專利名稱：超級(jí)電容器長(zhǎng)壽命電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及超級(jí)電容器，具體涉及一種超級(jí)電容器電極的制
作方法。
背景技術(shù)：
超級(jí)電容器原理是在電極與電解液界面形成雙電層積蓄電荷，為了提高容量密度 極化極要使用活性炭、碳纖維、碳黑、碳納米管等活性材料。為使電極長(zhǎng)壽命高效率充放電， 在集電極上粘接金屬與石墨等低阻抗涂層。集電極一般使用耐電化學(xué)腐蝕的高純鋁、不銹 鋼、鎳等。電解液有水系電解液和有機(jī)電解液。有機(jī)電解液耐壓高儲(chǔ)存的能量多，但在電容 器單元內(nèi)部由于存有少量水在電容器充電時(shí)引起水電解促使其性能下降，因此對(duì)于電極必 須充分除水，一般采取真空除水。電極中主要成分是活性炭、碳纖維、碳黑、碳納米管、金屬 氧化物、導(dǎo)電聚合物等活性材料，通常為粉末狀，另外纖維素類粘接劑與水混合，其中分散 電極材料制成漿，涂于集電極上，干燥作成電極。但是這種方法粘接力弱，集電極與極化極 的粘接強(qiáng)度小。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前超級(jí)電容器電極及其生產(chǎn)技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種超級(jí)電容器 長(zhǎng)壽命電極的制作方法，解決集電極與極化極的粘接強(qiáng)度小、及極化極內(nèi)部粘接強(qiáng)度小等 問(wèn)題。 本發(fā)明中極化極由電極活性材料、導(dǎo)電材料和粘接劑材料構(gòu)成，極化極與金屬集
電極形成一體，構(gòu)成超級(jí)電容器的電極。工作時(shí)，電極浸入有機(jī)電解液中。 粘接劑由具有如下通式(I)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成。 (NFn)x-Si-M(4—x) (I) n = 1、2、3、4、5、6或7 ;x = 1、2或3 M :-CH3、 -CH2CH3、 -CH2CH2CH3、 CH3CHCH3、 _0CH3、 _0CH2CH3、 _0CH2CH2CH3或_0CHCH3CH3、
NFn :_CHF2、 _CH2F、 _CF3、 _CH2CH2F、 _CH2CHF2、 _CH2CF3、 _CH2CH2CH2F、 _CH2CH2CHF2、-CH2CH2CF3、 -CH2CH2CH2CH2F、 _CH2CH2CH2CHF2、 _CH2CH2CH2CF3、 _CH2CH2CHFCF3、 _CH2CH2CF2CF3、 CF3
》HCH2— -CH2CH2C3F7、 _CH2CH2CH2CH2CH2F、 _CH2CH2CH2CH2CHF2、 _CH2CH2CH2CH2CF3、 _CH2 、
CH2CH2CHFCF3、 _CH2CH2CH2CF2CF3、 _CH2CH2CHFCF2CF3、 _CH2CH2CF2CF2CF3、 ， >HCH2 —
、HCH2CH「或_C6F5。 粘接劑中各組分含量按質(zhì)量比通式(I)的物質(zhì)5% 50%，聚四氟乙烯50% 95%。
3
極化極中粘接劑含量為2 20% (質(zhì)量比)，其余為活性材料。粘接劑含量2%及 以上就能得到所需電極片強(qiáng)度，但粘接劑含量過(guò)高極化極電阻變大，最好為5% 15%。
活性材料要使用電化學(xué)性能不活潑的活性炭、碳黑或碳納米管等活性材料?？梢?采用其中一種或一種以上的組合物，當(dāng)采用一種以上的組合物時(shí)，各組分可以以任意比混 合。其中活性炭比表面積1000 2500m7g，碳黑比表面積100 300m7g，碳納米管比表面 積100 500m7g?；钚圆牧显跇O化極中含量60% 96% (質(zhì)量比)。
由于極化極阻抗要低，所以加入石墨或乙炔黑等導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料在極化極中 比例為2% 20% (質(zhì)量比)。要求導(dǎo)電材料粒度1 5iim。 綜上，制備本發(fā)明的極化極的原料配比按質(zhì)量比計(jì)為粘接劑2% 20%，活性材 料60% 96%，導(dǎo)電材料2% 20%。 金屬集電極最好是鋁或鋁合金，特別是純度在99. 9%以上、銅含量在0. 01% (質(zhì) 量比)以下的金屬鋁，要求金屬集電極表面粗糙，可與極化極良好接觸，為使表面粗糙可采 用化學(xué)腐蝕或交流電化學(xué)腐蝕的方法處理。 有機(jī)電解液沒(méi)有特殊規(guī)定，眾所周知有機(jī)溶劑中含有離解性的鹽表示為 Ri^iy^NY或Ri^Rs^PY, R2、 R3、 R4為烷基可相同也可不相同；Y為BF4—、 PF6—、 C104—或 CF3S03—等的陰離子構(gòu)成，溶解在有機(jī)溶劑中形成有機(jī)電解液。 上述的有機(jī)溶劑是碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、環(huán)丁砜、碳 酸乙烯酯、乙腈、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯或四氫呋喃，或其中一種以上溶劑混合構(gòu)成的混 合溶劑。 隔極膜采用纖維素系電解紙、多孔聚丙烯、多孔聚四氟乙烯或多孔聚乙烯，其中最 好使用耐熱性強(qiáng)含水率低的多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率60% 95%，厚度 15 120 ii m，孑L徑0. 05 0. 2 ii m。
本發(fā)明電極的制作方法如下。 將金屬集電極進(jìn)行交流雙面腐蝕，得到厚度為15 40iim、粗糙度單側(cè)厚度為 1. 0 5. Oii m的集電極；在水、乙醇、異丙醇或甲乙酮等溶劑中溶解粘接材料，在溶解完粘 接材料的溶液中分散活性材料粉末和導(dǎo)電材料，制成固體物體積含量為10 25%的漿料， 將該漿料用涂膠刀或涂布機(jī)等設(shè)備涂于集電極雙表面，100 15(TC干燥10 80分鐘，將 極化極與集電極的整體壓至厚度為15 300iim，使極化極與集電極成為一體并能牢固粘 結(jié)形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。將兩張電極鉚接引線后，在 兩張帶狀電極之間夾入15 120 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為16 80mm、高30 170mm的圓柱形芯子，也可以巻繞成橫截面為矩形(矩形長(zhǎng)為16 80mm、寬為16 60mm)、 高30 170mm的芯子。將巻好的芯子100 150。C真空干燥8 18h。
采用本發(fā)明方法制備的電極制作超級(jí)電容器的方法同一般方法。
