雙電層電容器的高密度電極及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及雙電層電容器的高密度電極及其制備方法，其特征在于，雙電層電容器的高密度電極包括：貫通型鋁片；多個第一中空型突出部件，向貫通型鋁片的一側(cè)突出；多個第二中空型突出部件，向貫通型鋁片的另一側(cè)突出；第一活性物質(zhì)片，粘結(jié)于貫通型鋁片的一側(cè)面；以及第二活性物質(zhì)片，粘結(jié)于貫通型鋁片的另一側(cè)面。
【專利說明】
雙電層電容器的高密度電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及雙電層電容器的高密度電極及其制備方法，尤其涉及如下雙電層電容器的高密度電極及其制備方法，即，當(dāng)在用于雙電層電容器的電極的鋁片形成多個貫通孔時，防止鋁片的表面積損失，來增加鋁片和活性物質(zhì)片之間的接觸面積，由此可實現(xiàn)高密度電極。
【背景技術(shù)】
[0002]雙電層電容器(EDLC;Electric Double Layer Capacitor)通過具有可逆性的物理吸附現(xiàn)象來儲存電能，即使反復(fù)進行充電和放電，也不會對壽命產(chǎn)生大的影響，目前適用于在智能手機、混合動力汽車、電動汽車或光伏發(fā)電中所應(yīng)用的儲能裝置領(lǐng)域。雖然這種雙電層電容器具有優(yōu)秀的功率密度，但由于能量密度低，因此需要開發(fā)用于改善這些問題的電極材料。
[0003]韓國登錄特許第1166148號(專利文獻I)涉及具有利用光刻技術(shù)形成的立體圖案結(jié)構(gòu)的招集電體(current coI lector)的制備方法。根據(jù)在專利文獻I中公開的招集電體的制備方法，首先對鋁箔集電體進行清洗，之后在氮氣氛進行干燥。干燥結(jié)束之后，在干燥的鋁箔集電體的表面涂敷感光液并進行干燥，使感光液選擇性地曝光來得到固化。
[0004]在固化結(jié)束之后，向曝光的鋁集電體播撒顯像液，選擇性地去除未曝光的感光液，之后，使剩余的感光液徹底固化，來在鋁集電體上形成圖案。在形成完圖案之后，將兩個碳素板分別作為相向的電極，將形成有圖案的鋁集電體設(shè)置于兩個碳素板之間，并施加交流電源，來在電解液中對鋁集電體進行一次蝕刻。
[0005]在一次蝕刻結(jié)束之后，對經(jīng)蝕刻的鋁集電體進行干燥。在對鋁集電體進行的干燥結(jié)束之后，將兩個碳素板作為相向的電極，將經(jīng)一次蝕刻之后干燥過的鋁集電體設(shè)置于兩個相向的電極之間，來實施二次蝕刻。在二次蝕刻結(jié)束之后，對經(jīng)二次蝕刻的鋁箔進行清洗后進行干燥。
[0006]如專利文獻I所述，以往的雙電層電容器的電極利用光刻工序來在鋁集電體形成圖案，即多個貫通孔，來增加鋁集電體與活性物質(zhì)之間的接觸面積，從而改善能量密度。
[0007]如專利文獻I所述，當(dāng)在用于以往的雙電層電容器的電極的鋁集電體形成多個貫通孔時，存在與貫通孔在鋁集電體的總面積中的所占面積相應(yīng)地導(dǎo)致鋁集電體的表面積損失的問題。
[0008]先行技術(shù)文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:韓國登錄特許第1166148號(登錄日期:2012年07月10日)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于，為了解決上述的問題而提供如下雙電層電容器的高密度電極及其制備方法，即，當(dāng)在用于雙電層電容器的電極的鋁片形成多個貫通孔時，防止鋁片的表面積損失，來增加鋁片和活性物質(zhì)片之間的接觸面積，由此可實現(xiàn)高密度電極。
[0012]本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極，其特征在于，包括:貫通型鋁片，以相隔開的方式形成有多個貫通孔；多個第一中空型突出部件，以與上述貫通孔相連通的方式從貫通型鋁片延伸并向貫通型鋁片的一側(cè)突出而成；多個第二中空型突出部件，以分別與上述多個第一中空型突出部件相隔開的方式形成，并以與上述貫通孔相連通的方式從貫通型鋁片延伸并向貫通型鋁片的另一側(cè)突出而成;第一活性物質(zhì)片，以填埋上述多個第一中空型突出部件的方式粘結(jié)于貫通型鋁片的一側(cè)面；以及第二活性物質(zhì)片，以填埋上述多個第一中空型突出部件且通過多個第一中空型突出部件和多個第二中空型突出部件來與第一活性物質(zhì)片相連接的方式粘結(jié)于貫通型鋁片的另一側(cè)面。
