專利名稱：一種活性碳電極和包括該電極的超級(jí)電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超級(jí)電容器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及包括活性碳正極與活性碳負(fù)極的超級(jí) 電容器及其制造方法。
背景技術(shù)：
超級(jí)電容器是一種新型儲(chǔ)能裝置，集高能量密度、高功率密度、長(zhǎng)壽命等特性于一 身，此外它還具有免維護(hù)、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，是一種兼?zhèn)潆娙莺碗姵靥匦缘男滦碗娮釉?根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理的不同其主要分為建立在界面雙電層基礎(chǔ)上的“雙電層型”超級(jí)電容器以及 建立在“法拉第準(zhǔn)電容”基礎(chǔ)上的“準(zhǔn)電容型”超級(jí)電容器。碳材料的性質(zhì)是決定“雙電層型” 超級(jí)電容器性能的決定因素。其中包括碳材料的比表面積、孔徑分布、電化學(xué)穩(wěn)定性和電 導(dǎo)率等。經(jīng)過研究滿足要求的碳材料有活性炭，納米碳纖維，納米碳管等等，這方面比較典 型的專利如美國(guó)MAXWELL公司的美國(guó)專利(US6955694)，該公司在中國(guó)申請(qǐng)的專利《具有密 封電解封口的多電極雙層電容器》(CA1408121A)，以及北京集星聯(lián)合電子科技有限公司的 中國(guó)專利《活性炭纖維布/噴涂鋁復(fù)合極板雙電層電容器及其制備方法》(ZL03124290. 1)。 “準(zhǔn)電容”的原理是電極材料利用鋰離子或質(zhì)子在材料的三維或準(zhǔn)二維晶格立體結(jié)構(gòu)中的 儲(chǔ)留來達(dá)到儲(chǔ)存能量的目的，該類電極材料包括金屬氧化物、氮化物、高分子聚合物等等， 較為典型的專利如清華大學(xué)的《基于氧化鈷及氧化釕的混合式超級(jí)電容器及其制備方法》 (ZL200810111892. 7)。超級(jí)電容器的核心組件是其電極，制約活性碳材料粘合強(qiáng)度的關(guān)鍵 因素是粘合劑，傳統(tǒng)工藝中多采用聚四氟乙烯作為粘合劑，存在粘結(jié)強(qiáng)度不高的問題。本發(fā) 明提出一種新型電極、基于該新型電極的超級(jí)電容器及其制備方法，新型粘合劑的使用可 有效提高電極強(qiáng)度，基于上述新型電極的超級(jí)電容器具有儲(chǔ)能密度大、放電功率高、性能穩(wěn) 定等特點(diǎn)，在交通、能源、航天、綠色新能源和軍用領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種活性碳電極以及以所述電極作為正極和/或 負(fù)極的超級(jí)電容器。具體地說，本發(fā)明通過如下技術(shù)方案來完成。1. 一種活性碳電極，其中，所述活性碳電極包括鋁箔基片、石墨導(dǎo)電膠層和活性碳 涂覆層，并在迭加后經(jīng)輥壓工藝處理而形成。2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的活性碳電極，其中，所述石墨導(dǎo)電膠層包含粘合劑與石 墨材料；所述活性碳涂覆層包含活性碳材料、乙炔黑與所述粘合劑。3.根據(jù)技術(shù)方案1或2所述的活性碳電極，其中，所述活性碳電極作為正極，所述 粘合劑為正極粘合劑，包含聚乙烯吡咯烷酮與羧甲基纖維素鈉。4.根據(jù)技術(shù)方案3所述的活性碳電極，其中，以所述石墨導(dǎo)電膠層的總質(zhì)量計(jì)，所 述正極粘合劑的質(zhì)量比為10%至20%;優(yōu)選的是，以所述正極粘合劑的總質(zhì)量計(jì)，所述聚乙 烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為20%至50% ；另外優(yōu)選的是，所述聚乙烯吡咯烷酮與羧甲基纖維素 鈉之間的質(zhì)量比為1 3;另外優(yōu)選的是，所述石墨導(dǎo)電膠層由漿料制得，所述漿料采用如下方法制備將去離子水加熱至35°C至45°C，依次加入所述羧甲基纖維素鈉和聚乙烯吡咯 烷酮，然后攪拌均勻，再加入所述石墨材料，在攪拌均勻后，進(jìn)一步采用膠體磨進(jìn)行研磨處理。