本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器制備的方法，屬于超級(jí)電容器制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

超級(jí)電容器是一種介于平板電容器和電池之間的一種新型綠色儲(chǔ)能裝置，與傳統(tǒng)的電容器和電池相比，超級(jí)電容器具有功率密度和能量密度高、循環(huán)壽命長、可工作溫度范圍寬、安全可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)。特別是超級(jí)電容器能夠進(jìn)行大電流密度的快速充放電，如要存儲(chǔ)相同的能量，對(duì)于電池來說可能需要數(shù)個(gè)小時(shí)，而超級(jí)電容器只需要幾秒鐘的時(shí)間。因而超級(jí)電容器廣泛用于能源存儲(chǔ)、電動(dòng)汽車、移動(dòng)通訊設(shè)備、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事設(shè)備、工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備等。

現(xiàn)有制備超級(jí)電容器的技術(shù)中，刮涂法是制備超級(jí)電容器電極的一種常見方法。刮涂法中一般采用金屬箔做集流體，再將活性材料和粘結(jié)劑按一定比例形成的混合物漿料刮涂到金屬箔上，干燥后形成預(yù)制電極。然而這種方法制備出的電極存在著活性物質(zhì)分布不均、活性物質(zhì)的質(zhì)量難以控制且具有一定的污染性等缺點(diǎn)，限制了超級(jí)電容器性能的提高。另外，如果將金屬箔直接作為集流體，未經(jīng)處理的金屬箔會(huì)限制活性物質(zhì)的比容量，導(dǎo)致電極不能很好地被電解液浸潤，有效利用率低?；诖?，本發(fā)明針對(duì)上述所存在的問題，提出了一種涂布轉(zhuǎn)移技術(shù)制備超級(jí)電容器的方法，不僅很好地解決了上述存在的問題，而且還能適應(yīng)連續(xù)化、大規(guī)模生產(chǎn)工藝過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所述的基于涂布轉(zhuǎn)移技術(shù)制備超級(jí)電容器的方法，基于粘結(jié)劑和活性物質(zhì)配制的漿料，通過涂布工藝技術(shù)制備成電極極片，然后分切成合適尺寸的待轉(zhuǎn)移極片，并通過壓力轉(zhuǎn)移到相同尺寸的泡沫鎳集流體上，組裝成超級(jí)電容器。

本發(fā)明所述的基于涂布轉(zhuǎn)移技術(shù)制備超級(jí)電容器的方法，所述粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯(pvdf)，制備技術(shù)中先將pvdf粉末在80度到100度的烘箱中干燥干燥4小時(shí)到6小時(shí)后稱量，然后溶于n-甲基吡咯烷酮(nmp)中形成質(zhì)量濃度為2％到5％的pvdf溶液，在密封條件下磁力攪拌8小時(shí)到10小時(shí)，使其充分分散。

本發(fā)明所述的基于涂布轉(zhuǎn)移技術(shù)制備超級(jí)電容器的方法，所述活性物質(zhì)為活性炭、鈦酸鋰、石墨烯、碳納米管，比表面積為1500m²/g到3000m²/g之間，使用前將活性物質(zhì)置于80度到100度的烘箱中進(jìn)行干燥處理，避免粘結(jié)劑pvdf遇水后形成絮狀物，影響粘結(jié)性能。

本發(fā)明所述的基于涂布轉(zhuǎn)移技術(shù)制備超級(jí)電容器的方法，所述配制的漿料將活性物質(zhì)加入pvdf溶液，并與pvdf形成質(zhì)量比為5:1到12:1的混合溶液，然后常溫下磁力攪拌2小時(shí)到5小時(shí)。

本發(fā)明所述的基于涂布轉(zhuǎn)移技術(shù)制備超級(jí)電容器的方法，所述涂布是采用刮涂技術(shù)或狹縫涂布技術(shù)，在金屬鋁箔或銅箔或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)或聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)或聚酰亞胺(pi)基底上，以1米/分鐘到120米/分鐘之間的速度進(jìn)行涂布，可形成1微米到15微米間厚度的活性層厚度，然后放置于80度到100度烘箱內(nèi)干燥處理。

本發(fā)明所述的基于涂布轉(zhuǎn)移技術(shù)制備超級(jí)電容器的方法，所述相同尺寸泡沫鎳是指泡沫鎳與待轉(zhuǎn)移極片尺寸相同，并且泡沫鎳在使用前分別用異丙醇、乙醇、去離子水超聲清洗，然后置于80度到100度的干燥箱中烘干待用。

