專利名稱：一種超級電容器極片及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低N-甲基吡咯烷酮含量的超級電容器極片及其制作方法。
背景技術(shù)：
超級電容器作為一種儲能器件，具有大倍率充放電、安全性好、循環(huán)性能優(yōu)異、長期存儲時性能衰減小等特點，特別適用于高功率的場合，如混合動力汽車剎車時的能量回收、車輛啟動和加速等。雙電層電容器是目前市場上主流的超級電容器的類型。從組成上看，超級電容器包括可極化電極、隔膜、電解液及封裝體。其中電極是最重要的部分，電極決定了超級電容器的性能，而電極中的雜質(zhì)含量對電極的性能具有至關(guān)重要的影響。極片的主要雜質(zhì)為NMP，因為配制極片漿料時，一般采用NMP作為溶劑，NMP的沸點為203°C，將漿料涂布于集流體后，一般經(jīng)120°C烘箱烘干，由于烘干溫度未達(dá)到NMP的沸點，因此得到的極片中NMP含量很高，其質(zhì)量含量可達(dá)到20%左右，這對于超級電容器的性能具有很不利的影響。當(dāng)超級電容器充電時，尤其是滿充時，NMP會發(fā)生分解，分解產(chǎn)物 (氣體)附著在電極材料活性炭的表面，隔開了電解液與活性炭的直接接觸，造成形成雙電層區(qū)域面積的減小，使得超級電容器容量降低，阻抗增加，影響實際正常使用。因此，有必要將超級電容器極片中的NMP含量控制到一個較小的水平。一般的方法是利用高溫QOO 210°C )去除極片中的NMP。由于NMP的沸點為 2030C，因此200 210°C的溫度確實可以較大程度減少NMP的含量，但是這種方法一方面會消耗較多能量，另一方面會對極片結(jié)構(gòu)造成潛在不利影響，如涂布量較多時極片容易部分脫膜，其原因在于200 210°C的高溫超過了粘接劑PVDF的熔點。申請?zhí)枮镃N2010102075 . X的專利則采用了另外一種方法將極片置于加熱 (50 100°C)的低沸點溶劑(水、醇類、醚類、酮類及其兩種或幾種溶劑的混合物)中浸泡， 浸泡時間5 60分鐘，然后在100 150°C下烘干0. 5 2小時。該方法使用的低沸點溶劑分為兩類，一類是醇類、醚類、酮類等有機(jī)物，由于這些有機(jī)物的低沸點的特點，在實際操作(50 100°C的浸泡溶劑及100 150°C烘箱烘干)時會形成大量的易燃物蒸汽，造成安全隱患，不利于實際生產(chǎn)；另一類低沸點溶劑為水，水雖然不是有機(jī)溶劑，形成的蒸汽不易燃，但是由于極片所使用的活性物質(zhì)為活性炭，活性炭的特點是具有大的比表面積(可達(dá)到2000m2/g左右)、豐富的中孔和微孔結(jié)構(gòu)，NMP 一般是滲入這些中孔和微孔中，水溶劑只有滲入這些中孔和微孔中才能去除掉NMP，但極片使用的粘接劑一般為PVDF這種非親水性物質(zhì)，將極片浸泡到水中，會出現(xiàn)浸潤不良的問題，而使得水不容易進(jìn)入到極片活性炭的微孔中與水溶合，進(jìn)而不易除去活性炭的微孔中的NMP。有鑒于此，確有必要提供一種NMP含量小的超級電容器極片，以及制備這種超級電容器的安全簡單的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種制備NMP含量小的超級電容器極片的方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種超級電容器極片的制作方法，包括以下步驟將活性炭、導(dǎo)電炭和粘結(jié)劑按照比例溶解于N-甲基吡咯烷酮制成漿料；將所述漿料涂布在集流體上，冷壓，以增強(qiáng)極片的自粘接性，制作成待處理極片； 以及將待處理極片置于裝有去離子水的容器中(去離子水雜質(zhì)很少，對超級電容器的影響很小)，施以超聲處理，由于超聲波的直進(jìn)流作用，去離子水可進(jìn)入到極片活性炭的微孔中與NMP溶合。