5.根據(jù)技術(shù)方案4所述的活性碳電極，其中，所述石墨導(dǎo)電膠層采用噴涂或刮涂 的方法將所述漿料附著于所述鋁箔基體的表面，所形成的石墨導(dǎo)電膠層的厚度為20微米 至50微米。6.根據(jù)技術(shù)方案3所述的活性碳電極，其中，以所述活性碳涂覆層的總質(zhì)量計(jì)，所 述正極粘合劑的質(zhì)量比為5%至10% ；優(yōu)選的是，以所述正極粘合劑的總質(zhì)量計(jì)，所述聚乙 烯吡咯烷酮的質(zhì)量比例為20%至50% ；另外優(yōu)選的是，所述聚乙烯吡咯烷酮與羧甲基纖維 素鈉之間的質(zhì)量比為1 3;另外優(yōu)選的是，所述活性碳材料與乙炔黑的質(zhì)量比例為9 1 ； 另外優(yōu)選的是，所述活性碳涂覆層由漿料制得，所述漿料采用如下方法制備將去離子水加 熱至35°C至45°C，依次加入所述羧甲基纖維素鈉和聚乙烯吡咯烷酮，然后攪拌均勻，再依 次加入所述乙炔黑和活性碳材料，在攪拌均勻后，進(jìn)一步采用膠體磨進(jìn)行研磨處理。7.根據(jù)技術(shù)方案6所述的活性碳電極，其中，所述活性碳涂覆層采用刮涂的方法 將所述漿料附著于所述石墨導(dǎo)電膠層表面，所形成的活性碳涂覆層厚度為100微米至200 微米。8.根據(jù)技術(shù)方案1或2所述的活性碳電極，其中，所述活性碳電極作為負(fù)極，所述 粘合劑為負(fù)極粘合劑，包含丁苯橡膠膠乳與羧甲基纖維素鈉。9.根據(jù)技術(shù)方案8所述的活性碳電極，其中，以所述石墨導(dǎo)電膠層的總質(zhì)量計(jì)，所 述負(fù)極粘合劑的質(zhì)量比為10%至20%;優(yōu)選的是，以所述負(fù)極粘合劑的總質(zhì)量計(jì)，所述丁苯 橡膠膠乳的質(zhì)量比為20%至60% ；另外優(yōu)選的是，所述丁苯橡膠膠乳與羧甲基纖維素鈉的 質(zhì)量比為2 3;另外優(yōu)選的是，所述石墨導(dǎo)電膠層由漿料制得，所述漿料由如下方法制備 將去離子水加熱至55°C至65°C，依次加入所述羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠膠乳，然后攪拌 均勻，再加入所述石墨材料，在攪拌均勻后，進(jìn)一步采用膠體磨進(jìn)行研磨處理。10.根據(jù)技術(shù)方案9所述的活性碳電極，其中，所述石墨導(dǎo)電膠層采用噴涂或刮涂 的方法將所述漿料附著于所述鋁箔基體的表面，所形成的石墨導(dǎo)電膠層的厚度為20微米 至50微米。11.根據(jù)技術(shù)方案8所述的活性碳電極，其中，以所述活性碳涂覆層的總質(zhì)量計(jì)， 所述負(fù)極粘合劑的質(zhì)量比為5%至10% ；優(yōu)選的是，以所述負(fù)極粘合劑的總質(zhì)量計(jì)，所述丁 苯橡膠膠乳的質(zhì)量比為20%至50% ；另外優(yōu)選的是，所述丁苯橡膠膠乳與羧甲基纖維素鈉 之間的質(zhì)量比為2 3;另外優(yōu)選的是，所述活性碳材料與乙炔黑的質(zhì)量比例為9 1;另外 優(yōu)選的是，所述活性碳涂覆層由漿料制得，所述漿料采用如下方法制備將去離子水加熱至 55°C至65°C，依次加入所述羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠膠乳，然后攪拌均勻，再依次加入所 述乙炔黑和活性碳材料，在攪拌均勻后，進(jìn)一步采用膠體磨進(jìn)行研磨處理。12.根據(jù)技術(shù)方案11所述的活性碳電極，其中，所述活性碳涂覆層采用刮涂的方 法將所述漿料附著于所述石墨導(dǎo)電膠層的表面，所形成的活性碳涂覆層的厚度為100微米 至200微米。13. 