將制作完成的電極真空浸漬電解液，對(duì)芯子外加直流電壓6 10h后裝于有底圓 筒殼或有底矩形筒殼中，引線兩端采用激光機(jī)焊接在電容器殼上封口即可，有底圓筒殼或 有底矩形筒殼最好是鋁制的。 以往超級(jí)電容器電極制作時(shí)粘接劑采用聚四氟乙烯、羧甲基纖維素、聚乙烯醇、聚 偏氟乙烯中的一種或一種以上成分，采用這些粘接劑時(shí)制作的電極片機(jī)械強(qiáng)度弱，不易連 續(xù)化生產(chǎn)，而采用本發(fā)明復(fù)合粘接劑制作的電極柔軟、機(jī)械強(qiáng)度大、易于連續(xù)化生產(chǎn)，最薄可做至15ym。采用本發(fā)明制備的電極制作的超級(jí)電容器，在環(huán)境溫度為45t:、直流電壓從 2. 5V到1. 25V電流為20A條件下進(jìn)行充放電周期試驗(yàn)，2萬(wàn)次后容量保持率可達(dá)92% 。
具體實(shí)施例方式
所采用的原料通式(I)的物質(zhì)來(lái)自渤海大學(xué)精細(xì)化研究所，其余均為市售產(chǎn)品。
實(shí)施例1 粘接劑由具有如下通式(I)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成。
(NFn)x-Si-M(4—x) (I)
x = 3
M :—CH2CH3
NFn :_CHF2 粘接劑中各組分含量按質(zhì)量比通式(I)的物質(zhì)50%，聚四氟乙烯50%。 活性材料使用電化學(xué)性能不活潑的活性炭與碳黑的混合物，活性炭與碳黑的質(zhì)量
比為8 : 1。其中活性炭比表面積1800m7g，碳黑比表面積200m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導(dǎo)電材料，要求導(dǎo)電材料粒度3ym。 綜上，制備本發(fā)明的極化極的原料配比按質(zhì)量比計(jì)為粘接劑10%，活性材料
80%，導(dǎo)電材料10%。 金屬集電極采用純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質(zhì)量比)以下的金屬鋁。
有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用人造纖維素紙，要求隔極膜孔隙率80% ，厚度70 ii m，孔徑0. 1 y m。
電極的制作方法如下。 將金屬鋁進(jìn)行交流雙面腐蝕，得到腐蝕鋁箔厚度為25ym，粗糙度單側(cè)厚度為 2. 5 ii m，在兩萬(wàn)倍的電子顯微鏡下觀察表面成海綿狀，腐蝕孔平均孔徑為0. 1 ii m，在lcm2面 積上有90億個(gè)孔，拉伸強(qiáng)度1. 9kg/cm，將其作為集電極。 在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導(dǎo)電 材料，制成固體物體積含量為16%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機(jī)等設(shè)備涂于集電極 雙表面，12(TC干燥45分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為160 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結(jié)形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入70 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 32mm、高100mm的圓柱形芯子，將巻好的芯子120。C真空干燥13h。 將芯子真空浸漬電解液。對(duì)芯子4(TC外加2.5V直流電壓8h后裝于有底圓筒殼 中，有底圓筒殼是鋁制的。正負(fù)極用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口。這樣就得到 額定電壓2. 5V容量600F電容器。 然后在環(huán)境溫度為45°C，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為20A條件下進(jìn)行充放 電周期試驗(yàn)，2萬(wàn)次后容量保持率為92%，另外周圍溫度為65t:同樣進(jìn)行充放電周期試驗(yàn)， l萬(wàn)次后容量保持率為87%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側(cè)殘留多量的電極物質(zhì)。
實(shí)施例2 粘接劑由具有如下通式(I)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成。(NFn)x-Si-M x = 2
M :CH3CHCH3
NFn :_CH2CHF2 粘接劑中各組分含量按質(zhì)量比通式(I)的物質(zhì)30%，聚四氟乙烯70%。
活性材料使用電化學(xué)性能不活潑的活性炭，活性炭比表面積2500m7g。
由于極化極阻抗要低，所以加入乙炔黑導(dǎo)電材料，要求導(dǎo)電材料粒度5ym。
綜上，制備本發(fā)明的極化極的原料配比按質(zhì)量比計(jì)為粘接劑20%，活性材料 60%，導(dǎo)電材料20%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質(zhì)量比)以下的金屬鋁。
有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚丙烯，要求隔極膜孔隙率90%，厚度120iim，孔徑0. 2iim。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進(jìn)行交流雙面腐蝕，得到厚度為40 ii m、粗糙度單側(cè)厚度為5. 0 y m 的集電極；在異丙醇中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導(dǎo) 電材料，制成固體物體積含量為25%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機(jī)等設(shè)備涂于集電 極雙表面，15(TC干燥15分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為300 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結(jié)形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入120ym厚的隔極膜，然后巻繞成橫截面 為矩形(矩形長(zhǎng)為80mm、寬為60mm)、高160mm的芯子。將巻好的芯子150。C真空干燥8h。
