專利名稱：一種超級電容器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，涉及超級電容器，具體涉及一種超級電容器的制備方法。
背景技術(shù)：
超級電容器又叫雙電層電容器，是一種新型環(huán)保的儲(chǔ)能元件。超級電容器的基本原理是利用活性物多孔電極和電解液組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量，所以其儲(chǔ)能機(jī)制為物理儲(chǔ)能不涉及化學(xué)反應(yīng)，這就意味著超級電容器擁有十萬甚至數(shù)百萬次的充放電循環(huán)壽命。傳統(tǒng)電容器的電荷存儲(chǔ)區(qū)域?yàn)楹唵纹矫?，而超級電容器用活性物作為正?fù)極，利用其超大比表面積增加電荷的存儲(chǔ)量，并且使帶電粒子在正負(fù)極表面附近形成雙電層，使超級電容器能夠具有法拉級別的容量。在以往超級電容器電極制作中，將活性材料和導(dǎo)電材料，一般為粉末材料，與橡膠類粘結(jié)劑和水混合，活性材料和導(dǎo)電材料分散在橡膠類粘結(jié)劑和水中，其中分散電極材料制成漿料，形成極片，涂于集電極上，干燥制成電極，但由于這種方法的粘結(jié)力弱，極片與集電極為保證極片的粘接強(qiáng)度，粘接劑在極片中含量較高通常在10%以上，致使整個(gè)極片中活性物含量低于80%，將電極進(jìn)一步加工制成超級電容器后，產(chǎn)品容量密度較低，同時(shí)產(chǎn)品在大電流高頻率充放電過程中，極片將會(huì)與集電極逐漸分離剝落，超級電容器產(chǎn)品性能劣化嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前超級電容器生產(chǎn)技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種超級電容器的制備方法，解決集電極與極片間粘結(jié)強(qiáng)度小及極片內(nèi)部粘結(jié)強(qiáng)度小等問題。本發(fā)明中極片由活性材料、導(dǎo)電材料和復(fù)合粘結(jié)劑構(gòu)成，極片與金屬集電極形成一體，構(gòu)成超級電容器的電極，將電極加工成一定尺寸后，連接上引線，在兩個(gè)電極中間加入隔極膜卷繞成一定尺寸的芯子，真空干燥，加入有機(jī)電解液后封裝制成超級電容器。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是
(1)準(zhǔn)備集電極選取原料金屬鋁或鋁合金經(jīng)過表面交流腐蝕粗糙化處理后，作為集電
極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，再將復(fù)合粘結(jié)劑溶液加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑溶液含量為0. 5-3%，活性材料為92-97. 5%，導(dǎo)電材料為2-5%，然后將上述混合物壓制成厚度為100-150 μ m的極片；所述的復(fù)合粘結(jié)劑溶液為具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)和聚四氟乙烯混合形成的復(fù)合粘結(jié)劑，溶解在水、乙醇、異丙醇或丙酮溶劑中分散均勻，形成的溶液，按重量比，通式(1)的物質(zhì)為5-35%，聚四氟乙烯為65-95%，通式(1)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)為
(HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=l-100(3)制備電極將集電極表面涂覆一層導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的一面或兩面，形成電極；
(4)制備芯子將兩張尺寸相同的電極連接引線后，在其中間夾入1(Γ50μπι厚的隔極膜，卷繞成直徑為Φ16-Φ65πιπι高度為20-165mm的芯子，然后在100-150°C下真空干燥 8-72小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，然后在50°C外加2.7V直流電壓下通電10h，最后封裝于圓形鋁殼中，得到超級電容器產(chǎn)品。其中所述的作為集電極的原料金屬鋁或鋁合金，純度至少為99. 9wt%，銅含量為 0.005wt%以下。集電極要求表面粗糙，是為了與極片接觸良好。本發(fā)明的極片中復(fù)合粘結(jié)劑含量為0. 5-3%，其余為活性材料和導(dǎo)電材料，其中復(fù)合粘結(jié)劑含量為0. 5%及以上極片就能達(dá)到所需極片的強(qiáng)度，但粘結(jié)劑含量過高極片電阻變大，最好為1.5-3%。所述的活性材料選用活性炭、碳納米管或石墨烯中的一種或一種以上以任意比例混合的組合物，其中活性碳的比表面積為800-3000m2/g，碳納米管的比表面積為 200-600m2/g,石墨烯的比表面積為500-1500 m2/g。所述的導(dǎo)電材料為石墨、炭黑或乙炔黑，粒度均為0. 1-2 μ m。所述的導(dǎo)電膠為石墨導(dǎo)電膠、銅粉導(dǎo)電膠或銀粉導(dǎo)電膠。所述的隔極膜為纖維素紙、多孔聚丙烯、多孔聚四氟乙烯、多孔聚偏氟乙烯、多孔聚乙烯、多孔聚丙烯聚乙烯覆合膜或多孔聚酰亞胺，要求隔極膜的孔隙率為60-95%，孔徑 0. 05-0. 2 μ m。所述的有機(jī)電解液是含有離解性的鹽Ii1Ii2Ii3R4NY或Ii1Ii2Ii3R4NPY溶解在有機(jī)溶劑中形成的，R1 R2 R3 R4為烷基，相同或不相同，Y為BFpPF6- C104_或CF3S03_陰離子；所述的有機(jī)溶劑是碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、環(huán)丁砜、乙腈或四氫呋喃，或其中一種以上按照任意比例混合形成的混合溶劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是
現(xiàn)有的超級電容器電極制作時(shí)通常采用聚四氟乙烯、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作為粘結(jié)劑，采用這些粘結(jié)劑制作的電極極片機(jī)械強(qiáng)度弱，不利于連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)；而本發(fā)明的核心是采用(H0 — Si (CH3)2 0〔Si (CH3)2 0〕 nSi (CH3)2-OH和聚四氟乙烯符號化粘結(jié)劑，制作的電極柔軟、機(jī)械強(qiáng)度大，易于連續(xù)化生產(chǎn)； 對本發(fā)明的超級電容器在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為100A的條件下進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為88%，這說明本發(fā)明的超級電容器具有良好的容量穩(wěn)定性。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所采用原料通式(1)的物質(zhì)來自渤海大學(xué)精細(xì)化研究所，其余原料為市售產(chǎn)品。實(shí)施例1
本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)n=2