一種超級(jí)電容器，其中，所述超級(jí)電容器包括正極、負(fù)極和外殼，所述正極和/ 或負(fù)極為技術(shù)方案1或2所述的電極，所述外殼為不銹鋼外殼或鋁質(zhì)外殼，并且所述正極和負(fù)極依次迭加或卷繞成為電極芯后置于所述外殼內(nèi)，所述外殼密封有非水性電解液；優(yōu)選 的是，所述正極為技術(shù)方案3至7任一項(xiàng)所述的活性碳電極，所述負(fù)極為技術(shù)方案8至12 任一項(xiàng)所述的活性碳電極。本發(fā)明提出了一種新型活性碳電極、基于所述活性碳電極的超級(jí)電容器、以及所 述活性碳電極和所述超級(jí)電容器的制造方法。所述超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)為活性碳正極和活性 碳負(fù)極依次疊加或卷繞為電極芯后，密封在例如不銹鋼或鋁質(zhì)外殼內(nèi)構(gòu)成例如圓柱形或方 形結(jié)構(gòu)，并在該外殼內(nèi)灌注非水性電解液組裝成為全密封超級(jí)電容器。本發(fā)明的有益效果是通過提出基于不同組成粘合劑的新型活性碳電極的制備方 法，有效地提高了電極結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，降低了電極的內(nèi)阻?；谛滦突钚蕴茧姌O的超級(jí)電容器 具有良好的工作可靠性，本發(fā)明中描述的超級(jí)電容器在工業(yè)不間斷電源、電動(dòng)車輛、風(fēng)力發(fā) 電，軍用大功率電源、無線電通訊等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用。


圖1為電極多層結(jié)構(gòu)示意2為圓形超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)示意3為方形超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開了屬于電容器的制造技術(shù)范圍的一種基于活性碳電極的超級(jí)電容器 及其制造方法。該電容器由活性碳正極和活性碳負(fù)極迭加或卷繞為電極芯后，密封在例如 不銹鋼或鋁質(zhì)外殼內(nèi)構(gòu)成例如圓柱型結(jié)構(gòu)或方形結(jié)構(gòu)?；钚蕴颊龢O及活性碳負(fù)極分別由鋁箔基片、石墨導(dǎo)電膠層和活性碳涂覆層疊加構(gòu) 成。石墨導(dǎo)電膠層包含粘合劑與石墨材料?；钚蕴纪扛矊影钚蕴疾牧?、乙炔黑和粘合 劑。石墨導(dǎo)電膠層與鋁箔基片之間具有較強(qiáng)的粘附能力，可提高電極強(qiáng)度的同時(shí)降低 電極內(nèi)阻，上述工藝可解決活性碳材料與鋁箔之間粘附強(qiáng)度差的技術(shù)難題。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，超級(jí)電容器的正極和負(fù)極的區(qū)別在于所采用的粘合 劑成分不同，正極中的粘合劑為聚乙烯吡咯烷酮與羧甲基纖維素鈉的混合物，負(fù)極中的粘 合劑為丁苯橡膠膠乳與羧甲基纖維素鈉的混合物。與傳統(tǒng)的聚四氟乙烯-羧甲基纖維素鈉 粘合劑相比，本專利所采用的新型粘合劑粘附強(qiáng)度提高，可進(jìn)一步解決活性碳涂覆層結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度差的技術(shù)難題。正極采用聚乙烯吡咯烷酮可解決丁苯橡膠膠乳在高電位下不穩(wěn)定的技 術(shù)難題。優(yōu)選的是，在制備活性碳正極時(shí)，以所述石墨導(dǎo)電膠層的總質(zhì)量計(jì)，正極粘合劑的 質(zhì)量比為10%至20%，例如為10%、15%或20%;如果正極粘合劑的質(zhì)量比過低，則可能會(huì) 導(dǎo)致粘附強(qiáng)度降低；如果正極粘合劑的質(zhì)量比過高，則可能會(huì)導(dǎo)致電極板結(jié)、脆性增大。優(yōu)選的是，以所述正極粘合劑的總質(zhì)量計(jì)，所述聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為20% 至50 %，例如為20 %、30 %、40 %或50 % ；如果所述聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比過低，則可能 會(huì)導(dǎo)致粘附強(qiáng)度降低、電極材料脫落；如果所述聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比過高，則可能會(huì)導(dǎo) 致電極內(nèi)阻升高。
