附強度。 為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種超級電容電極極片的制備 方法，包括如下步驟 —種超級電容電極極片的制備方法，其特征在于包括如下步驟 (1)將炭質(zhì)活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合，以500 1500轉(zhuǎn)/分鐘高速攪拌3
10小時，靜置24 36小時，得到電極漿料； (2)將電極漿料在鋁箔上進行涂布，在寬幅鋁箔上縱向間隔涂布形成至少兩個橫
向交替排列的涂炭部分和未涂炭部分，得到寬幅極片； (3)將寬幅極片在80-16(TC條件下干燥10-72小時； (4)將干燥后的極片采用液壓輥輥壓，輥壓分為三個階段，每個階段為多次輥壓， 具體步驟如下[l]在室溫、環(huán)境濕度為30-40%條件下，調(diào)整液壓輥壓強為7-16MPa進行 第一階段的輥壓，總壓縮量為35-40% ，單次的壓縮量為5-10%，根據(jù)總壓縮量確定壓縮次 數(shù)；[2]在120-14(TC、干燥條件下，調(diào)整液壓輥壓強為4-10MPa進行第二階段的輥壓，總壓 縮量為20-30%，單次壓縮量為4-7%，根據(jù)總壓縮量確定壓縮次數(shù)；[3]在室溫、干燥條件 下，調(diào)整液壓輥壓強為2-6MPa，總壓縮量為10-15%，單次壓縮量為2_5%，根據(jù)總壓縮量確 定壓縮次數(shù)；
(5)經(jīng)過三個階段的輥壓處理后進行切分得到超級電容電極極片。 所述炭質(zhì)活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的重量配比為70-85 : 6-11 : 5-15。 所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、乙炔黑、石墨、金屬絲中的一種或者幾種。 所述粘結(jié)劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、酚醛樹脂、聚酯、聚酰胺、丁二烯橡膠等的
一種或幾種。 步驟(2)所述鋁箔的厚度為0. 01-0. 08mm，涂炭厚度為10-200 y m。 所述寬幅極片上的涂炭寬度和未涂炭寬度為極片上涂炭寬度和極耳寬度的一倍
或兩倍。 所述輥壓的速度為0. 5-10m/min。
所述涂布的速度為20-75m/min。 步驟(2)所述涂布為采用具有烘箱的涂布機完成，設(shè)定涂布機的涂布張力為 9. 8-44. 1牛頓，烘箱干燥張力為19. 6-63. 7牛頓。 本發(fā)明的超級電容電極極片的制備方法，采用縱向的間隙涂布方式，涂布后的寬 幅極片干燥后可以得到多個極片，大大增加了生產(chǎn)的效率，并且通過對涂布過程中各參數(shù) 的控制，既使極片達到較高的質(zhì)量，保證電極厚度及電性能的均勻性，適合大規(guī)模生產(chǎn)；另 外，本發(fā)明的軋制采用多布多次輥壓的處理方法，一方面輥壓的壓力容易控制，另一方面每 個階段的輥壓的總壓縮量均有限制，避免了過度壓縮對涂炭層和鋁箔造成損傷，避免了涂 炭層的有效吸附性能。在進行輥壓壓縮時，總壓縮量及單次壓縮量從第一階段到第三階段 遞減，使得極片上的涂炭層逐步被壓縮，其緊密性得到了大大的提高，涂炭層的活性炭材料 與鋁箔結(jié)合牢固，不容易脫落，熱穩(wěn)定性好，因此提高了電極材料的粘附強度。另外，本發(fā)明 在鋁箔上預(yù)留的未涂炭部分作為極片的極耳，一方面簡化了生產(chǎn)工藝，不需要在制備的極 片上額外的添加極耳，另一方面長條形的極耳能夠使在超級電容工作時，在極片上產(chǎn)生的 電流直接通過橫向旁側(cè)的條形極耳即可流出超級電容，電流所流經(jīng)的路程大大縮短，因此 采用本發(fā)明方法得到的極片巻繞而成的超級電容電極具有較小的內(nèi)阻，在超級電容使用過 程中的發(fā)熱量也隨之減少，從而提高了超級電容的性能和使用壽命。


圖1為寬幅極片的示意圖；
圖2為最終極片的示意圖；
圖3為另一種寬幅極片的示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細(xì)的說明。
實施例1 本實施例的超級電容電極極片的制備方法如下
(1)拌料 將炭質(zhì)活性材料、導(dǎo)電碳黑、聚四氟乙烯按照70 : 6 : 5的重量配比混合，以500 轉(zhuǎn)/分鐘高速攪拌3小時，此時混合物溫度升至5(TC，停止攪拌，用過濾袋過濾后，靜止24 小時，得到均勻的電極漿料；