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比，通式(1)的物質(zhì)為5%，聚四氟乙烯95%。(1)準(zhǔn)備集電極將金屬鋁表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為30 μ m，粗糙度為單側(cè)厚度3 μ m的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在異丙醇中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，將復(fù)合粘結(jié)劑溶液加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為2%，活性材料為95%，導(dǎo)電材料為3%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為100 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的一側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述帶狀電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后， 向其中間夾入50 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用纖維素紙，隔極膜的孔隙率為80%，孔徑為 0. 2 μ m，卷繞成直徑為Φ35πιπι，高度為IOOmm的芯子，將此芯子在120°C下真空干燥48小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，然后在50°C外加2.7V直流電壓下通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V700F的超級電容器產(chǎn)品。所述的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005wt%以下的金屬鋁。本實(shí)施例選用的活性材料為電化學(xué)性能穩(wěn)定的活性炭，比表面積為2200m2/g。選用的導(dǎo)電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳酸丁烯酯溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實(shí)施例的超級電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為93%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為86% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例2
本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有如下通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=10
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比，通式(1)的物質(zhì)為10%，聚四氟乙烯90%。(1)準(zhǔn)備集電極將鋁合金表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為30 μ m,粗糙度為單側(cè)厚度3 μ m的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在異丙醇中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為2%，活性材料為94%，導(dǎo)電材料為4%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為100 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層銅粉導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的一側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后，向其中間夾入50 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用多孔聚丙烯，隔極膜的孔隙率為60%，孔徑為 0. 05 μ m，卷繞成直徑為φ 20mm，高度為40mm的芯子，將此芯子在150°C下真空干燥8小時(shí)； (5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V150F的超級電容器產(chǎn)品。所述的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005wt%以下的鋁合金。所述的活性材料為電化學(xué)性能穩(wěn)定的活性炭、碳納米管和石墨烯的混合物，質(zhì)量比1:2:6，活性炭的比表面積為2200m2/g，碳納米管的比表面積為200 m2/g，石墨烯的比表面積為500 m2/g。選用的導(dǎo)電材料為乙炔黑，粒度為1 μ m。選用的有機(jī)電解液為LOmoVLm(C2H5)NPF6的碳酸丙烯酯和四氫呋喃按照體積比1:1混合的溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實(shí)施例的超級電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為93%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為86% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例3
本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有如下通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=15
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比，通式(1)的物質(zhì)為25%，聚四氟乙烯75%。(1)準(zhǔn)備集電極將金屬鋁表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為20 μ m,粗糙度為單側(cè)厚度2 μ m的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在水中分散均勻， 形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為2. 5%，活性材料為93%，導(dǎo)電材料為4. 5%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為120 μ m極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層銀粉導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的兩側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后，向其中夾入40 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用多孔聚四氟乙烯，隔極膜的孔隙率為90%，孔徑為 0. Iym,卷繞成直徑為Φ 50mm，高度為IOOmm的芯子，將此芯子在120°C下真空干燥48小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V2500F的超級電容器產(chǎn)品。所述的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005wt%以下的金屬鋁。所述的活性材料為電化學(xué)性能穩(wěn)定的碳納米管和石墨烯的混合物，按質(zhì)量比2:8， 其中碳納米管的比表面積為400m2/g，石墨烯的比表面積為1500 m2/g。