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另外優(yōu)選的是，所述聚乙烯吡咯烷酮與羧甲基纖維素鈉之間的質(zhì)量比為1 3至 3 1，更優(yōu)選為1 3。進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述石墨導(dǎo)電膠層由漿料制得，所述漿料采用如下方法制備將 去離子水加熱至35°C至45°C (控制在該溫度范圍內(nèi)，例如溫度可以保持在該范圍內(nèi)的任意 溫度或溫度范圍，下同)，依次加入所述羧甲基纖維素鈉和聚乙烯吡咯烷酮，然后攪拌均勻， 再加入所述石墨材料，在攪拌均勻后，進(jìn)一步采用膠體磨進(jìn)行研磨處理。所述石墨導(dǎo)電膠層可以采用噴涂或刮涂的方法將所述漿料附著于所述鋁箔基體 的表面，所形成的石墨導(dǎo)電膠層的厚度為20微米至50微米，例如為20微米、30微米、40微 米或50微米。另外優(yōu)選的是，以所述活性碳涂覆層的總質(zhì)量計(jì)，所述正極粘合劑的質(zhì)量比為5% 至10%，例如為5%、7%、8%或10%。另外優(yōu)選的是，以所述正極粘合劑的總質(zhì)量計(jì)，所述 聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比例為20 %至50 %，例如為20 %、30 %、40 %或50 %。進(jìn)一步優(yōu)選 的是，所述聚乙烯吡咯烷酮與羧甲基纖維素鈉之間的質(zhì)量比為1 3至3 1，更優(yōu)選為 1 3。更優(yōu)選的是，所述活性碳材料與乙炔黑的質(zhì)量比例為9 1;另外還優(yōu)選的是，所述 活性碳涂覆層由漿料制得，所述漿料采用如下方法制備將去離子水加熱至35°C至45°C， 依次加入所述羧甲基纖維素鈉和聚乙烯吡咯烷酮，然后攪拌均勻，再依次加入所述乙炔黑 和活性碳材料，在攪拌均勻后，進(jìn)一步采用膠體磨進(jìn)行研磨處理。另外優(yōu)選的是，所述活性碳涂覆層采用刮涂的方法將所述漿料附著于所述石墨導(dǎo) 電膠層表面，所形成的活性碳涂覆層厚度為100微米至200微米，例如可以為100微米、120 微米、140微米、160微米、180微米或200微米。優(yōu)選的是，在制備活性碳負(fù)極時(shí)，以所述石墨導(dǎo)電膠層的總質(zhì)量計(jì)，所述負(fù)極粘合 劑的質(zhì)量比為10%至20%，例如為10%、15%或20% ；如果負(fù)極粘合劑的質(zhì)量比過低，則 可能會(huì)導(dǎo)致粘附強(qiáng)度降低；如果負(fù)極粘合劑的質(zhì)量比過高，則可能會(huì)導(dǎo)致電極板結(jié)、脆性增 大。優(yōu)選的是，以所述負(fù)極粘合劑的總質(zhì)量計(jì)，所述丁苯橡膠膠乳的質(zhì)量比為20%至 60 %，例如為20 %、30 %、40 %或50 % ；如果所述丁苯橡膠膠乳的質(zhì)量比過低，則可能會(huì)導(dǎo)致 粘附強(qiáng)度降低、電極材料脫落；如果所述丁苯橡膠膠乳的質(zhì)量比過高，則可能會(huì)導(dǎo)致電極內(nèi) 阻升高。另外優(yōu)選的是，所述丁苯橡膠膠乳與羧甲基纖維素鈉的質(zhì)量比為2 3至3 2， 更優(yōu)選為2 3。另外優(yōu)選的是，所述石墨導(dǎo)電膠層由漿料制得，所述漿料由如下方法制備將去離 子水加熱至55°C至65°C，依次加入所述羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠膠乳，然后攪拌均勻， 再加入所述石墨材料，在攪拌均勻后，進(jìn)一步采用膠體磨進(jìn)行研磨處理。在制備負(fù)極時(shí)，所述石墨導(dǎo)電膠層可以采用噴涂或刮涂的方法將所述漿料附著于 所述鋁箔基體的表面，所形成的石墨導(dǎo)電膠層的厚度為20微米至50微米，例如為20微米、 30微米、40微米或50微米。