然后烘干，得到超級電容器極片。作為本發(fā)明超級電容器極片的制作方法的一種改進(jìn)，所述活性炭、導(dǎo)電炭和粘結(jié)劑的質(zhì)量比例為75 90 6 3 19 7。在此配方中粘接劑的含量較多，其目的在于保證膜片具有良好的粘接性，在超聲波處理時，能夠承受超聲波的沖擊作用。作為本發(fā)明超級電容器極片的制作方法的一種改進(jìn)，所述冷壓的壓力為60 230 噸。此壓力較大，目的是為了增強(qiáng)極片自粘接性，使得極片在超聲波處理時，能夠承受超聲波的沖擊作用。作為本發(fā)明超級電容器極片的制作方法的一種改進(jìn)，冷壓后的待處理極片的壓實密度為 0. 50 0. 85g/cm3。作為本發(fā)明超級電容器極片的制作方法的一種改進(jìn)，所述超聲處理的時間為1 60秒。在此時間內(nèi)由于超聲波的直進(jìn)流作用，去離子水已進(jìn)入到極片活性炭的微孔中與 NMP溶合。若超聲時間太長，如大于60秒，會使極片變得疏松或部分脫膜，因此超聲處理時間限定為1 60秒。作為本發(fā)明超級電容器極片的制作方法的一種改進(jìn)，所述超聲處理使用的超聲波頻率為30k-80k Hz0若超聲波頻率小于30Hz，會對極片結(jié)構(gòu)造成損傷，不利于超級電容器性能的發(fā)揮。作為本發(fā)明超級電容器極片的制作方法的一種改進(jìn)，所述烘干的溫度為80 100°C，時間為15 60分。在此溫度及時間下，可將去離子水及NMP去除干凈。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有如下優(yōu)點第一，利用了超聲波的直進(jìn)流作用，加速了去離子水與極片中的活性炭中孔和微孔內(nèi)的NMP的溶合，解決了極片在去離子水中的浸潤不良問題，獲得了良好的效果超聲波處理以前膜片中NMP含量高達(dá)23 %，超聲波處理后膜片中NMP含量小于1 %。此外，本方法操作簡單，只需在浸泡的同時輔以超聲處理，減少了操作時間，有利于實際生產(chǎn)。第二，超聲波處理在去除極片中NMP的同時，也可能造成膜片從集流體上脫落的問題。為此，本發(fā)明通過以下措施使得超聲波處理能夠有效地應(yīng)用一是膜片中粘接劑含量較多，為19 % ；二是超聲波處理前極片先冷壓，并且使用了較大的冷壓壓力，為60 230噸；三是控制超聲波的處理時間為1 60秒。前兩個措施保證了膜片良好的粘接性， 第三個措施將膜片受超聲波的不利影響降低到最小水平。本發(fā)明的又一個目的在于提供一種超級電容器極片，包括集流體和涂布在集流體上的膜片，所述膜片包括活性炭、導(dǎo)電炭、粘接劑，所述膜片中雜質(zhì)N-甲基吡咯烷酮(NMP) 的質(zhì)量百分含量小于1%。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明超級電容器極片中的NMP含量小于1 %，能夠提高超級電容器的性能。具體而言，當(dāng)本發(fā)明的超級電容器在充電時，尤其是滿充時，由于NMP含量很低，其分解產(chǎn)生的氣體很少，電極材料活性炭的表面很少被氣體附著，電解液與活性炭能夠有效地直接接觸，從而保證超級電容器的性能及其正常使用。作為本發(fā)明超級電容器極片的一種改進(jìn)，所述膜片的壓實密度為0. 50 0. 85g/cm3。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1將活性炭、導(dǎo)電碳和粘接劑按照90 3 7的質(zhì)量比例溶解于N-甲基吡咯烷酮中，配制成漿料，然后將漿料涂布在鋁箔集流體，冷壓，冷壓壓力為230噸，得到待處理極片，將待處理極片通過裝有去離子水的水槽，水槽中裝有超聲波裝置，將極片超聲處理20 秒，超聲波的頻率為50kHz ；將極片通過80°C的烘箱，通過時間為60分鐘，得到超級電容器用極片。