專利名稱：超級電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源儲能技術(shù)領(lǐng)域，涉及超級電容器，具體涉及超級電容器的制作方法。
背景技術(shù)：
超級電容器的兩個重要部分是電極和電解液，其儲能原理是在電極與電解液界面形成雙電荷層來積蓄電荷，儲存能量。為了提高能量密度，電極的活性材料通常選用活性炭、炭黑、碳納米管、石墨烯、膨化石墨、金屬氧化物和導電聚合物等，為了使超級電容器長壽命高效率充放電，集電極一般選用耐化學和電化學腐蝕的高純鋁、不銹鋼和鎳等材料，還通常在集電極上粘結(jié)金屬和石墨等低阻抗涂層。電解液有水溶性電解液和有機電解液，其中有機電解液的工作電壓高，存儲的能量多，但由于電容器單元內(nèi)部有水分存在，超級電容器在充電時引起水分解將使超級電容器性能劣化，因此使用有機電解液的超級電容器必須對電極充分除水，通常采取高溫真空除水。電極中的活性炭、炭黑、碳納米管、石墨烯、膨化石墨、金屬氧化物和導電聚合物等活性材料，通常為粉末狀，與橡膠類粘結(jié)劑和水混合，活性材料和導電材料分散在橡膠類粘結(jié)劑和水中，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，極片與集電極間粘結(jié)強度小，將電極進一步加工制成超級電容器后，產(chǎn)品在大電流高頻率充放電過程中，極片會與集電極逐漸分離剝落，使超級電容器產(chǎn)品得性能嚴重劣化。

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作方法，解決集電極與極片間粘結(jié)強度小及極片內(nèi)部粘結(jié)強度小等問題。本發(fā)明中極片由活性材料、導電材料和復合粘結(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，加入有機電解液后封裝制成超級電容器。(1)準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電材料混合均勻，將復合粘結(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，復合粘結(jié)劑含量為0. 5-3%，活性材料為80-94. 5%，導電材料為5-10%，然后將上述混合物壓制成厚度為30-100 μ m的極片；所述的復合粘結(jié)劑溶液是具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)和聚四氟乙烯形成的復合粘結(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)30-55%，聚四氟乙烯為45-70%，通式(1)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)為, (1) x=l-1000，R:CnH2n，n=l-10
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層導電膠，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10-50μπι厚的隔極膜，卷繞成直徑為0 3-0 65讓高度為5-165讓的芯子，然后在100_150°C下真空干燥8_72 小時；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機電解液，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是純度至少為99. 9wt%,銅含量在0. 005wt%以下的金屬鋁或鋁合金。集電極要求表面粗糙，是為了與極片接觸良好。本發(fā)明的極片中復合粘結(jié)劑含量為0. 5-3%，，其余為活性材料和導電材料，其中復合粘結(jié)劑含量為0. 5%及以上極片就能達到所需極片的強度，但是復合粘結(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電化學性能不活潑的活性炭、炭黑、碳納米管、石墨烯或膨化石墨，采用其中的一種或一種以上的組合物，當選用用一種以上組合物時，各組分以任意比例混合，其中活性碳的比表面積為800-3000m2/g，炭黑比表面積為100-600 m2/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,膨化石墨比表面積為 100-300m2/g。所述的導電材料為石墨、炭黑或乙炔黑，粒度為0. 1-2 μ m。所述的導電膠為石墨導電膠、銅粉導電膠或銀粉導電膠。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%，厚度 10-100 μ m,孑L徑 0. 05-0. 2 μ m。所述的有機電解液是含有離解性的鹽Ii1Ii2Ii3R4NY或Ii1Ii2Ii3R4NPY溶解在有機溶劑中形成的，R1 R2 R3 R4為烷基，相同或不相同，Y為BFpPF6- C104_或CF3SO3^陰離子，所述的有機溶劑是碳酸丙烯酯、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)明的特點和有益效果是
現(xiàn)有的超級電容器電極制作時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械強度弱， 不利于連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)；本發(fā)明的核心內(nèi)容是采用[NH-R-C0-R-C0]x和聚四氟乙烯復合粘結(jié)劑，制作的電極柔軟、機械強度大，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的條件下進行充放電周期實驗，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進行同樣的充放電周期實驗，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)定性和較高的循環(huán)壽命，能儲存較高的能量，具有較大的功率。
具體實施例方式本發(fā)明所采用原料通式(1)的物質(zhì)來自渤海大學精細化研究所，其余產(chǎn)品為市
售產(chǎn)品。實施例1本實施例采用的復合粘結(jié)劑由具有如下結(jié)構(gòu)通式(1)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 [NH-R-C0-R-C0], (1) 其中 x=100，RiC2H4，n=2
復合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比，通式(1)的物質(zhì)為30%，聚四氟乙烯70%。(1)準備集電極將金屬鋁表面進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電材料混合均勻，將復合粘結(jié)劑溶解在異丙醇中分散均勻，形成復合粘結(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，復合粘結(jié)劑含量為2%，活性材料為92%，導電材料為6%，然后將上述混合物用輥機軋制成厚度為50 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導電膠，將極片粘附在集電極兩側(cè)的表面， 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 30 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%，厚度為50 μ m,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；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機電解液，將浸漬有機電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負極采用激光機分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V400F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性能穩(wěn)定的活性炭，比表面積為1800m2/g。選用的導電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機電解液為1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳酸丙烯脂、碳酸乙烯脂、碳酸丁烯脂、碳酸二甲脂、碳酸二乙脂和碳酸甲乙脂按照體積比1:1:1:1:1:1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的條件下對本實施例的超級電容器進行充放電周期實驗，2萬次后容量保持率為93%，在周圍溫度為65°C的條件下進行同樣的充放電周期實驗，1萬次后容量保持率為86% ；當用刀分開金屬鋁集電極與極片時，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實施例2