[0013]本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極的制備方法的特征在于，包括:將在一側(cè)面和另一側(cè)面分別形成有多個第一中空型突出部件和多個第二中空型突出部件的貫通型鋁片卷繞于第一輥來進行準(zhǔn)備的步驟;將第一活性物質(zhì)片卷繞于第二輥來進行準(zhǔn)備的步驟；將第二活性物質(zhì)片卷繞于第三輥來進行準(zhǔn)備的步驟;使上述第一活性物質(zhì)片位于上述貫通型鋁片的一側(cè)面的上側(cè)，使上述第二活性物質(zhì)片位于上述貫通型鋁片的另一側(cè)面的下側(cè)，并且分別將貫通型鋁片、第一活性物質(zhì)片及第二活性物質(zhì)片移送到?jīng)_壓部的步驟；以及使第一活性物質(zhì)片和第二活性物質(zhì)片分別粘結(jié)于貫通型鋁片的一側(cè)面和另一側(cè)面，以使得第一活性物質(zhì)片與第二活性物質(zhì)片分別通過多個第一中空型突出部件和多個第二中空型突出部件相連接的方式利用沖壓部對第一活性物質(zhì)片和第二活性物質(zhì)一同加壓的步驟。
[0014]本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極及其制備方法具有如下優(yōu)點:即，當(dāng)在用于雙電層電容器的電極的鋁片形成多個貫通孔時，防止鋁片的表面積損失，來增加鋁片與活性物質(zhì)片之間的接觸面積，由此可實現(xiàn)高密度電極。
【附圖說明】
[0015]圖1為適用于本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極的剖視圖。
[0016]圖2為示出在圖1所示的貫通型鋁片粘結(jié)活性物質(zhì)片之前的狀態(tài)的剖視圖。
[0017]圖3為從另一側(cè)面觀察圖2所示的貫通型鋁片的后視圖。
[0018]圖4為示出圖2所示的第一中空型突出部件的各種實施例的表。
[0019]圖5為示出適用于本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極的制備方法的工序流程圖。
[0020]圖6為示出適用于本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極的活性碳的特性的表。
[0021]圖7為簡要示出適用于本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極的制備裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實施方式】
[0022]以下，參照附圖對本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極及其制備方法的實施例進行說明。
[0023]如圖1及圖2所示，本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極包括貫通型鋁片10、第一活性物質(zhì)片20及第二活性物質(zhì)片30。
[0024]貫通型鋁片10以相互隔開的方式形成多個貫通孔lla、12a，并設(shè)置有多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12。多個第一中空型突出部件11分別以與多個貫通孔Ila相連通的方式從貫通型鋁片10延伸并向貫通型鋁片10的一側(cè)突出，多個第二中空型突出部件12分別與多個第一中空型突出部件12相隔開，并以與貫通孔12a相連通的方式從貫通型鋁片10延伸并向貫通型鋁片10的另一側(cè)突出。第一活性物質(zhì)20以填埋上述多個第一中空型突出部件12的方式粘結(jié)于貫通型鋁片10的一側(cè)面10a，第二活性物質(zhì)片30以填埋上述多個第二中空型突出部件12且通過多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12來與第一活性物質(zhì)片20相連接的方式粘結(jié)于貫通型鋁片10的另一側(cè)面10b。
[0025]如下對具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極的結(jié)構(gòu)進行更詳細(xì)的說明。
[0026]如圖1至圖3所示，貫通型鋁片10以相互隔開的方式形成多個貫通孔lla、12a，上述多個貫通孔lla、12a以使得貫通型鋁片10的一側(cè)面1a和另一側(cè)面1b被貫通的方式形成。上述這種多個貫通孔11&、12&的直徑01、03分別為5(^111至10(^111。形成有多個貫通孔113、123的上述貫通型鋁片10的厚度Tl為ΙΟμπι至50μπι，通過使用純度為99.20%至99.99%的貫通型鋁片10，來改善電阻率特性，由此改善本發(fā)明的適用于高密度電極的電特性。在此情況下，圖1為放大表示圖7的“Aa”部分的剖視圖，圖2所示的貫通型鋁片10表示圖3所示的“AH剖視圖。