將芯子真空浸漬電解液。對(duì)芯子4(TC外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底矩形筒殼 中，有底矩形筒殼是鋁制的。正負(fù)極用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口 。
在環(huán)境溫度為45°C，電壓從2. 5V到1. 25V電流為20A條件下進(jìn)行充放電周期試 驗(yàn)，2萬(wàn)次后容量保持率為93%。另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側(cè)殘留多量的電極 物質(zhì)。 實(shí)施例3 粘接劑由具有如下通式(I)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成。 (NFn)x-Si-M(4—x) (I) x = 1 M :-OCHCH,CH, 粘接劑中各組分含量按質(zhì)量比通式(I)的物質(zhì)5%%，聚四氟乙烯95%。 活性材料使用電化學(xué)性能不活潑的碳納米管，碳納米管比表面積300m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導(dǎo)電材料，要求導(dǎo)電材料粒度lym。 綜上，制備本發(fā)明的極化極的原料配比按質(zhì)量比計(jì)為粘接劑2%%，活性材料
96%，導(dǎo)電材料2%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質(zhì)量比)以下的金屬鋁。 有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率65^，厚度20ym，孔徑 0. 05iim。 電極的制作方法如下。 將金屬集電極進(jìn)行交流雙面腐蝕，得到厚度為15iim、粗糙度單側(cè)厚度為l.Oiim 的集電極；在乙醇中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導(dǎo)電 材料，制成固體物體積含量為10%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機(jī)等設(shè)備涂于集電 極雙表面，IO(TC干燥80分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為35 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結(jié)形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入20 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 20mm、高30mm的圓柱形芯子，將巻好的芯子IO(TC真空干燥18h。 將芯子真空浸漬電解液。對(duì)芯子4(TC外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底圓形筒殼 中，有底圓形筒殼是鋁制的。正負(fù)極用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口。在環(huán)境溫 度為45tV流電壓從2. 5V到1. 25V電流為20A條件下進(jìn)行充放電周期試驗(yàn)，2萬(wàn)次后容量 保持率為91%。外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側(cè)殘留多量的電極物質(zhì)。
實(shí)施例4 粘接劑由具有如下通式(I)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成。 (NFn)x-Si-M(4—x) (I) x = 3 M :-OCH2CH2CH3 NFn :—CH2CH2CF2CF2CF3 粘接劑中各組分含量按質(zhì)量比通式(I)的物質(zhì)30%，聚四氟乙烯70%。 活性材料使用電化學(xué)性能不活潑的活性炭與碳納米管的混合材料。按質(zhì)量比活性
炭與碳納米管的比例為l : 1。其中活性炭比表面積1200m7g，碳納米管比表面積120m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導(dǎo)電材料，要求導(dǎo)電材料粒度2ym。 綜上，制備本發(fā)明的極化極的原料配比按質(zhì)量比計(jì)為粘接劑5%，活性材料
90%，導(dǎo)電材料5%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質(zhì)量比)以下的金屬鋁。
有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚乙烯，要求隔極膜孔隙率85%，孔徑0. 15iim。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進(jìn)行交流雙面腐蝕，得到厚度為30iim、粗糙度單側(cè)厚度為4.0iim 的集電極；在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導(dǎo) 電材料，制成固體物體積含量為20%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機(jī)等設(shè)備涂于集電 極雙表面，13(TC干燥30分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為80 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結(jié)形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入40踐厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 40mm、高50mm的圓柱形芯子，將巻好的芯子130。C真空干燥12h。 將芯子真空浸漬電解液。對(duì)芯子4(TC外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底圓形筒殼 中，有底圓形筒殼是鋁制的。正負(fù)極用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口。在環(huán)境溫度為45t:，流電壓從2. 5V到1. 25V電流為20A條件下進(jìn)行充放電周期試驗(yàn)，2萬(wàn)次后容量 保持率為86%。外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側(cè)殘留多量的電極物質(zhì)。