(2)縱向間隙涂布 該步驟采用具有烘箱的涂布機完成，在涂布機的機頭和機尾安裝擋料板，將漿料 分開，實現(xiàn)縱向電極漿料的間隙涂炭，如圖1所示，在鋁箔上形成多條縱向涂炭部分和未涂 炭部分，該涂炭部分和未涂炭部分在鋁箔上橫向呈交替排列，涂炭寬度即為極片的涂炭寬 度(圖1中涂炭部分3的寬度與圖2中極片上的涂炭部分4的寬度相同)；設(shè)定涂布機的 涂布張力為9. 8牛頓，烘箱干燥張力為19. 6牛頓，可滿足涂布過程中走帶平穩(wěn)，保證涂層厚 度的均勻性；極片在涂布走帶過程中通過涂布機烘箱部分進行干燥，設(shè)定涂布機上烘箱的 溫度，保證烘箱的中間溫度高于烘箱兩端的進出口附近的溫度，即中間溫度為8(TC，兩端的 溫度為40°C，以保證極片完全干透，且不起皺、涂炭層不脫落；其中鋁箔的厚度為0. Olmm， 涂炭的厚度為10iim，且涂炭厚度公差在士1.5iim，寬度公差在±0. 4mm，雙面對齊的公差 在±0. 3mm ;涂布的速度為20m/min ; (3)將涂布干燥過的寬幅極片，放置到鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，設(shè)定溫度8(TC之間干燥10 小時，這樣所得所得極片柔韌性好，涂覆牢固，且所制超級電容器內(nèi)阻較小；
(4)輥壓 將步驟(3)得到的單條極片進行輥壓處理，本發(fā)明的輥壓共分為三個階段，每個 階段為多次輥壓，具體如下 每次輥壓之前用無水酒精或者丙酮清洗過輥和壓輥，并調(diào)整壓輥之間縫隙，使左 右縫隙寬度一致，然后穿帶保證待壓極片走帶在一條直線上。輥壓時的輥壓速度為0. 5m/ miru 1、第一階段 在常溫(251:左右)、常壓、環(huán)境濕度30%的條件下進行第一步輥壓，涂炭層的總 壓縮量控制在35% ，分7次壓縮，單次壓縮量應(yīng)控制在5% ，調(diào)整液壓輥壓強為7MPa ;
2、第二階段 在溫度12(TC、常壓、干燥的條件下進行第二步輥壓，涂炭層的總壓縮量控制在 20% ，分5次壓縮，單次壓縮量應(yīng)控制在4% ，調(diào)整液壓輥壓強為4MPa ;
3、第三階段在常溫(25t:左右)、常壓、干燥的條件下進行第三步輥壓，涂炭層的總壓縮量控
制在10%，分5次壓縮，單次壓縮量應(yīng)控制在2%，調(diào)整液壓輥壓強為2MPa。 經(jīng)過輥壓處理后進行切分得到成品的超級電容電極極片，切分的位置如圖1中箭
頭所示，如圖2所示，圖中4未涂炭部分，未涂炭部分5為極片的極耳。 實施例2 本實施例的超級電容電極極片的制備方法如下
(1)拌料 將炭質(zhì)活性材料、乙炔黑和石墨、酚醛樹脂按照78 : 8 : IO的重量配比混合，以 1000轉(zhuǎn)/分鐘高速攪拌7小時，當(dāng)混合物溫度升高至54t:時，停止攪拌，用過濾袋過濾后， 靜止30小時，得到均勻的電極漿料；
(2)縱向間隙涂布 該步驟采用具有烘箱的涂布機完成，在涂布機的機頭和機尾安裝擋料板，將漿料 分開，實現(xiàn)縱向電極漿料的間隙涂炭，如圖1所示，在鋁箔上形成多條縱向涂炭部分和未涂炭部分，該涂炭部分和未涂炭部分在鋁箔上橫向呈交替排列，涂炭寬度即為極片的涂炭寬 度(圖1中涂炭部分3的寬度與圖2中極片上的涂炭部分4的寬度相同)；設(shè)定涂布機的 涂布張力為27. 3牛頓，烘箱干燥張力為40. 6牛頓，可滿足涂布過程中走帶平穩(wěn)，保證涂 層厚度的均勻性；極片在涂布走帶過程中通過涂布機烘箱部分進行干燥，設(shè)定涂布機上烘 箱的溫度，保證烘箱的中間溫度高于烘箱兩端的進出口附近的溫度，即中間溫度為IO(TC， 兩端的溫度為65°C，以保證極片完全干透，且不起皺、涂炭層不脫落；其中鋁箔的厚度為 0. 05mm，涂炭的厚度為100 y m，且涂炭厚度公差在± 1. 5 y m，寬度公差在±0. 4mm，雙面對 齊的公差在±0. 3mm ;涂布的速度為46m/min ; (3)將涂布干燥過的寬幅極片，放置到鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，設(shè)定溫度12(TC之間干燥40 小時； (4)輥壓 將步驟(3)得到的單條極片進行輥壓處理，本發(fā)明的輥壓共分為三個階段，每個 階段為多次輥壓，具體如下 每次輥壓之前用無水酒精或者丙酮清洗過輥和壓輥，并調(diào)整壓輥之間縫隙，使左 右縫隙寬度一致，然后穿帶保證待壓極片走帶在一條直線上。輥壓時的輥壓速度為5. 6m/ miru 1、第一階段 在常溫(25。C左右)、常壓、環(huán)境濕度35X的條件下進行第一步輥壓，涂炭層的總 壓縮量控制在40%，分4次壓縮，單次壓縮量應(yīng)控制在10%，調(diào)整液壓輥壓強為12MPa ;