本發(fā)明所述的基于涂布轉(zhuǎn)移技術(shù)制備超級(jí)電容器的方法，所述壓力轉(zhuǎn)移是先將涂布的電極極片與泡沫鎳集流體復(fù)合，然后使用液壓機(jī)施加2mpa到20mpa之間的壓力，將活性物質(zhì)從金屬鋁箔或銅箔或pet或pen或pi基底上完全轉(zhuǎn)移到泡沫鎳集流體上。

本發(fā)明所述的基于涂布轉(zhuǎn)移技術(shù)制備超級(jí)電容器的方法，所述組裝超級(jí)電容器的過程中加入隔膜聚乙烯(pe)或聚丙烯(pp)或高密度聚乙烯(hdpe)或超高分子量聚乙烯(uhmwpe)和濃度為0.5摩爾/升到1.5摩爾/升的硫酸鈉電解液或bf4離子液體或pf6離子液體，組裝成對(duì)稱或非對(duì)稱的紐扣式超級(jí)電容器或卷繞式超級(jí)電容器。

附圖說明

【圖1】涂布轉(zhuǎn)移技術(shù)示意圖。

【圖2】轉(zhuǎn)移前涂布的活性炭在鋁箔上的掃描電子顯微鏡形貌圖。

【圖3】涂布的活性炭質(zhì)量與濕膜厚度的線性關(guān)系。

【圖4】轉(zhuǎn)移后活性炭在泡沫鎳上的掃描電子顯微鏡形貌圖。

【圖5】基于涂布轉(zhuǎn)移技術(shù)制備的超級(jí)電容器電化學(xué)性能：a圖為充放電曲線，b圖為不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線，c圖為交流阻抗曲線，d圖為經(jīng)過5000次循環(huán)后比容量的保留率。

【圖6】基于涂布轉(zhuǎn)移技術(shù)制備的4個(gè)超級(jí)電容器在1a/g下的充放電曲線。

具體實(shí)施方式與實(shí)施例

以下實(shí)施方式和實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明內(nèi)容的進(jìn)一步的說明，而不是限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

本實(shí)施實(shí)例的詳細(xì)制備技術(shù)如圖1。

本實(shí)施實(shí)例中所選的活性材料是使用較為廣泛的活性炭，比表面積為2000m²/g，使用前將活性炭置于90度的烘箱中進(jìn)行干燥處理1個(gè)小時(shí)；

粘結(jié)劑配制：將pvdf粉末在80度烘箱干燥6小時(shí)后稱量，溶于nmp中配制成2％的pvdf溶液，密封后磁力攪拌10小時(shí)，使其充分分散；

漿料配制：活性炭和pvdf的質(zhì)量比例為9:1進(jìn)行混合，密封瓶口后，在常溫下磁力攪拌2個(gè)小時(shí)；

涂布技術(shù)：用刮涂設(shè)備將制備好的漿料刮涂到鋁箔上，刀口間距為150微米，涂布速度設(shè)為15米/分鐘，涂布好的極片置于80度真空干燥箱內(nèi)干燥，形成10微米厚的多孔活性薄膜，如圖2所示；并且在刮涂技術(shù)過程中，可以建立活性層質(zhì)量與涂布的濕膜厚度之間的關(guān)系，活性層薄膜質(zhì)量(毫克)＝0.04×濕膜厚度(微米)+7.49，如圖3所示；

分切極片與隔膜：使用沖片機(jī)將干燥好的極片切成圓形的待轉(zhuǎn)移極片，同時(shí)分切隔膜，并且隔膜的直徑要比極片大些，以防組裝的超級(jí)電容器發(fā)生短路；

分切泡沫鎳：將泡沫鎳分切成與待轉(zhuǎn)移極片相同的尺寸，分別用異丙醇、無水乙醇、去離子水超聲清洗30分鐘，然后置于90度真空干燥箱中烘干后待用；

活性層轉(zhuǎn)移：將分切好的電極極片與泡沫鎳集流體復(fù)合，用液壓機(jī)以5mpa的壓力施壓，將活性物質(zhì)完全轉(zhuǎn)移到泡沫鎳集流體，轉(zhuǎn)移之后的活性層薄膜形貌基本與轉(zhuǎn)移前一樣，保持多孔結(jié)構(gòu)，如圖4所示；

超級(jí)電容器組裝：將兩片對(duì)稱電極極片盡量對(duì)齊，加入隔膜pe，注入濃度為1.0摩爾/升的硫酸鈉電解液，組裝成對(duì)稱的紐扣式超級(jí)電容器，采用chi660e電化學(xué)工作站對(duì)組裝的對(duì)稱的紐扣式超級(jí)電容器進(jìn)行測試和表征，詳細(xì)結(jié)果如圖5所示，統(tǒng)計(jì)的性能詳細(xì)參數(shù)參照表1，而且通過該方法制備的超級(jí)電容器性能穩(wěn)定，可重復(fù)性好，如圖6所示4個(gè)超級(jí)電容器的性能參數(shù)。