[0027]如圖2及圖3所示，分別多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12分別利用如針或錐子的末端尖銳的圓筒柱部件(未圖示)、橢圓柱部件(未圖示)及四角柱部件(未圖示)中的一種，在貫通型鋁片10的一側(cè)面1a或另一側(cè)面1b對對貫通型鋁片10加壓并穿孔，由此在貫通型鋁片10形成多個貫通孔lla、12a，多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12以分別與多個貫通孔lla、12a相連接的方式從貫通型鋁片10延伸并突出而成。如圖4所示，上述多個貫通孔lla、12a借助圓筒柱部件、橢圓柱部件及四角柱部件中的一種來形成圓筒型、橢圓形及四邊形中的一種。在此情況下，圖4為示出第一中空型突出部件11的多種實施例的表，由于如圖4所示的第一中空型突出部件11的各種實施例同樣適用于第二中空型突出部件12，因而省略對第二中空型突出部件12的各種實施例的圖示和說明。
[0028]例如，利用末端尖銳的圓筒柱部件、橢圓柱部件及四角柱部件中的一種，沿著朝向貫通型鋁片10的一側(cè)面1a的方向?qū)ω炌ㄐ弯X片10加壓并穿孔，由此在貫通型鋁片10形成多個貫通孔11a，并且多個第一中空型突出部件11借助貫通型鋁片10的延展性，從貫通孔Ila延伸并向鋁片10的一側(cè)突出而成。在此情況下，如圖4所示，多個貫通孔Ila根據(jù)圓筒柱部件、橢圓柱部件及四角柱部件來形成圓筒形、橢圓形、四邊形中的一種。
[0029]如圖4所示，多個貫通孔IIa根據(jù)圓筒柱部件、橢圓柱部件及四角柱部件來形成圓筒形、橢圓形、四邊形中的一種形狀。例如，在利用圓筒柱部件的情況下，多個貫通孔Ila形成圓筒形，如同Yl行，在利用橢圓柱部件的情況下，多個貫通孔Ila形成橢圓形，如同Y3行。在利用四角柱部件的情況下，多個貫通孔Ila形成四邊形，如同Y2行，X3列所記載的第一中空型突出部件11表示Xl列所記載的第一中空型突出部件11的立體圖。
[0030]利用末端尖銳的圓筒柱部件、橢圓柱部件及四角柱部件中的一種，沿著朝向貫通型鋁片10的另一側(cè)面1b的方向?qū)ω炌ㄐ弯X片10加壓并穿孔，由此在貫通型鋁片10形成多個貫通孔12a，并且多個第二中空型突出部件12借助貫通型鋁片10的延展性，從貫通孔Ila延伸并向貫通型鋁片10的另一側(cè)突出而成。在此情況下，如圖4所示，多個貫通孔12a如同圖4所示的貫通孔11a，根據(jù)圓筒柱部件、橢圓柱部件及四角柱部件來形成圓筒形、橢圓形、四邊形中的一種。
[0031]這種多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12分別借助末端尖銳的圓筒柱部件、橢圓柱部件及四角柱部件中的一種，形成一個以上的突出毛刺(extrudeburr)部件11b、11c、lld、12b、12c、12d。例如，如圖3所示，第一中空型突出部件11和第二中空型突出部件12分別形成一個突出毛刺部件11b、12b或形成兩個以上的突出毛刺部件11b、llc、lld、12b、12c、12d。即，一個貫通型鋁片10由第一中空型突出部件11和第二中空型突出部件12混合形成，上述第一中空型突出部件11和第二中空型突出部件12分別由一個突出毛刺部件11以1213形成或分別由兩個以上的突出毛刺部件1113、11(3、11(1、1213、12(3、12(1形成。如同圖4所示的第一中空型突出部件11，在貫通孔Ila形成如同Y2行及Y3行中的四邊形或橢圓形的情況下，第一中空型突出部件11可由四個突出毛刺部件llb、llc、lld、lle形成，第一中空型突出部件11的形成方式同樣適用于第二中空型突出部件12。在此情況下，在圖4所示的表中，Xl列表示兩個突出毛刺部件11b、Ilc形成于第一中空型突出部件11的實施例，X2列表示三個或四個突出毛刺部件11b、11c、lld、Ile形成于第一中空型突出部件11的實施例，X3列表示Xl列所示的第一中空型突出部件11的立體圖。并且，圖1表示圖4的Xl列和Yl行所示的形成有分別具有兩個突出毛刺部件11b、11c、12b、12c的第一中空型突出部件11和第二中空型突出部件12的本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極的剖視圖。
[0032]一個以上的突出毛刺部件11b、11c、lld、12b、12c、12d以分別從貫通孔11a、12a延伸的方式相隔開地以一體化方式形成于貫通型鋁片10，各個突出毛刺部件的高度T2、T3達(dá)至Ij2ym至70μπι。例如，如圖2及圖4所示，突出毛刺部件11以1213的高度1233為以貫通型鋁片10的一側(cè)面1a或另一側(cè)面1b為基準(zhǔn)的最大高度，多個突出毛刺部件11b、I lc、lld、12b、12c、12d表示以貫通型鋁片10的一側(cè)面1a或另一側(cè)面1b為基準(zhǔn)，分別以相互分離的狀態(tài)使高度達(dá)到2μπι以上。如上所述，多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12分別以具有一個以上的突出毛刺部件lib、11c、lld、12b、12c、12d的方式形成，從而增加貫通型鋁片10的表面積。例如，在利用圓筒形柱部件形成第一中空型突出部件11和第二中空型突出部件12時，形成具有均勻直徑D1、D3的圓筒形貫通孔lla、12a，并且由以使得第一中空型突出部件11和第二中空型突出部件12的一側(cè)或另一側(cè)的內(nèi)徑D2、D4等于或小于直徑Dl、D3的方式形成的突出毛刺部件11b、12b形成第一中空型突出部件11和第二中空型突出部件12，從而進一步增加貫通型鋁片10的表面積來實現(xiàn)具有高密度的電極。