2、第二階段 在溫度13(TC、常壓、干燥的條件下進行第二步輥壓，涂炭層的總壓縮量控制在 28% ，分4次壓縮，單次壓縮量應(yīng)控制在7% ，調(diào)整液壓輥壓強為7MPa ;
3、第三階段 在常溫(25t:左右)、常壓、干燥的條件下進行第三步輥壓，涂炭層的總壓縮量控
制在15%，分3次壓縮，單次壓縮量應(yīng)控制在5%，調(diào)整液壓輥壓強為4MPa。 經(jīng)過輥壓處理后進行切分得到成品的超級電容電極極片，切分的位置如圖1中箭
頭所示，如圖2所示，圖中4未涂炭部分，未涂炭部分5為極片的極耳。 實施例3 本實施例的超級電容電極極片的制備方法如下
(1)拌料 將炭質(zhì)活性材料、石墨、丁二烯橡膠按照85 : 11 : 15的重量配比混合，以1500 轉(zhuǎn)/分鐘高速攪拌10小時，當(dāng)混合物溫度升高至6(TC時，停止攪拌，用過濾袋過濾后，靜止 36小時，得到均勻的電極漿料；
(2)縱向間隙涂布 該步驟采用具有烘箱的涂布機完成，在涂布機的機頭和機尾安裝擋料板，將漿料 分開，實現(xiàn)縱向電極漿料的間隙涂炭，如圖1所示，在鋁箔上形成多條縱向涂炭部分和未涂 炭部分，該涂炭部分和未涂炭部分在鋁箔上橫向呈交替排列，涂炭寬度即為極片的涂炭寬 度(圖1中涂炭部分3的寬度與圖2中極片上的涂炭部分4的寬度相同)；設(shè)定涂布機的 涂布張力為44. 1牛頓，烘箱干燥張力為63. 7牛頓，可滿足涂布過程中走帶平穩(wěn)，保證涂層厚度的均勻性；極片在涂布走帶過程中通過涂布機烘箱部分進行干燥，設(shè)定涂布機上烘 箱的溫度，保證烘箱的中間溫度高于烘箱兩端的進出口附近的溫度，即中間溫度為120°C ， 兩端的溫度為9(TC，以保證極片完全干透，且不起皺、涂炭層不脫落；其中鋁箔的厚度為 0. 08mm，涂炭的厚度為200 y m，且涂炭厚度公差在± 1. 5 y m，寬度公差在±0. 4mm，雙面對 齊的公差在±0. 3mm ;涂布的速度為75m/min ; (3)將涂布干燥過的寬幅極片，放置到鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，設(shè)定溫度16(TC之間干燥72 小時； (4)輥壓 將步驟(3)得到的單條極片進行輥壓處理，本發(fā)明的輥壓共分為三個階段，每個 階段為多次輥壓，具體如下 每次輥壓之前用無水酒精或者丙酮清洗過輥和壓輥，并調(diào)整壓輥之間縫隙，使左 右縫隙寬度一致，然后穿帶保證待壓極片走帶在一條直線上。輥壓時的輥壓速度為10m/ miru 1、第一階段 在常溫(251:左右)、常壓、環(huán)境濕度40%的條件下進行第一步輥壓，涂炭層的總 壓縮量控制在37%，分多次壓縮，單次壓縮量應(yīng)控制在7. 4%，調(diào)整液壓輥壓強為16MPa ;
2、第二階段 在溫度14(TC、常壓、干燥的條件下進行第二步輥壓，涂炭層的總壓縮量控制在 30% ，分5次壓縮，單次壓縮量應(yīng)控制在6% ，調(diào)整液壓輥壓強為10MPa ;
3、第三階段 在常溫(25t:左右)、常壓、干燥的條件下進行第三步輥壓，涂炭層的總壓縮量控
制在12%，分3次壓縮，單次壓縮量應(yīng)控制在4%，調(diào)整液壓輥壓強為6MPa。 經(jīng)過輥壓處理后進行切分得到成品的超級電容電極極片，切分的位置如圖1中箭
頭所示，如圖2所示，圖中4未涂炭部分，未涂炭部分5為極片的極耳，本發(fā)明制備的極片的
極耳的面積較大，在超級電容工作過程中電流只需要通過涂炭部分旁側(cè)的極耳流出超級電
容，相比以前的再極片上額外添加極耳，電流只需要通過極片寬度的較短路程即可流出超
級電容，因此采用本發(fā)明制備的極片制成的超級電容電極具有較小的內(nèi)阻。 在本發(fā)明的超級電容電極極片的制備方法中，在鋁箔上涂覆的涂炭部分的寬度可
以為最終極片上涂炭部分寬度的兩倍，同時鋁箔上的未涂炭部分的寬度為最終極片的極耳
寬度的兩倍，如圖3所示，圖中涂炭部分6及未涂炭部分7的寬度為圖2中涂炭部分4及未
涂炭部分5寬度的兩倍，采用這種輥壓后的寬幅極片在切分時，切分部位如圖3中箭頭所指
的部位，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的，完成極片的制備。而且在寬幅極片的橫向兩端預(yù)留有