另外優(yōu)選的是，以所述活性碳涂覆層的總質(zhì)量計(jì)，所述負(fù)極粘合劑的質(zhì)量比為5% 至10%，例如為5%、7%、8%或10%。另外優(yōu)選的是，以所述負(fù)極粘合劑的總質(zhì)量計(jì)，所述 丁苯橡膠膠乳的質(zhì)量比為20 %至50 %，例如為20 %、30 %、40 %或50 %。進(jìn)一步優(yōu)選的是， 所述丁苯橡膠膠乳與羧甲基纖維素鈉之間的質(zhì)量比為2 3至3 2，更優(yōu)選為2 3。另外還優(yōu)選的是，所述活性碳材料與乙炔黑的質(zhì)量比例為9 1。另外還優(yōu)選的是，所述活性 碳涂覆層由漿料制得，所述漿料采用如下方法制備將去離子水加熱至55°C至65°C，依次 加入所述羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠膠乳，然后攪拌均勻，再依次加入所述乙炔黑和活性 碳材料，在攪拌均勻后，進(jìn)一步采用膠體磨進(jìn)行研磨處理。另外還優(yōu)選的是，所述活性碳涂覆層采用刮涂的方法將所述漿料附著于所述石墨 導(dǎo)電膠層的表面，所形成的活性碳涂覆層的厚度為100微米至200微米，例如可以為100微 米、120微米、140微米、160微米、180微米或200微米。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種超級(jí)電容器，其中，所述超級(jí)電容器包括正 極、負(fù)極和外殼，所述正極和負(fù)極分別為上述所制得的電極，所述外殼為不銹鋼外殼或鋁質(zhì) 外殼，并且所述正極和負(fù)極依次迭加或卷繞成為電極芯后置于所述外殼內(nèi)，所述外殼密封 有非水性電解液。超級(jí)電容器的電極結(jié)構(gòu)及電容器結(jié)構(gòu)如圖所示圖1為電極結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為鋁箔層，2和4為鋁箔兩側(cè)的石墨導(dǎo)電膠層，3和 5為導(dǎo)電膠層表面的活性碳涂覆層。圖2為圓形超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)示意圖，其中6為電極，7為隔膜，8為電極芯，9為引流 條，10為頂蓋，11為電極端子，12為外殼。圖3為方形超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)示意圖，其中13為注液口在組裝超級(jí)電容器時(shí)，所述電極可采用刺鉚或焊接等方法連接引流條，然后經(jīng)疊 加和卷繞等工藝后形成電極芯，將引流條與電極端子連接后放入不銹鋼或鋁質(zhì)外殼中以壓 延或焊接方式連接頂蓋后完成干態(tài)封裝，對(duì)干態(tài)封裝半成品進(jìn)行真空烘干等脫水處理以最 大程度去除電容器內(nèi)部的水分，最后灌注非水性電解液并封死注液口后完成電容器組裝。實(shí)施例以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行進(jìn)一步的說明，但是實(shí)施例僅為說 明目的，不能解釋為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，換言之，本發(fā)明的范圍不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例11.正極表面石墨導(dǎo)電膠層制備。取鋁箔作為電極基體，在其兩側(cè)表面采用漿料噴 涂工藝(在本發(fā)明中，也可以采用刮涂工藝)制備石墨導(dǎo)電膠層。正極石墨導(dǎo)電膠層由正 極粘合劑與石墨材料混合構(gòu)成，其中正極粘合劑與石墨之間質(zhì)量比為15 85。正極粘合劑 為聚乙烯吡咯烷酮與羧甲基纖維素鈉的混合物，質(zhì)量比為1 3。漿料制備過程為將去離子 水加熱并控制在35°C至45°C的范圍內(nèi)，先行加入羧甲基纖維素鈉充分?jǐn)嚢瑁缓蠹尤刖垡?烯吡咯烷酮后徹底攪拌均勻。依照正極粘合劑與石墨之間的15 85的比例加入石墨并充 分?jǐn)嚢栊纬删鶆驖{料。