選用的導(dǎo)電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5) NClO4的乙腈溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實(shí)施例的超級電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為88% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例4
本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有如下通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=30
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比，通式(1)的物質(zhì)為10%，聚四氟乙烯90%。(1)準(zhǔn)備集電極將鋁合金表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為20 μ m,粗糙度為單側(cè)厚度2 μ m的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在乙醇中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為2%，活性材料為95%，導(dǎo)電材料為3%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為120 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的兩側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述帶狀電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后，夾入20 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用多孔聚四氟乙烯，隔極膜的孔隙率為80%，孔徑為0. 1 μ m， 卷繞成直徑為Φ 35mm，高度為IOOmm的芯子，將此芯子在100°C下真空干燥72小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V2000F的超級電容器產(chǎn)品。所述的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005wt%以下的金屬鋁。所述的活性材料為活性炭和碳納米管的混合物，活性炭與碳納米管質(zhì)量比為8:2， 活性炭比表面積為2200m2/g，碳納米管的比表面積為600 m2/g。選用的導(dǎo)電材料為炭黑，粒度為0. 1 μ m。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5) NCF3SO3的碳酸乙烯脂、談孫定細(xì)致、碳酸二甲脂和碳酸二乙脂按照體積比1:1:1:1混合的溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為50A的條件下對本實(shí)施例的超級電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為88% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例5
本實(shí)施例采用的粘結(jié)劑由具有如下通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 (H0 - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=40復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比，通式(1)的物質(zhì)為20%，聚四氟乙烯80%。(1)準(zhǔn)備集電極將金屬鋁表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為20 μ m,粗糙度為單側(cè)厚度2 μ m的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在丙酮中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為0. 5%，活性材料為97. 5%，導(dǎo)電材料為2%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為120 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的兩側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述帶狀電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后，向其中夾入50 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用多孔聚偏氟乙烯，隔極膜的孔隙率為70%，孔徑為 0. 2 μ m，卷繞成直徑為Φ 35mm，高度為60mm的芯子，將此芯子在120°C下真空干燥48小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V500F的超級電容器產(chǎn)品。所述的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005wt%以下的金屬鋁。所述的活性材料為活性炭和石墨烯的混合物，活性炭與石墨烯質(zhì)量比為8:2，活性炭比表面積為2200m2/g，石墨烯的比表面積為500 m2/g。選用的導(dǎo)電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C3H8) NBF4的碳酸二甲脂溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為50A的條件下對本實(shí)施例的超級電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為88% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例6
本實(shí)施例采用的粘結(jié)劑由具有如下通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=50