實(shí)施例2

本實(shí)施實(shí)例中所選的活性材料是鈦酸鋰，比表面積為1800m²/g，使用前將鈦酸鋰置于90度的烘箱中進(jìn)行干燥處理1個(gè)小時(shí)；

粘結(jié)劑配制：將pvdf粉末在80度烘箱干燥6小時(shí)后稱量，溶于nmp中配制成2％的pvdf溶液，密封后磁力攪拌10小時(shí)，使其充分分散；

漿料配制：鈦酸鋰、導(dǎo)電炭黑和pvdf的質(zhì)量比例為8:1:1進(jìn)行混合，密封瓶口后，在常溫下磁力攪拌2個(gè)小時(shí)；

涂布技術(shù)：用刮涂設(shè)備將制備好的漿料刮涂到鋁箔上，刀口間距為180微米，涂布速度設(shè)為10米/分鐘，涂布好的極片置于80度真空干燥箱內(nèi)干燥，形成10微米厚的活性層；

分切極片與隔膜：使用沖片機(jī)將干燥好的極片切成圓形的待轉(zhuǎn)移極片，同時(shí)分切隔膜，并且隔膜的直徑要比極片大些，以防組裝的超級(jí)電容器發(fā)生短路；

分切泡沫鎳：將泡沫鎳分切成與待轉(zhuǎn)移極片相同的尺寸，分別用異丙醇、無水乙醇、去離子水超聲清洗30分鐘，然后置于90度真空干燥箱中烘干后待用；

活性層轉(zhuǎn)移：將分切好的電極極片與泡沫鎳集流體復(fù)合，用液壓機(jī)以5mpa的壓力施壓，將活性物質(zhì)完全轉(zhuǎn)移到泡沫鎳集流體上；

超級(jí)電容器組裝：將兩片對(duì)稱電極極片盡量對(duì)齊，加入隔膜pe，注入濃度為1.0摩爾/升的硫酸鈉電解液，組裝成對(duì)稱的紐扣式超級(jí)電容器，采用chi660e電化學(xué)工作站對(duì)組裝的對(duì)稱的紐扣式超級(jí)電容器進(jìn)行測試和表征，在1a/g的電流密度下，獲得了56f/g的比容量。

表1基于涂布轉(zhuǎn)移技術(shù)制備的超級(jí)電容器詳細(xì)參數(shù)

實(shí)施例3

本實(shí)施實(shí)例中所選的活性材料是石墨烯，比表面積為2600m²/g，使用前將石墨烯置于90度的烘箱中進(jìn)行干燥處理1個(gè)小時(shí)；

粘結(jié)劑配制：將pvdf粉末在80度烘箱干燥6小時(shí)后稱量，溶于nmp中配制成2％的pvdf溶液，密封后磁力攪拌10小時(shí)，使其充分分散；

漿料配制：石墨烯和pvdf的質(zhì)量比例為8:1進(jìn)行混合，密封瓶口后，在常溫下磁力攪拌2個(gè)小時(shí)；

涂布技術(shù)：用狹縫涂布設(shè)備將制備好的漿料涂布到pet基底上，墊片厚度為20微米，涂布速度設(shè)為15米/分鐘，涂布好的極片置于80度真空干燥箱內(nèi)干燥，形成12微米厚的活性層；

分切極片與隔膜：使用沖片機(jī)將干燥好的極片切成圓形的待轉(zhuǎn)移極片，同時(shí)分切隔膜，并且隔膜的直徑要比極片大些，以防組裝的超級(jí)電容器發(fā)生短路；

分切泡沫鎳：將泡沫鎳分切成與待轉(zhuǎn)移極片相同的尺寸，分別用異丙醇、無水乙醇、去離子水超聲清洗30分鐘，然后置于90度真空干燥箱中烘干后待用；

活性層轉(zhuǎn)移：將分切好的電極極片與泡沫鎳集流體復(fù)合，用液壓機(jī)以10mpa的壓力施壓，將活性物質(zhì)完全轉(zhuǎn)移到泡沫鎳集流體上；

超級(jí)電容器組裝：將兩片對(duì)稱電極極片盡量對(duì)齊，加入隔膜pe，注入bf4離子液體，組裝成對(duì)稱的紐扣式超級(jí)電容器，采用chi660e電化學(xué)工作站對(duì)組裝的對(duì)稱的紐扣式超級(jí)電容器進(jìn)行測試和表征，在1a/g的電流密度下，獲得了230f/g的比容量。