將所制備漿料利用膠體磨進(jìn)行研磨處理后，采用噴涂方式涂覆于鋁 箔基體的兩側(cè)，導(dǎo)電膠層厚度為40微米。2.正極活性碳涂覆層制備。在制備好的正極石墨導(dǎo)電膠層表面涂覆活性碳層?；?性碳涂覆層包含正極粘合劑、活性碳材料和乙炔黑。其中，以活性碳涂覆層的總質(zhì)量計(jì)，正 極粘合劑的質(zhì)量比為8%。正極粘合劑為聚乙烯吡咯烷酮與羧甲基纖維素鈉混合物，聚乙烯 吡咯烷酮與羧甲基纖維素鈉最佳質(zhì)量比為1 3。活性碳涂覆層中活性碳材料與乙炔黑質(zhì) 量比例為9 1。漿料制備過程為將去離子水加熱并控制在35°C至45°C的范圍內(nèi)，依次加 入羧甲基纖維素鈉和聚乙烯吡咯烷酮后徹底攪拌均勻，然后依次加入乙炔黑和活性碳材料后充分?jǐn)嚢璨⑦M(jìn)一步進(jìn)行膠體磨研磨處理。將漿料采用刮涂方法均勻的涂覆在石墨導(dǎo)電膠 層表面，所制備的活性碳涂覆層的厚度為150微米。3.正極輥壓處理。將制備好的石墨導(dǎo)電膠層及活性碳涂覆層結(jié)構(gòu)的電極進(jìn)行輥壓 處理，并在iio°c烘干處理，由此制得正極。4.負(fù)極表面的石墨導(dǎo)電膠層的制備。取鋁箔作為電極基體，在其兩側(cè)表面采用漿 料噴涂制備石墨導(dǎo)電膠層。石墨導(dǎo)電膠層為負(fù)極粘合劑與石墨材料的混合混合物，其中負(fù) 極粘合劑與石墨之間的質(zhì)量比為15 85。負(fù)極粘合劑為丁苯橡膠膠乳與羧甲基纖維素鈉 混合物，其最佳質(zhì)量比為2 3。漿料制備過程為將去離子水加熱并控制在55°C至65°C的 范圍內(nèi)，先加入羧甲基纖維素鈉充分?jǐn)嚢瑁缓蠹尤攵”较鹉z膠乳后徹底攪拌均勻。依照負(fù) 極粘合劑與石墨之間的15 85比例加入石墨并充分?jǐn)嚢栊纬删鶆驖{料。將所制備漿料利 用膠體磨進(jìn)行研磨處理后采用噴涂方式涂覆于鋁箔基體的兩側(cè)，石墨導(dǎo)電膠層的厚度為40 微米。5.負(fù)極的活性碳涂覆層的制備。在制備好的負(fù)極的石墨導(dǎo)電膠層表面涂覆活性碳 涂覆層?；钚蕴纪扛矊佑韶?fù)極粘合劑、活性碳材料和乙炔黑混合構(gòu)成。以活性碳涂覆層的 總質(zhì)量計(jì)，負(fù)極粘合劑的質(zhì)量比為8%。負(fù)極粘合劑為丁苯橡膠膠乳與羧甲基纖維素鈉的 混合物，丁苯橡膠膠乳與羧甲基纖維素鈉的質(zhì)量比為2 3。以活性碳涂覆層的總質(zhì)量計(jì)， 活性碳材料與乙炔黑的質(zhì)量比例為9 1。漿料制備過程為將去離子水加熱并控制在55°C 至65°C的范圍內(nèi)，依次加入羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠膠乳后徹底攪拌均勻，然后依次加 入乙炔黑和活性碳材料后充分?jǐn)嚢璨⑦M(jìn)一步進(jìn)行膠體磨研磨處理。將漿料采用刮涂方法均 勻的涂制在石墨導(dǎo)電膠層表面，所制備活性碳涂覆層的厚度為150微米。6.負(fù)極輥壓處理。將制備好的石墨導(dǎo)電膠層及活性碳涂覆層結(jié)構(gòu)的電極進(jìn)行輥壓 處理，并在iio°c烘干處理，由此獲得負(fù)極。7.電容器組裝工藝過程。如圖2及圖3所示，將所制備正極和負(fù)極通過刺鉚或焊 接等方法連接引流條9，然后與隔膜7經(jīng)疊加和卷繞等工藝后形成電極芯8，將引流條與電 極端子11連接后放入鋁質(zhì)外殼(在本發(fā)明中，也可以采用不銹鋼外殼)12中以壓延方式 (在本發(fā)明中，也可以采用焊接方式)連接頂蓋10后完成干態(tài)封裝，對(duì)干態(tài)封裝半成品通過 真空烘干進(jìn)行脫水處理，以最大程度去除電容器內(nèi)部的水分，最后灌注非水性電解液并封 死注液口 13后，制得超級(jí)電容器。實(shí)施例2和3除了下表1和2所列的參數(shù)之外，以與實(shí)施例1相似的方式實(shí)施實(shí)施例2和3。表1制備正極的與材料和工藝有關(guān)的參數(shù) 注第一質(zhì)量比為石墨導(dǎo)電膠層的粘合劑中的乙烯吡咯烷酮與羧甲基纖維素鈉的 質(zhì)量比；第二質(zhì)量比為所述活性碳涂覆層的粘合劑中的聚乙烯吡咯烷酮與羧甲基纖維素鈉 的質(zhì)量比；第三質(zhì)量比為所述活性碳涂覆層中活性碳材料與乙炔黑的質(zhì)量比。