本實施例采用的復合粘結(jié)劑由具有如下結(jié)構(gòu)通式(1)的物質(zhì)與聚四氟乙烯混合而成 [NH-R-C0-R-C0], (1) 其中 x=200，R C3H6，n=3
復合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為35%，聚四氟乙烯65%。(1)準備集電極將鋁合金表面進行交流腐蝕厚度粗糙化處理，得到厚度為 30 μ m,粗糙度為單側(cè)3 μ m的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導電材料混合均勻，將復合粘結(jié)劑溶解在異丙醇中分散均勻，形成復合粘結(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，復合粘結(jié)劑含量為2%，活性材料為91%，導電材料為7%，然后將上述混合物用輥機軋制成厚度為50 μ m的極片；(3)制備電極將集電極表面涂覆一層銅粉導電膠，將極片粘附在集電極一側(cè)的表面， 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 30 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Φ 20mm，高度為40mm的芯子，將此芯子在120°C下真空干燥48小時；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機電解液，將浸漬有機電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負極采用激光機分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V90F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性能穩(wěn)定的活性炭，比表面積為1800m2/g。選用的導電材料為乙炔黑，粒度為1 μ m。選用的有機電解液為1. Omol/L的(C2H5)NBF4的碳酸乙烯脂和乙腈按照體積比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的條件下對本實施例的超級電容器進行充放電周期實驗，2萬次后容量保持率為93%，在周圍溫度為65°C的條件下進行同樣的充放電周期實驗，1萬次后容量保持率為87% ；當用刀分開金屬鋁集電極與極片時，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實施例3
本實施例采用的復合粘結(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 [NH-R-C0-R-C0], (1) 其中 x=300，，n=4
復合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為40%，聚四氟乙烯60%。(1)準備集電極將金屬鋁表面進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電材料混合均勻，將復合粘結(jié)劑溶解在乙醇中分散均勻，形成復合粘結(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，復合粘結(jié)劑含量為1. 5%，活性材料為92. 5%，導電材料為6%，然后將上述混合物用輥機軋制成厚度為70 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層銀粉導電膠，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，隔極膜采用纖維素紙，隔極膜的孔隙率為80%，孔徑為0. 1 μ m，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；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機電解液，將浸漬有機電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負極采用激光機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。本實施例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。本實施例選用的活性材料為電化學性能穩(wěn)定的活性炭，比表面積為1800m2/g。選用的導電材料為石墨，粒度為2μπι。
選用的有機電解液為1. Omol/L的(C2H5) NClO44的碳酸丁烯脂溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實施例的超級電容器進行充放電周期實驗，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進行同樣的充放電周期實驗，1萬次后容量保持率為88% ；當用刀分開金屬鋁集電極與極片時，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實施例4
本實施例采用的復合粘結(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 [NH-R-C0-R-C0], (1) 其中 x=400，RiC4H8, n=4
復合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為40%，聚四氟乙烯60%。(1)準備集電極將金屬鋁表面進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電材料混合均勻，將復合粘結(jié)劑溶解在乙醇中分散均勻，形成復合粘結(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，復合粘結(jié)劑含量為6%，活性材料為88%，導電材料為6%，然后將上述混合物用輥機軋制成厚度為120 μ m極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導電膠，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，夾入 20 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120°C下真空干燥48小時；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機電解液，將浸漬有機電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負極采用激光機分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V1000F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性能穩(wěn)定的活性炭和碳納米管的混合物，活性炭和碳納米管質(zhì)量比為8:2，活性炭比表面積為1800 m2/g，碳納米管比表面積為400m2/g。選用的導電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機電解液為1. Omol/L的(C2H5) 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100A的條件下對本實施例的超級電容器進行充放電周期實驗，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進行同樣的充放電周期實驗，1萬次后容量保持率為88% ；當用刀分開金屬鋁集電極與極片時，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實施例5
本實施例采用的復合粘結(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 [NH-R-C0-R-C0], (1) 其中 x=500, RiC5H10，n=5