實(shí)施例5 粘接劑由具有如下通式(I)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成。
(NFn)x-Si-M(4—x) (I)
x = 2
M :_CH3
NFn :—CH2F 粘接劑中各組分含量按質(zhì)量比通式(I)的物質(zhì)25%，聚四氟乙烯75%。 活性材料要使用電化學(xué)性能不活潑的活性炭，活性炭比表面積2000m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導(dǎo)電材料，要求導(dǎo)電材料粒度2ym。 綜上，制備本發(fā)明的極化極的原料配比按質(zhì)量比計(jì)為粘接劑15%，活性材料
77%，導(dǎo)電材料8%。 金屬集電極最好是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質(zhì)量比)以下的金屬 鋁。 有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚丙烯，要求隔極膜孔隙率75%，孔徑0. 08iim。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進(jìn)行交流雙面腐蝕，得到厚度為35iim、粗糙度單側(cè)厚度為4. 5iim 的集電極；在水中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導(dǎo)電材 料，制成固體物體積含量為12%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機(jī)等設(shè)備涂于集電極雙 表面，14(TC干燥25分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為180 ii m，使極化極與集電極
成為一體并能牢固粘結(jié)形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。將兩 張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入35 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成橫截面為矩 形(矩形長(zhǎng)為30mm、寬為20mm)、高60mm的芯子。將巻好的芯子130。C真空干燥12h。
將芯子真空浸漬電解液。對(duì)芯子40°C外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底矩形筒殼 中，有底矩形筒殼是鋁制的。在環(huán)境溫度為45tV流電壓從2. 5V到1. 25V電流為20A條件 下進(jìn)行充放電周期試驗(yàn)，2萬(wàn)次后容量保持率為56%。另外周圍溫度為65t:同樣進(jìn)行充放 電周期試驗(yàn)，1萬(wàn)次后容量保持率為23%。另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側(cè)殘留少 量的電極物質(zhì)。
實(shí)施例6 粘接劑由具有如下通式(I)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成。
(NFn)x-Si-M(4—X)(I)
x = 3
M:-OCH3 CF3 NFn: >CH2CH2— 粘接劑中各組分含量按質(zhì)量比通式(I)的物質(zhì)40%，聚四氟乙烯60%。
活性材料使用電化學(xué)性能不活潑的碳納米管。碳納米管比表面積400m7g。
8
由于極化極阻抗要低，所以加入乙炔黑導(dǎo)電材料，要求導(dǎo)電材料粒度2ym。
綜上，制備本發(fā)明的極化極的原料配比按質(zhì)量比計(jì)為粘接劑18%，活性材料 64%，導(dǎo)電材料18%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質(zhì)量比)以下的金屬鋁。
有機(jī)電解液為1. 0mol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚乙烯，要求隔極膜孔隙率85^，孔徑0.2iim。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進(jìn)行交流雙面腐蝕，得到厚度為40iim、粗糙度單側(cè)厚度為5.0iim 的集電極；在異丙醇中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導(dǎo) 電材料，制成固體物體積含量為22%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機(jī)等設(shè)備涂于集電 極雙表面，15(TC干燥10分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為260 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結(jié)形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入90 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 50mm、高80mm的圓柱形芯子，將巻好的芯子15(TC真空干燥8h。 將芯子真空浸漬電解液。對(duì)芯子4(TC外加2.5V直流電壓8h后裝于有底圓形筒殼 中，有底圓形筒殼是鋁制的。正負(fù)極用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口。這樣就得 到額定電壓2. 5V容量1200F電容器。 然后在環(huán)境溫度為45°C，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為40A條件下進(jìn)行充放 電周期試驗(yàn)，2萬(wàn)次后容量保持率為93%，另外周圍溫度為65t:同樣進(jìn)行充放電周期試驗(yàn)， l萬(wàn)次后容量保持率為88%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側(cè)殘留多量的電極物質(zhì)。
實(shí)施例7 粘接劑由具有如下通式(I)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成。
(NFn)x-Si-M(4—x) (I)
x = 1
M:CH3CHCH3
NFn :—C6F5 粘接劑中各組分含量按質(zhì)量比通式(I)的物質(zhì)32%，聚四氟乙烯68%。 活性材料使用電化學(xué)性能不活潑的碳黑，碳黑比表面積100m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導(dǎo)電材料，要求導(dǎo)電材料粒度5ym。 綜上，制備本發(fā)明的極化極的原料配比按質(zhì)量比計(jì)為粘接劑9%，活性材料