表2制備負(fù)極的與材料和工藝有關(guān)的參數(shù) 注第四質(zhì)量比為石墨導(dǎo)電膠層的粘合劑中的丁苯橡膠膠乳與羧甲基纖維素鈉的 質(zhì)量比；第五質(zhì)量比為所述活性碳涂覆層的粘合劑中的丁苯橡膠膠乳與羧甲基纖維素鈉的 質(zhì)量比；第六質(zhì)量比為所述活性碳涂覆層中活性碳材料與乙炔黑的質(zhì)量比。對(duì)各個(gè)實(shí)施例中所制得的電極中的活性碳材料與鋁箔基體的粘附強(qiáng)度和所制得 的超級(jí)電容器的儲(chǔ)能密度、放電功率和工作壽命進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如下表3所示。表3各實(shí)施例中所制得的電極和超級(jí)電容器的性能指標(biāo) 注粘附強(qiáng)度為所制得的活性碳電極中活性碳材料與鋁箔基體之間的粘附強(qiáng)度； 儲(chǔ)能密度、放電功率和工作壽命為所制得的超級(jí)電容器的儲(chǔ)能密度、放電功率和工作壽命。
權(quán)利要求
一種活性碳電極，其中，所述活性碳電極包括鋁箔基片、石墨導(dǎo)電膠層和活性碳涂覆層，并在迭加后經(jīng)輥壓工藝處理而形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性碳電極，其中，所述石墨導(dǎo)電膠層包含粘合劑與石墨材 料；所述活性碳涂覆層包含活性碳材料、乙炔黑與所述粘合劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活性碳電極，其中，所述活性碳電極作為正極，所述粘合 劑為正極粘合劑，包含聚乙烯吡咯烷酮與羧甲基纖維素鈉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的活性碳電極，其中，以所述石墨導(dǎo)電膠層的總質(zhì)量計(jì)，所述正 極粘合劑的質(zhì)量比為10%至20% ；優(yōu)選的是，以所述正極粘合劑的總質(zhì)量計(jì)，所述聚乙烯 吡咯烷酮的質(zhì)量比為20%至50% ；另外優(yōu)選的是，所述聚乙烯吡咯烷酮與羧甲基纖維素鈉 之間的質(zhì)量比為1 3;另外優(yōu)選的是，所述石墨導(dǎo)電膠層由漿料制得，所述漿料采用如下 方法制備將去離子水加熱至35°C至45°C，依次加入所述羧甲基纖維素鈉和聚乙烯吡咯烷 酮，然后攪拌均勻，再加入所述石墨材料，在攪拌均勻后，進(jìn)一步采用膠體磨進(jìn)行研磨處理； 另外優(yōu)選的是，所述石墨導(dǎo)電膠層采用噴涂或刮涂的方法將所述漿料附著于所述鋁箔基體 的表面，所形成的石墨導(dǎo)電膠層的厚度為20微米至50微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的活性碳電極，其中，以所述活性碳涂覆層的總質(zhì)量計(jì)，所述正 極粘合劑的質(zhì)量比為5%至10% ；優(yōu)選的是，以所述正極粘合劑的總質(zhì)量計(jì)，所述聚乙烯吡 咯烷酮的質(zhì)量比例為20%至50% ；另外優(yōu)選的是，所述聚乙烯吡咯烷酮與羧甲基纖維素鈉 之間的質(zhì)量比為1 3;另外優(yōu)選的是，所述活性碳材料與乙炔黑的質(zhì)量比例為9 1 ；另 外優(yōu)選的是，所述活性碳涂覆層由漿料制得，所述漿料采用如下方法制備將去離子水加熱 至35°C至45°C，依次加入所述羧甲基纖維素鈉和聚乙烯吡咯烷酮，然后攪拌均勻，再依次 加入所述乙炔黑和活性碳材料，在攪拌均勻后，進(jìn)一步采用膠體磨進(jìn)行研磨處理；另外優(yōu)選 的是，所述活性碳涂覆層采用刮涂的方法將所述漿料附著于所述石墨導(dǎo)電膠層表面，所形 成的活性碳涂覆層厚度為100微米至200微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活性碳電極，其中，所述活性碳電極作為負(fù)極，所述粘合 劑為負(fù)極粘合劑，包含丁苯橡膠膠乳與羧甲基纖維素鈉。