[0033]如圖1及圖2所示，第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30通過分別反復(fù)執(zhí)行兩次以上的輥壓方法，從而以向貫通型鋁片10的一側(cè)面1a和貫通型鋁片10的另一側(cè)面1b同時進行加壓的方式粘結(jié)于貫通型鋁片的一側(cè)面1a和貫通型鋁片的另一側(cè)面10b，使得上述第一活性物質(zhì)片20與上述第二活性物質(zhì)片30通過多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12相連接，當(dāng)反復(fù)執(zhí)行兩次以上的輥壓方法時，通過最后一次實施的輥壓方法來被加壓的第一活性物質(zhì)片20的厚度T4和第二活性物質(zhì)片30的厚度T5分別比通過第一次實施的輥壓方法來被加壓的厚度(未圖示)薄2%至30 %。
[0034]第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30分別執(zhí)行兩次以上的輥壓方法，來同時加壓于貫通型鋁片10而進行粘結(jié)，從而防止多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12的外形因用于粘結(jié)第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30的加壓力而變形，或者防止貫通孔lla、12a由此被堵塞等的損失現(xiàn)象，并防止等效串聯(lián)電阻特性降低的現(xiàn)象，從而可實現(xiàn)高密度電極。
[0035]例如，本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極通過利用圖7所示的沖壓部140反復(fù)執(zhí)行兩次以上的輥壓方法而成。
[0036]在第一次實施的輥壓方法中，以小于最后一次實施的輥壓方法的壓力來對第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30加壓，從而使第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30分別粘結(jié)于貫通型鋁片10的一側(cè)面和貫通型鋁片10的另一側(cè)面。即，第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30分別借助較小的壓力粘結(jié)于貫通型鋁片10，防止多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12因壓力而導(dǎo)致外形變形。如上所述，第一次實施的輥壓方法使第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30的一部分分別填充于第一中空型突出部件11或第二中空型突出部件12，由此防止所施加的壓力大于在第一次實施的輥壓方法中所所需的壓力而可能會導(dǎo)致第一中空型突出部件11或第二中空型突出部件12的外形變形。
[0037]在第二次實施的輥壓方法為最后一次實施的輥壓方法的情況下，在最后一次實施的輥壓方法中，以壓力大于第一次實施的輥壓方法中的壓力的方式加壓，從而使第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30分別粘結(jié)于貫通型鋁片10的一側(cè)面和貫通型鋁片10的另一側(cè)面。即使在最后一次實施的輥壓方法中以壓力大于第一次實施的輥壓方法中的壓力的方式加壓，由于第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30的一部分已經(jīng)分別填充于第一中空型突出部件11或第二中空型突出部件12，因此可防止第一中空型突出部件11或第二中空型突出部件12的外形變形。最后一次實施的輥壓方法以比第一次實施的輥壓方法中所施加的壓力大的壓力，一同對第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30加壓，使得在第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30填充于多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12的狀態(tài)下，使第一碳納米纖維電極片20和第二碳納米纖維電極片30填充于多個貫通孔11a、12a來相連接。