85%，導(dǎo)電材料6%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質(zhì)量比)以下的金屬鋁。
有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚丙烯，要求隔極膜孔隙率65% ，孔徑0. 05 ii m。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進(jìn)行交流雙面腐蝕，得到厚度為15iim、粗糙度單側(cè)厚度為l.Oiim 的集電極；在乙醇中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導(dǎo)電 材料，制成固體物體積含量為11 %的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機(jī)等設(shè)備涂于集電極雙表面，ll(TC干燥75分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為40 ii m，使極化極與集電 極成為一體并能牢固粘結(jié)形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。將 兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入16ym厚的隔極膜，然后巻繞成巻繞成橫 截面為矩形(矩形長(zhǎng)為25mm、寬為20mm)、高30mm的芯子。將巻好的芯子ll(TC真空干燥 9h。 將芯子真空浸漬電解液。對(duì)芯子40°C外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底矩形筒殼 中，有底矩形筒殼是鋁制的。正負(fù)極用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口。這樣就得 到額定電壓2. 5V容量120F電容器。 然后在環(huán)境溫度為45°C ，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為5A條件下進(jìn)行充放電 周期試驗(yàn)，2萬(wàn)次后容量保持率為90%，另外周圍溫度為651:同樣進(jìn)行充放電周期試驗(yàn)，1 萬(wàn)次后容量保持率為87%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側(cè)殘留多量的電極物質(zhì)。
實(shí)施例8 粘接劑由具有如下通式(I)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成。 (NFn)x-Si-M(4—X)(I) x = 3 M:—0CHCH3CH3NFn : -CH2CH2CH2CH2CH2F 粘接劑中各組分含量按質(zhì)量比通式(I)的物質(zhì)50%，聚四氟乙烯50%。 活性材料使用電化學(xué)性能不活潑的活性炭與碳黑的組合物，活性炭與碳黑的質(zhì)量
比為3 : 1。其中活性炭比表面積1100m7g，碳黑比表面積110m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入乙炔黑導(dǎo)電材料，要求導(dǎo)電材料粒度5ym。 綜上，制備本發(fā)明的極化極的原料配比按質(zhì)量比計(jì)為粘接劑15%，活性材料
75%，導(dǎo)電材料10%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質(zhì)量比)以下的金屬鋁。
有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率88%，孔徑0. 12iim。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進(jìn)行交流雙面腐蝕，得到厚度為26iim、粗糙度單側(cè)厚度為1. 5ym 的集電極；在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導(dǎo) 電材料，制成固體物體積含量為23%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機(jī)等設(shè)備涂于集電 極雙表面，135t:干燥50分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為160 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結(jié)形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入85 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 40mm、高50mm的圓柱形芯子，將巻好的芯子IO(TC真空干燥18h。 將芯子真空浸漬電解液。對(duì)芯子4(TC外加2.5V直流電壓8h后裝于有底圓形筒殼 中，有底圓形筒殼是鋁制的。正負(fù)極用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口。這樣就得 到額定電壓2. 5V容量400F電容器。然后在環(huán)境溫度為45t:，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為5A條件下進(jìn)行充放電周期試驗(yàn)，2萬(wàn)次后容量保持率為85%，另外周圍溫度為651:同樣進(jìn)行充放電周期試驗(yàn)，1 萬(wàn)次后容量保持率為80%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側(cè)殘留多量的電極物質(zhì)。
實(shí)施例9 粘接劑由具有如下通式(I)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成。
(NFn)x-Si-M(4—x) (I)
x = 2
M:-CH2CH2CH3
NFn :—CH2CH2C3F7 粘接劑中各組分含量按質(zhì)量比通式(I)的物質(zhì)33%，聚四氟乙烯67%。 活性材料使用電化學(xué)性能不活潑的活性炭，活性炭比表面積1700m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導(dǎo)電材料，要求導(dǎo)電材料粒度4ym。 綜上，制備本發(fā)明的極化極的原料配比按質(zhì)量比計(jì)為粘接劑13%，活性材料