復合粘結(jié)劑溶液中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為45%，聚四氟乙烯55%。(1)準備集電極將金屬鋁表面進行交流腐蝕粗糙化處理，得到厚度為20 μ m,粗
7糙度為單側(cè)2μπι的集電極；
(2)制備極片將活性材料和導電材料混合均勻，將復合粘結(jié)劑溶解在乙醇中分散均勻，形成復合粘結(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，復合粘結(jié)劑含量為1. 5%，活性材料為90. 5%，導電材料為8%，然后將上述混合物用輥機軋制成厚度為80 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導電膠，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 30 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；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機電解液，將浸漬有機電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負極采用激光機分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V350F的超級電容器產(chǎn)品。本實施例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。本實施例選用的活性材料為電化學性能穩(wěn)定的活性炭和碳納米管的混合物，活性炭和碳納米管質(zhì)量比為8:2，活性炭比表面積為2000 m2/g，碳納米管比表面積為400m2/g。選用的導電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機電解液為1. Omol/L的(C3H8) NPF6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的條件下對本實施例的超級電容器進行充放電周期實驗，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進行同樣的充放電周期實驗，1萬次后容量保持率為88% ；當用刀分開金屬鋁集電極與極片時，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實施例6
本實施例采用的復合粘結(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 [NH-R-C0-R-C0], (1) 其中 x=600，R = C6H12，n=6
復合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為90%，聚四氟乙烯10%。(1)準備集電極將金屬鋁表面進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電材料混合均勻，將復合粘結(jié)劑溶解在乙醇中分散均勻，形成復合粘結(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，復合粘結(jié)劑含量為2%，活性材料為90%，導電材料為8%，然后將上述混合物用輥機軋制成厚度為80 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導電膠，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，夾入 20 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80%，孔徑為0. 2μπι，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；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機電解液，將浸漬有機電解液后的芯子在50°C外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負極采用激光機分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V800F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性能穩(wěn)定的活性炭和碳納米管的混合物，活性炭和碳納米管質(zhì)量比為8:2，活性炭比表面積為2000 m2/g，碳納米管比表面積為400m2/g。選用的導電材料為乙炔黑，粒度為0. 1 μ m。選用的有機電解液為1. Omol/L的(C2H5) NCF3SO3的環(huán)丁砜溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實施例的超級電容器進行充放電周期實驗，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進行同樣的充放電周期實驗，1萬次后容量保持率為88% ；當用刀分開金屬鋁集電極與極片時，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實施例7
本實施例采用的復合粘結(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 [NH-R-C0-R-C0], (1) 其中 x=700，R = C7H14，n=7
復合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為55%，聚四氟乙烯45%。(1)準備集電極將金屬鋁表面進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電材料混合均勻，將復合粘結(jié)劑溶解在乙醇中分散均勻，形成復合粘結(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，復合粘結(jié)劑含量為4%，活性材料為88%，導電材料為8%，然后將上述混合物用輥機軋制成厚度為80 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導電膠，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，隔極膜采用多孔聚乙烯，隔極膜的孔隙率為80%，孔徑為0. 2μπι，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；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機電解液，將浸漬有機電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負極采用激光機分別焊接在鋁殼上下兩端后封口，得到額定工作電壓2. 7V800F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性能穩(wěn)定的碳納米管和石墨烯的混合物，質(zhì)量比為4:6， 碳納米管的比表面積為200 m2/g，石墨烯的比表面積為1500 m2/g。選用的導電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機電解液為1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳乙腈溶液。在環(huán)境溫度為50°C，直流電壓從2. 7V到1. 35V，電流為20A的條件下對本實施例的超級電容器進行充放電周期實驗，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進行同樣的充放電周期實驗，1萬次后容量保持率為88% ；當用刀分開金屬鋁集電極與極片時，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。
實施例8
本實施例采用的復合粘結(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 [NH-R-C0-R-C0], (1) 其中 x800, RC8H16，n=8