通過以上方法制備得到的超級電容器極片，其膜片中NMP質(zhì)量含量0. 7%，壓實密度為 0. 50g/cm3。將上述得到的極片進(jìn)行裁片、分條、焊接，然后與隔膜一起進(jìn)行卷繞，封裝，干燥房中115°C真空干燥M小時后注液，再封裝，得到超級電容器。實施例2將活性炭、導(dǎo)電碳和粘接劑按照75 6 19的質(zhì)量比例溶解于N-甲基吡咯烷酮中，配制成漿料，然后將漿料涂布在鋁箔集流體，冷壓，冷壓壓力為60噸，得到待處理極片， 將待處理極片通過裝有去離子水的水槽，水槽中裝有超聲波裝置，將極片超聲處理60秒， 超聲波的頻率為80kHz ；將極片通過90°C的烘箱，通過時間為40分鐘，得到超級電容器用極片。通過以上方法制備得到超級電容器極片，其膜片中NMP質(zhì)量含量0. 4%，壓實密度為 0.85g/cm30將上述得到的極片進(jìn)行裁片、分條、焊接，然后與隔膜一起進(jìn)行卷繞，封裝，干燥房中115°C真空干燥M小時后注液，再封裝，得到超級電容器。實施例3將活性炭、導(dǎo)電碳和粘接劑按照85 5 10的質(zhì)量比例溶解于N-甲基吡咯烷酮中，配制成漿料，然后將漿料涂布在鋁箔集流體，冷壓，冷壓壓力為120噸，得到待處理極片，將待處理極片通過裝有去離子水的水槽，水槽中裝有超聲波裝置，將極片超聲處理1 秒，超聲波的頻率為30kHz ；將極片通過95°C的烘箱，通過時間為30分鐘，得到超級電容器用極片。通過以上方法制備得到超級電容器極片，其膜片中NMP質(zhì)量含量0. 5%，壓實密度為 0.69g/cm3。將上述得到的極片進(jìn)行裁片、分條、焊接，然后與隔膜一起進(jìn)行卷繞，封裝，干燥房中115°C真空干燥20小時后注液，再封裝，得到超級電容器。實施例4將活性炭、導(dǎo)電碳和粘接劑按照80 6 14的質(zhì)量比例溶解于N-甲基吡咯烷酮中，配制成漿料，然后將漿料涂布在鋁箔集流體，冷壓，冷壓壓力為180噸，得到待處理極片；將待處理極片通過裝有去離子水的水槽，水槽中裝有超聲波裝置，將極片超聲處理40 秒，超聲波的頻率為60kHz ；將極片通過100°C的烘箱，通過時間為15分鐘，得到超級電容器用極片。通過以上方法制備得到超級電容器極片，其膜片中NMP質(zhì)量含量0. 3% (處理前含量約23 % )，壓實密度為0. 79g/cm3。將上述得到的極片進(jìn)行裁片、分條、焊接，然后與隔膜一起進(jìn)行卷繞，封裝，干燥房中120°C真空干燥20小時后注液，再封裝，得到超級電容器。對比例1按照活性炭導(dǎo)電炭粘結(jié)劑=87 3 10的質(zhì)量比例溶解于N-甲基吡咯烷酮中，配制成漿料，然后將漿料涂布在鋁箔集流體，冷壓，冷壓壓力為120噸；將冷壓后的極片通過裝有去離子水的水槽，浸泡3小時；然后將極片通過100°C的烘箱，通過時間為50分鐘，得到超級電容器用極片。通過以上方法制備得到超級電容器極片，其膜片中NMP質(zhì)量含量9.6%。將上述得到的極片進(jìn)行裁片、分條、焊接，然后與隔膜一起進(jìn)行卷繞，封裝，干燥房中115°C真空干燥20小時后注液，再封裝，得到超級電容器。對比例2按照活性炭導(dǎo)電炭粘結(jié)劑=87 3 10的質(zhì)量比例溶解于N-甲基吡咯烷酮中，配制成漿料，然后將漿料涂布在鋁箔集流體，冷壓，冷壓壓力為120噸；然后將極片通過120°C的烘箱，通過時間為50分鐘，得到超級電容器用極片。通過以上方法制備得到超級電容器極片，其膜片中NMP質(zhì)量含量為23 %。將上述得到的極片進(jìn)行裁片、分條、焊接，然后與隔膜一起進(jìn)行卷繞，封裝，干燥房中115°C真空干燥20小時后注液，再封裝，得到超級電容器。對實施例1至4和比較例1和2所得超級電容器分別進(jìn)行容量測試和1000Hz時的阻抗測試，所得結(jié)果示于表1 表1 實施例1至4和比較例1和2的超級電容器的容量和1000Hz時的阻抗