72%，導(dǎo)電材料15%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質(zhì)量比)以下的金屬鋁。
有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率60%，孔徑0. lym。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進(jìn)行交流雙面腐蝕，得到厚度為22iim、粗糙度單側(cè)厚度為2. 2 y m 的集電極；在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導(dǎo) 電材料，制成固體物體積含量為21%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機(jī)等設(shè)備涂于集電 極雙表面，15(TC干燥20分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為280 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結(jié)形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入22 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成巻繞成 橫截面為矩形(矩形長(zhǎng)為75mm、寬為60mm)、高100mm的芯子。將巻好的芯子IO(TC真空干 燥15h。 將芯子真空浸漬電解液。對(duì)芯子4(TC外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底矩形筒殼 中，有底矩形筒殼是鋁制的。正負(fù)極用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口。在環(huán)境溫 度為45t:，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為40A條件下進(jìn)行充放電周期試驗(yàn)，2萬(wàn)次后容 量保持率為90%，另外周圍溫度為65t:同樣進(jìn)行充放電周期試驗(yàn)，1萬(wàn)次后容量保持率為 88%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側(cè)殘留多量的電極物質(zhì)。
實(shí)施例10 粘接劑由具有如下通式(I)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成。 (NFn)x-Si-M(4—x) (I) x = 1 M:-0CH2CH3NFn : _CH2CH2CH2CHF2 粘接劑中各組分含量按質(zhì)量比通式(I)的物質(zhì)9%，聚四氟乙烯91%。
活性材料使用電化學(xué)性能不活潑的碳納米管。碳納米管比表面積220m7g。
由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導(dǎo)電材料，要求導(dǎo)電材料粒度2ym。
綜上，制備本發(fā)明的極化極的原料配比按質(zhì)量比計(jì)為粘接劑11%，活性材料 74%，導(dǎo)電材料15%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質(zhì)量比)以下的金屬鋁。
有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率78^，孔徑0.09iim。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進(jìn)行交流雙面腐蝕，得到厚度為21iim、粗糙度單側(cè)厚度為3. 2iim 的集電極；在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導(dǎo) 電材料，制成固體物體積含量為16%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機(jī)等設(shè)備涂于集電 極雙表面，IO(TC干燥60分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為96 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結(jié)形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入66 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 35mm、高60mm的圓柱形芯子將巻好的芯子15(TC真空干燥10h。 將芯子真空浸漬電解液。對(duì)芯子4(TC外加2.5V直流電壓8h后裝于有底圓形筒殼 中，有底圓形筒殼是鋁制的。在環(huán)境溫度為45t:，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為40A條 件下進(jìn)行充放電周期試驗(yàn)，2萬(wàn)次后容量保持率為91 % ，另外周圍溫度為65°C同樣進(jìn)行充 放電周期試驗(yàn)，1萬(wàn)次后容量保持率為86%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側(cè)殘留多量的電極物質(zhì)。
實(shí)施例11 粘接劑由具有如下通式(I)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成。
(NFn)x-Si-M(4—x) (I)
x = 1
M:-OCH2CH3
NFn :—CH2CH2CH2F 粘接劑中各組分含量按質(zhì)量比通式(I)的物質(zhì)28%，聚四氟乙烯72%。 活性材料使用電化學(xué)性能不活潑的活性炭，活性炭比表面積1600m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導(dǎo)電材料，要求導(dǎo)電材料粒度5ym。 綜上，制備本發(fā)明的極化極的原料配比按質(zhì)量比計(jì)為粘接劑3%，活性材料
92%，導(dǎo)電材料5%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質(zhì)量比)以下的金屬鋁。