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比，通式(1)的物質(zhì)為25%，聚四氟乙烯75%。(1)準(zhǔn)備集電極將金屬鋁表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為20 μ m，粗糙度為單側(cè)厚度2 μ m的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在乙醇中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為1. 5%，活性材料為96. 5%，導(dǎo)電材料為2%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為120 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的兩側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述帶狀電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后，夾入50 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用多孔聚乙烯，隔極膜的孔隙率為80%，孔徑為0. 1 μ m，卷繞成直徑為Φ 25mm，高度為IOOmm的芯子，將此芯子在120°C下真空干燥48小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，然后在50°C外加2. 7V直流電壓通電 IOh,最后裝于圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V1500F的超級電容器產(chǎn)品。所述的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005wt%以下的金屬鋁。所述的活性材料為活性炭和碳納米管的混合物，活性炭與碳納米管質(zhì)量比為8:2， 活性炭比表面積為2200m2/g，碳納米管的比表面積為400 m2/g。選用的導(dǎo)電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳酸二乙脂溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實(shí)施例的超級電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為88% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例7
本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有如下結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=50
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比，通式(1)的物質(zhì)為25%，聚四氟乙烯75%。(1)準(zhǔn)備集電極將金屬鋁表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為20 μ m,粗糙度為單側(cè)2μπι的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在乙醇中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為3%，活性材料為92%，導(dǎo)電材料為5%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為150 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的兩側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述帶狀電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后，向其中間夾入50 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用多孔聚丙烯聚乙烯復(fù)合膜，隔極膜的孔隙率為 90%，孔徑為0. 1 μ m，卷繞成直徑為Φ 30mm，高度為IOOmm的芯子，將此芯子在120°C下真空干燥48小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V1200F的超級電容器產(chǎn)品。所述的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005wt%以下的金屬鋁。所述的活性材料為碳納米管，碳納米管的比表面積為600m2/g。選用的導(dǎo)電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳酸甲乙脂溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為50A的條件下對本實(shí)施例的超級電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為88% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例8
本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有如下通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=70
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比，通式(1)的物質(zhì)為15%，聚四氟乙烯85%。(1)準(zhǔn)備集電極將金屬鋁表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為20 μ m,粗糙度為單側(cè)厚度2 μ m的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在乙醇中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為2. 5%，活性材料為94%，導(dǎo)電材料為3. 5%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為150 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的兩側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后，夾入 20 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用多孔聚酰亞胺，隔極膜的孔隙率為80%，孔徑為0. 1 μ m，卷繞成直徑為Φ 30mm，高度為IOOmm的芯子，將此芯子在120°C下真空干燥48小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V2000F的超級電容器產(chǎn)品。所述的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005wt%以下的金屬鋁。所述的活性材料為活性炭，活性炭比表面積為2200m2/g。選用的導(dǎo)電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳酸甲乙脂溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為50A的條件下對本實(shí)施例的超級電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為88% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實(shí)施例9
本實(shí)施例采用的復(fù)合粘結(jié)劑由具有如下通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=80