未涂炭部分，該未涂炭部分的寬度為極片極耳寬度在加上2-15mm，如圖1、3中l(wèi)所示，便于
生產(chǎn)制造。
權(quán)利要求
一種超級電容電極極片的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)將炭質(zhì)活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合，以500～1500轉(zhuǎn)/分鐘高速攪拌3～10小時，靜置24～36小時，得到電極漿料；(2)將電極漿料在鋁箔上進行涂布，在寬幅鋁箔上縱向間隔涂布形成至少兩個橫向交替排列的涂炭部分和未涂炭部分，得到寬幅極片；(3)將寬幅極片在80-160℃條件下干燥10-72小時；(4)將干燥后的極片采用液壓輥輥壓，輥壓分為三個階段，每個階段為多次輥壓，具體步驟如下[1]在室溫、環(huán)境濕度為30-40％條件下，調(diào)整液壓輥壓強為7-16MPa進行第一階段的輥壓，總壓縮量為35-40％，單次的壓縮量為5-10％，根據(jù)總壓縮量確定壓縮次數(shù)；[2]在120-140℃、干燥條件下，調(diào)整液壓輥壓強為4-10MPa進行第二階段的輥壓，總壓縮量為20-30％，單次壓縮量為4-7％，根據(jù)總壓縮量確定壓縮次數(shù)；[3]在室溫、干燥條件下，調(diào)整液壓輥壓強為2-6MPa，總壓縮量為10-15％，單次壓縮量為2-5％，根據(jù)總壓縮量確定壓縮次數(shù)；(5)經(jīng)過三個階段的輥壓處理后進行切分得到超級電容電極極片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述炭質(zhì)活性材料、導(dǎo)電齊U、粘結(jié)劑的重量配比為70-85 : 6-11 : 5-15。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、乙炔黑、石墨、金屬絲中的一種或者幾種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備方法，其特征在于所述粘結(jié)劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、酚醛樹脂、聚酯、聚酰胺、丁二烯橡膠等的一種或幾種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備方法，其特征在于步驟(2)所述鋁箔的厚度為0. 01-0. 08mm，涂炭厚度為10-200 ii m。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述寬幅極片上的涂炭寬度和未涂炭寬度為極片上涂炭寬度和極耳寬度的一倍或兩倍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述輥壓的速度為0. 5-10m/min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述涂布的速度為20-75m/min。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)所述涂布為采用具有烘箱的涂布機完成，設(shè)定涂布機的涂布張力為9. 8-44. l牛頓，烘箱干燥張力為19. 6-63. 7牛頓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超級電容電極極片的制備方法，包括拌料、涂布、干燥、輥壓，其中涂布采用縱向間隙涂布，輥壓采用多步多次輥壓，每步輥壓控制總壓縮量，采用多次的單次輥壓，并且每步輥壓的總壓縮量逐步減少。本發(fā)明的超級電容電極極片的制備方法，采用縱向的間隙涂布方式，涂布后的寬幅極片干燥后可以得到多個極片，大大增加了生產(chǎn)的效率；另外，在進行輥壓壓縮時，總壓縮量及單次壓縮量從第一階段到第三階段遞減，使得極片上的涂炭層逐步被壓縮，其緊密性得到了大大的提高，涂炭層的活性炭材料與鋁箔結(jié)合牢固，不容易脫落，熱穩(wěn)定性好，因此提高了電極材料的粘附強度。
文檔編號H01G9/058GK101699589SQ20091017260
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者劉喜龍, 張紅濤, 李萍, 楊小勇, 柴振國, 王之亮, 王鵬, 田暉, 趙志偉 申請人:凱邁嘉華(洛陽)新能源有限公司