有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率70% ，孔徑0. 2 i！ m。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進(jìn)行交流雙面腐蝕，得到厚度為15iim、粗糙度單側(cè)厚度為2.0iim 的集電極；在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導(dǎo) 電材料，制成固體物體積含量為20%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機(jī)等設(shè)備涂于集電 極雙表面，15(TC干燥35分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為15 ii m，使極化極與集電極成為一體并能牢固粘結(jié)形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入55 m厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 55mm、高75mm的圓柱形芯子，將巻好的芯子150。C真空干燥10h。 將芯子真空浸漬電解液。對(duì)芯子4(TC外加2.5V直流電壓8h后裝于有底圓形筒殼 中，有底圓形筒殼是鋁制的。在環(huán)境溫度為45t:，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為40A條 件下進(jìn)行充放電周期試驗(yàn)，2萬(wàn)次后容量保持率為52%，另外周圍溫度為651:同樣進(jìn)行充 放電周期試驗(yàn)，1萬(wàn)次后容量保持率為26%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側(cè)殘留少量的電極物質(zhì)。
實(shí)施例12 粘接劑由具有如下通式(I)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成。 (NFn)x-Si-M(4—x) (I) x = 3 M :—OCH2CH2CH3 NFn :—CH2CH2CF2CF2CF3 粘接劑中各組分含量按質(zhì)量比通式(I)的物質(zhì)50%，聚四氟乙烯50%。 活性材料要使用電化學(xué)性能不活潑的活性炭、碳黑和碳納米管的組合物，各組分
以l : 1 : l的質(zhì)量比混合。其中活性炭比表面積1800m7g，碳黑比表面積200m7g，碳納
米管比表面積300m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導(dǎo)電材料，要求導(dǎo)電材料粒度3ym。 綜上，制備本發(fā)明的極化極的原料配比按質(zhì)量比計(jì)為粘接劑15%，活性材料
75%，導(dǎo)電材料10%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質(zhì)量比)以下的金屬鋁。
有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率75%，孔徑0. lym。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進(jìn)行交流雙面腐蝕，得到厚度為25 ii m、粗糙度單側(cè)厚度為3. 0 y m 的集電極；在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導(dǎo) 電材料，制成固體物體積含量為25%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機(jī)等設(shè)備涂于集電 極雙表面，IO(TC干燥80分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為100 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結(jié)形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入lOOym厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 40mm、高60mm的圓柱形芯子，將巻好的芯子150。C真空干燥8h。 將芯子真空浸漬電解液。對(duì)芯子4(TC外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底圓形筒殼 中，有底圓形筒殼是鋁制的。在環(huán)境溫度為45t:，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為40A條 件下進(jìn)行充放電周期試驗(yàn)，2萬(wàn)次后容量保持率為91 % ，另外周圍溫度為65°C同樣進(jìn)行充 放電周期試驗(yàn)，1萬(wàn)次后容量保持率為86%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側(cè)殘留大量的電極物質(zhì)。
實(shí)施例13 粘接劑由具有如下通式(I)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成。
(NFn)x-Si-M(4—x) (I) x = 3 M :-0CH3 NFn :—CH2CH2CHF2 粘接劑中各組分含量按質(zhì)量比通式(I)的物質(zhì)48%，聚四氟乙烯52%。 活性材料要使用電化學(xué)性能不活潑的活性炭?；钚蕴勘缺砻娣e2000m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導(dǎo)電材料，要求導(dǎo)電材料粒度3ym。 綜上，制備本發(fā)明的極化極的原料配比按質(zhì)量比計(jì)為粘接劑10%，活性材料
75%，導(dǎo)電材料15%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質(zhì)量比)以下的金屬鋁。
有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率92%，孔徑0. 15iim。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進(jìn)行交流雙面腐蝕，得到厚度為19iim、粗糙度單側(cè)厚度為1.9ym 的集電極；在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導(dǎo) 電材料，制成固體物體積含量為19%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機(jī)等設(shè)備涂于集電 極雙表面，125t:干燥30分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為45 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結(jié)形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入45 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成橫截面 為矩形(矩形長(zhǎng)為65mm、寬為40mm)、高150mm的芯子。將巻好的芯子IO(TC真空干燥18h。