復(fù)合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比，通式(1)的物質(zhì)為20%，聚四氟乙烯80%。(1)準(zhǔn)備集電極將金屬鋁表面進(jìn)行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為20 μ m,粗糙度為單側(cè)2μπι的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，將復(fù)合粘結(jié)劑溶解在乙醇中分散均勻，形成復(fù)合粘結(jié)劑溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑含量為2%，活性材料為94%，導(dǎo)電材料為4%，然后將上述混合物用輥機(jī)軋制成厚度為150 μ m極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的兩側(cè)表面， 形成帶狀電極；
(4)制備芯子將上述電極切成兩張尺寸相同的電極，將兩張電極鉚接引線后，向其中間夾入20 μ m厚的隔極膜，隔極膜采用多孔聚四氟乙烯，隔極膜的孔隙率為80%，厚度為 20 μ m，孔徑為0. Ιμπι，卷繞成直徑為Φ 30mm，高度為IOOmm的芯子，將此芯子在120°C下真空干燥48小時(shí)；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，將浸漬有機(jī)電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負(fù)極采用激光機(jī)分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V1500F的超級電容器產(chǎn)品。所述的集電極采用純度在99. 9wt%以上，銅含量在0. 005wt%以下的金屬鋁。所述的活性材料為活性炭，活性炭比表面積為2200m2/g。選用的導(dǎo)電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機(jī)電解液為1. Omol/L的(C2H5) NBF4的四氫呋喃溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為50A的條件下對本實(shí)施例的超級電容器進(jìn)行充放電周期實(shí)驗(yàn)，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進(jìn)行同樣的充放電周期實(shí)驗(yàn)，1萬次后容量保持率為88% ；當(dāng)用刀分開金屬鋁集電極與極片時(shí)，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種超級電容器的制備方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行(1)準(zhǔn)備集電極選取原料金屬鋁或鋁合金經(jīng)過表面交流腐蝕粗糙化處理后，作為集電極；(2)制備極片將活性材料和導(dǎo)電材料混合均勻，再將復(fù)合粘結(jié)劑溶液加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按質(zhì)量百分比，復(fù)合粘結(jié)劑溶液含量為0. 5-3%，活性材料為92-97. 5%，導(dǎo)電材料為2-5%，然后將上述混合物壓制成厚度為100-150 μ m的極片；所述的復(fù)合粘結(jié)劑溶液為具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)和聚四氟乙烯混合形成的復(fù)合粘結(jié)劑，溶解在水、乙醇、異丙醇或丙酮溶劑中分散均勻，形成的溶液，按重量比，通式(1)的物質(zhì)為5-35%，聚四氟乙烯為65-95%，通式(1)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)為(HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)n=l-100(3)制備電極將集電極表面涂覆一層導(dǎo)電膠，將極片粘附在集電極的一面或兩面，形成電極；(4)制備芯子將兩張尺寸相同的電極連接引線后，在其中間夾入1(Γ50μπι厚的隔極膜，卷繞成直徑為Φ16-Φ65πιπι高度為20-165mm的芯子，然后在100-150°C下真空干燥 8-72小時(shí)；(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機(jī)電解液，然后在50°C外加2.7V直流電壓下通電10h，最后封裝于圓形鋁殼中，得到超級電容器產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級電容器的制備方法，其特征在于所述的作為集電極的原料金屬鋁或鋁合金，純度至少為99. 9wt%，銅含量為0. 005wt%以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級電容器的制備方法，其特征在于所述的活性材料選用活性炭、碳納米管或石墨烯中的一種或一種以上以任意比例混合的組合物，其中活性碳的比表面積為800-3000m2/g，碳納米管的比表面積為200-600m2/g，石墨烯的比表面積為 500-1500 m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級電容器的制備方法，其特征在于所述的導(dǎo)電材料為石墨、炭黑或乙炔黑，粒度均為0. 1-2 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級電容器的制備方法，其特征在于所述的導(dǎo)電膠為石墨導(dǎo)電膠、銅粉導(dǎo)電膠或銀粉導(dǎo)電膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級電容器的制備方法，其特征在于所述的隔極膜為纖維素紙、多孔聚丙烯、多孔聚四氟乙烯、多孔聚偏氟乙烯、多孔聚乙烯、多孔聚丙烯聚乙烯覆合膜或多孔聚酰亞胺，隔極膜的孔隙率為60-95%，孔徑0. 05-0. 2 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級電容器的制備方法，其特征在于所述的有機(jī)電解液是含有離解性的鹽I^1Ii2R3R4NY或R1R2R3R4NPY溶解在有機(jī)溶劑中形成的，R1 R2 R3 R4為烷基， 相同或不相同，Y為BFp PF6- ClO4-或CF3SO3-陰離子；所述的有機(jī)溶劑是碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、環(huán)丁砜、乙腈或四氫呋喃，或其中一種以上按照任意比例混合形成的混合溶劑。
全文摘要
一種超級電容器的制備方法，屬于新能源儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域。將金屬集電極表面粗糙化處理，將活性材料、導(dǎo)電材料、復(fù)合粘接劑混合均勻，壓成厚度在100-150μm的極片，將極片粘接在集電極表面，形成帶狀電極，將其切成兩張相同尺寸電極，將兩張電極鉚接引線后，加入10~50μm厚的隔極膜，卷繞成芯子，于100-150℃真空干燥8-72小時(shí)，然后浸漬在有機(jī)電解液中，于50℃外加2.7V直流電壓通電10h，最后封裝于圓形鋁殼中，得到超級電容器產(chǎn)品，其中復(fù)合粘結(jié)劑為具有(HO－Si(CH3)2O〔Si(CH3)2O〕nSi(CH3)2-OH通式的物質(zhì)與聚四氟乙烯的混合物。采用本發(fā)明的復(fù)合粘結(jié)劑制作的電極柔軟，機(jī)械強(qiáng)度大，易于規(guī)模化連續(xù)生產(chǎn)，工作壽命有大幅提高。
文檔編號H01G9/058GK102543480SQ20111045024
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者劉永久, 姚健勛, 張紫方, 李文生 申請人:錦州凱美能源有限公司