權(quán)利要求
1.一種超級電容器極片的制作方法，其特征在于，包括以下步驟將活性炭、導(dǎo)電炭和粘結(jié)劑按照比例溶解于N-甲基吡咯烷酮制成漿料；將所述漿料涂布在集流體上，冷壓，制作成待處理極片；以及將待處理極片置于裝有去離子水的容器中，施以超聲處理，然后烘干，得到超級電容器極片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器極片的制作方法，其特征在于所述活性炭、導(dǎo)電炭和粘結(jié)劑的質(zhì)量比例為75 90 6 3 19 7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器極片的制作方法，其特征在于為60 230噸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器極片的制作方法，其特征在于極片的壓實密度為0. 50 0. 85g/cm3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器極片的制作方法，其特征在于時間為1 60秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器極片的制作方法，其特征在于用的超聲波頻率為30k-80kHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器極片的制作方法，其特征在于為80 100°C，時間為15 60分。
8.一種按照權(quán)利要求1至7任一項所述的方法制備的超級電容器極片，包括集流體和涂布在集流體上的膜片，所述膜片包括活性炭、導(dǎo)電炭、粘接劑，其特征在于所述膜片中雜質(zhì)N-甲基吡咯烷酮(NMP)的質(zhì)量百分含量小于1%。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超級電容器極片，其特征在于所述膜片的壓實密度為 0. 50 0. 85g/cm3。所述冷壓的壓力 冷壓后的待處理 所述超聲處理的 所述超聲處理使 所述烘干的溫度
全文摘要
本發(fā)明屬于超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低N-甲基吡咯烷酮含量的超級電容器極片的制作方法，包括以下步驟將活性炭、導(dǎo)電炭和粘結(jié)劑按照比例溶解于N-甲基吡咯烷酮制成漿料；將漿料涂布在集流體上，冷壓，制作成待處理極片；以及將待處理極片置于裝有去離子水的容器中，施以超聲處理，然后烘干，得到超級電容器極片。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明利用了超聲波的直進(jìn)流作用，加速了去離子水與極片中的活性炭中孔和微孔內(nèi)的NMP的溶合，解決了極片在去離子水中的浸潤不良問題，獲得了良好的效果。本方法操作簡單，只需在浸泡的同時輔以超聲處理，減少了操作時間，有利于實際生產(chǎn)。此外，本發(fā)明還公開了一種使用該方法制備的超級電容器極片。
文檔編號H01G9/042GK102496482SQ201110438949
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者付成華, 許瑞, 趙豐剛, 韓昌隆 申請人:東莞新能源科技有限公司, 寧德新能源科技有限公司