將芯子真空浸漬電解液。對(duì)芯子4(TC外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底矩形筒殼 中，有底矩形筒殼是鋁制的。在環(huán)境溫度為45t:，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為40A條 件下進(jìn)行充放電周期試驗(yàn)，2萬(wàn)次后容量保持率為89%，另外周圍溫度為651:同樣進(jìn)行充 放電周期試驗(yàn)，1萬(wàn)次后容量保持率為83%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側(cè)殘留大量的電極物質(zhì)。
1權(quán)利要求
一種超級(jí)電容器長(zhǎng)壽命電極的制作方法，其特征在于將金屬集電極進(jìn)行交流雙面腐蝕，得到厚度為15～40μm、粗糙度單側(cè)厚度為1.0～5.0μm的集電極；在水、乙醇、異丙醇或甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導(dǎo)電材料，制成固體物體積含量為10～25％的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機(jī)涂于集電極雙表面，100～150℃干燥10～80分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為15～300μm，使極化極與集電極成為一體并能牢固粘結(jié)形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極，將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入15～120μm厚的隔極膜，然后卷繞成圓柱形芯子，或卷繞成橫截面為矩形的芯子，將卷好的芯子100～150℃真空干燥8～18h；粘接劑由具有如下通式(I)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成；(NFn)x-Si-M(4-x)(I)x＝1、2或3M-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、CH3CHCH3、-OCH3、-OCH2CH3、-OCH2CH2CH3或-OCHCH3CH3、NFn-CHF2、-CH2F、-CF3、-CH2CH2F、-CH2CHF2、-CH2CF3、-CH2CH2CH2F、-CH2CH2CHF2、-CH2CH2CF3、-CH2CH2CH2CH2F、-CH2CH2CH2CHF2、-CH2CH2CH2CF3、-CH2CH2CHFCF3、-CH2CH2CF2CF3、-CH2CH2C3F7、-CH2CH2CH2CH2CH2F、-CH2CH2CH2CH2CHF2、-CH2CH2CH2CH2CF3、-CH2CH2CH2CHFCF3、-CH2CH2CH2CF2CF3、-CH2CH2CHFCF2CF3、-CH2CH2CF2CF2CF3、或-C6F5；粘接劑中各組分含量按質(zhì)量比通式(I)的物質(zhì)5％～50％，聚四氟乙烯50％～95％。F2009102202454C00011.tif,F2009102202454C00012.tif,F2009102202454C00013.tif
2. 按照權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器長(zhǎng)壽命電極的制作方法，其特征在于活性材料 采用活性炭、碳黑或碳納米管，采用其中一種或一種以上的組合物，其中活性炭比表面積 1000 2500m7g，碳黑比表面積100 300m7g，碳納米管比表面積100 500m7g。
3. 按照權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器長(zhǎng)壽命電極的制作方法，其特征在于導(dǎo)電材料 為石墨或乙炔黑，導(dǎo)電材料粒度1 5 ii m。
4. 按照權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器長(zhǎng)壽命電極的制作方法，其特征在于極化極的 原料配比按質(zhì)量比計(jì)為粘接劑2% 20%，活性材料60% 96%，導(dǎo)電材料2% 20%。
5. 按照權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器長(zhǎng)壽命電極的制作方法，其特征在于金屬集電 極是鋁或鋁合金。
6. 按照權(quán)利要求l所述的超級(jí)電容器長(zhǎng)壽命電極的制作方法，其特征在于隔極膜采用纖維素系電解紙、多孔聚丙烯、多孔聚四氟乙烯或多孔聚乙烯，隔極膜孔隙率60% 95%，厚度15 120ii m，孔徑O. 05 0. 2 ii m。
7. 按照權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器長(zhǎng)壽命電極的制作方法，其特征在于巻繞成圓 柱形芯子，是巻繞成直徑為16 80mm、高30 170mm的圓柱形芯子；巻繞成橫截面為矩形 的芯子，是巻繞成長(zhǎng)為16 80mm、寬為16 60mm、高30 170mm的芯子。
全文摘要
一種超級(jí)電容器長(zhǎng)壽命電極的制作方法，將金屬集電極進(jìn)行交流雙面腐蝕，溶解粘接材料，然后分散活性材料粉末和導(dǎo)電材料，制成漿料，將漿料涂于集電極雙表面，100～150℃干燥10～80分鐘，壓成帶狀電極，切成兩張相同尺寸的帶狀電極，將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入隔極膜，然后卷繞成芯子，100～150℃真空干燥8～18h。粘接劑由具有如下通式(NFn)x-Si-M(4-x)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成。而采用本發(fā)明復(fù)合粘接劑制作的電極柔軟、機(jī)械強(qiáng)度大、易于連續(xù)化生產(chǎn)，極化極與集電極最薄可做至15μm。
文檔編號(hào)H01G9/058GK101710538SQ20091022024
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者姚建勛, 常亮, 李文生, 格根塔娜 申請(qǐng)人:錦州凱美能源有限公司