復合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為35%，聚四氟乙烯65%。(1)準備集電極將金屬鋁表面進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電材料混合均勻，將復合粘結(jié)劑溶解在水中分散均勻， 形成復合粘結(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，復合粘結(jié)劑含量為4%，活性材料為88%，導電材料為8%，然后將上述混合物用輥機軋制成厚度為80 μ m的極片；
(3)制備電極將集電極表面涂覆一層石墨導電膠，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，隔極膜采用多孔聚丙烯聚乙烯復合膜，隔極膜的孔隙率為60%，孔徑為 0. 2 μ m，卷繞成直徑為φ 30mm，高度為IOOmm的芯子，將此芯子在150°C下真空干燥8小時；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機電解液，將浸漬有機電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負極采用激光機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。所述的活性材料為電化學性能穩(wěn)定的活性炭、炭黑和膨化石墨的混合物，其質(zhì)量比為1:2:7，活性炭比表面積為3000m2/g，炭黑的比表面積為600 m2/g，膨化石墨的比表面積為 100 m2/g。選用的導電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機電解液為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100A的條件下對本實施例的超級電容器進行充放電周期實驗，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進行同樣的充放電周期實驗，1萬次后容量保持率為88% ；當用刀分開金屬鋁集電極與極片時，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。實施例9
本實施例采用的粘結(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 R[NH-R-C0-R-C0], (1) 其中 x=900，R C9H18，n=9
復合粘結(jié)劑中各組分含量按質(zhì)量比為通式(1)的物質(zhì)為45%，聚四氟乙烯55%。(1)準備集電極將金屬鋁表面進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電材料混合均勻，將復合粘結(jié)劑溶解在丙酮中分散均勻，形成復合粘結(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，復合粘結(jié)劑含量為3%，活性材料為87%，導電材料為10%，然后將上述混合物用輥機軋制成厚度為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100°C下真空干燥72小時；
(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機電解液，將浸漬有機電解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流電壓通電10h，最后裝于圓形鋁殼中，正負極采用激光機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。所述的活性材料為電化學性能穩(wěn)定的活性炭、炭黑、碳納米管、石墨烯和膨化石墨的混合物，質(zhì)量比1:1:1:1:1，其中活性炭比表面積為2000 m2/g，炭黑比表面積為500 m2/ g，碳納米管200 m2/g，石墨烯比表面積1500 m2/g，膨化石墨比表面積100 m2/g。選用的導電材料為石墨，粒度為2μπι。選用的有機電解液為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100A的條件下對本實施例的超級電容器進行充放電周期實驗，2萬次后容量保持率為92%，在周圍溫度為65°C的條件下進行同樣的充放電周期實驗，1萬次后容量保持率為88% ；當用刀分開金屬鋁集電極與極片時，在集電極一側(cè)殘留多量的活性物質(zhì)。
權(quán)利要求
1.超級電容器的制作方法，其特征在于按照以下步驟進行(1)準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電材料混合均勻，將復合粘結(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，復合粘結(jié)劑含量為0. 5-3%，活性材料為80-94. 5%，導電材料為5-10%，然后將上述混合物壓制成厚度為30-100 μ m的極片；所述的復合粘結(jié)劑溶液是具有通式(1)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)和聚四氟乙烯混合形成復合粘結(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)30-55%，聚四氟乙烯為45-70%，通式(1)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)為[NH-R-C0-R-C0], (1)x=l-1000，R:CnH2n，n=l-10(3)制備電極將集電極表面涂覆一層導電膠，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10-50μπι厚的隔極膜，卷繞成直徑為0 3-0 65讓高度為5-165讓的芯子，然后在100_150°C下真空干燥8_72 小時；(5)封裝將芯子在真空條件下浸漬有機電解液，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所述的超級電容器的制作方法，其特征在于所述的作為集電極的原料是純度至少為99. 9wt%，銅含量在0. 005wt%以下的金屬鋁或鋁合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器的制作方法，其特征在于所述的活性材料選用活性炭、炭黑、碳納米管、石墨烯或膨化石墨其中的一種或一種以上按任意比例混合的組合物，其中活性碳的比表面積為800-3000m2/g，炭黑比表面積為100-600 m2/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,膨化石墨比表面積為 100-300m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器的制作方法，其特征在于所述的導電材料為石墨、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所述的超級電容器的制作方法，其特征在于所述的導電膠為石墨導電膠、銅粉導電膠或銀粉導電膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器的制作方法，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，要求隔極膜的孔隙率為60-95%，厚度10-100 μ m,孔徑0. 05-0. 2 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器的制作方法，其特征在于所述的有機電解液是含有離解性的鹽I^1Ii2R3R4NY或Ii1Ii2R3R4NPY溶解在有機溶劑中形成的，隊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
超級電容器的制作方法，屬于新能源儲能技術(shù)領(lǐng)域。將金屬集電極表面粗糙化處理，將活性材料、導電材料、復合粘接劑混合均勻，壓成厚度在30-100μm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，然后浸漬在有機電解液中，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，其中復合粘結(jié)劑為具有[NH-R-CO-R-CO]x通式的物質(zhì)與聚四氟乙烯的混合物。采用本發(fā)明的復合粘接劑制作的電極柔軟，機械強度大，易于規(guī)?；B續(xù)生產(chǎn)，工作壽命有大幅提高。
文檔編號H01G9/155GK102543481SQ20111045026
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, 常亮, 李文生 申請人:錦州凱美能源有限公司