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的活性碳電極，其中，以所述石墨導(dǎo)電膠層的總質(zhì)量計(jì)，所述負(fù) 極粘合劑的質(zhì)量比為10%至20% ；優(yōu)選的是，以所述負(fù)極粘合劑的總質(zhì)量計(jì)，所述丁苯橡 膠膠乳的質(zhì)量比為20%至60% ；另外優(yōu)選的是，所述丁苯橡膠膠乳與羧甲基纖維素鈉的質(zhì) 量比為2 3;另外優(yōu)選的是，所述石墨導(dǎo)電膠層由漿料制得，所述漿料由如下方法制備將 去離子水加熱至55°C至65°C，依次加入所述羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠膠乳，然后攪拌均 勻，再加入所述石墨材料，在攪拌均勻后，進(jìn)一步采用膠體磨進(jìn)行研磨處理；另外優(yōu)選的是， 所述石墨導(dǎo)電膠層采用噴涂或刮涂的方法將所述漿料附著于所述鋁箔基體的表面，所形成 的石墨導(dǎo)電膠層的厚度為20微米至50微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的活性碳電極，其中，以所述活性碳涂覆層的總質(zhì)量計(jì)，所述負(fù) 極粘合劑的質(zhì)量比為5%至10% ；優(yōu)選的是，以所述負(fù)極粘合劑的總質(zhì)量計(jì)，所述丁苯橡膠 膠乳的質(zhì)量比為20%至50% ；另外優(yōu)選的是，所述丁苯橡膠膠乳與羧甲基纖維素鈉之間的 質(zhì)量比為2 3;另外優(yōu)選的是，所述活性碳材料與乙炔黑的質(zhì)量比例為9 1;另外優(yōu)選的 是，所述活性碳涂覆層由漿料制得，所述漿料采用如下方法制備將去離子水加熱至55°C 至65°C，依次加入所述羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠膠乳，然后攪拌均勻，再依次加入所述乙2炔黑和活性碳材料，在攪拌均勻后，進(jìn)一步采用膠體磨進(jìn)行研磨處理；另外優(yōu)選的是，所述 活性碳涂覆層采用刮涂的方法將所述漿料附著于所述石墨導(dǎo)電膠層的表面，所形成的活性 碳涂覆層的厚度為100微米至200微米。
9. 一種超級(jí)電容器，其中，所述超級(jí)電容器包括正極、負(fù)極和外殼，所述正極和/或負(fù) 極為權(quán)利要求1或2所述的電極，所述外殼為不銹鋼外殼或鋁質(zhì)外殼，并且所述正極和負(fù)極 依次迭加或卷繞成為電極芯后置于所述外殼內(nèi)，所述外殼密封有非水性電解液；優(yōu)選的是， 所述正極為權(quán)利要求3至5任一項(xiàng)所述的活性碳電極，所述負(fù)極為權(quán)利要求6至8任一項(xiàng) 所述的活性碳電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種活性碳電極和包括該電極的超級(jí)電容器。本發(fā)明還公開了制造所述電極和所述超級(jí)電容器的方法。所述活性碳電極包括鋁箔基片、石墨導(dǎo)電膠層和活性碳涂覆層，并在迭加后經(jīng)輥壓工藝處理而形成。所述石墨導(dǎo)電膠層包含粘合劑與石墨材料；所述活性碳涂覆層包含活性碳材料、乙炔黑與所述粘合劑。優(yōu)選的是，作為正極時(shí)所述粘合劑為聚乙烯吡咯烷酮與羧甲基纖維素鈉混合物，作為負(fù)極時(shí)所述粘合劑為丁苯橡膠膠乳與羧甲基纖維素鈉混合物。所制備的活性碳電極具有良好的電學(xué)特性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，所組裝電容器具有良好的儲(chǔ)能特性和穩(wěn)定特性，在工業(yè)、交通、電子、軍事等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01G9/155GK101923962SQ20101012990
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者阮殿波, 陳照平, 陳照榮, 陳勝軍 申請(qǐng)人:集盛星泰(北京)科技有限公司