[0038]借助最后一次實施的輥壓方法，第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30填充于多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12，來在粘結(jié)于各個內(nèi)周面或外周面的狀態(tài)下填充于多個貫通孔11a、12a，由此可增加每單位體積的重量比，從而可實現(xiàn)高密度，并且，增加與貫通型鋁片10相接觸的面積，由此可防止等效串聯(lián)電阻特性降低。這種第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30分別由相同的活性物質(zhì)材質(zhì)形成，通過以使厚度T4、T5薄相當(dāng)于2%至30%的方式進行加壓而成，從而可通過物理方法制備具有高密度的電極，厚度T4、T5分別為ΙΟΟμπι至500μπι。在這里，活性物質(zhì)的材質(zhì)使用活性碳，并使用平均粒徑為I至I Ομπι，且比表面積為1200m Vg至220(WVg的活性碳。
[0039]參照附圖，對具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極的制備方法說明如下。
[0040]如圖5及圖7所示，在本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極的制備方法中，首先將在一側(cè)面1a和另一側(cè)面1b分別形成有多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12的貫通型鋁片10卷繞于第一輥110來進行準(zhǔn)備，(步驟S10)。在對第一輥110進行準(zhǔn)備時，將第一活性物質(zhì)片20卷繞于第二輥120來進行準(zhǔn)備(步驟S20)，將第二活性物質(zhì)片30卷繞于第三輥130來進行準(zhǔn)備(步驟S30)。若第一輥110、第二輥120和第三輥130分別準(zhǔn)備完畢，則使上述第一活性物質(zhì)片20位于貫通型鋁片10的一側(cè)面1a的上側(cè)，使上述第二活性物質(zhì)片30位于貫通型鋁片10的另一側(cè)面1b的下側(cè)，并且分別將貫通型鋁片10、第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30移送到?jīng)_壓部140(步驟S40)。若貫通型鋁片10、第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30分別被移送到?jīng)_壓部140，則使第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30分別粘結(jié)于貫通型鋁片10的一側(cè)面1a和貫通型鋁片10的另一側(cè)面10b，并使得第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30分別通過多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12相連接的方式利用沖壓部140對上述第一活性物質(zhì)片20與第二活性物質(zhì)片30—同加壓(步驟S50 )，之后，通過公知的干燥工序，制備本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極。
[0041]在上述步驟中，在將貫通型鋁片10卷繞于第一輥來進行準(zhǔn)備的步驟SlO中，對于貫通型鋁片10，借助末端尖銳的圓筒柱部件(未圖示)、橢圓柱部件(未圖示)及四角柱部件(未圖示)中的一種，通過在貫通型鋁片10—側(cè)面1a或另一側(cè)面1b向貫通型鋁片10加壓并穿孔，由此在貫通型鋁片10形成多個貫通孔lla、12a，并且使多個第一中空型突出部件11或多個第二中空型突出部件12以分別與多個貫通孔lla、12a相連通地從貫通型鋁片10延伸并突出的方式與貫通型鋁片10形成為一體。
[0042]形成于貫通型鋁片10的多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12以分別向貫通型鋁片10的一側(cè)或另一側(cè)突出，S卩，向第一方向或第二方向突出的方式形成，第一方向為朝向貫通型鋁片10的一側(cè)面1a的方向，第二方向為與第一方向相反的方向，是指朝向貫通型鋁片10的另一側(cè)面1b的方向。
[0043]在使第一活性物質(zhì)片20卷繞于第二輥120來進行準(zhǔn)備的步驟(步驟S20)和使第二活性物質(zhì)片30卷繞于第三輥130來進行準(zhǔn)備的步驟(步驟S30)中，第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30分別使用相同的活性物質(zhì)材質(zhì)，活性物質(zhì)材質(zhì)包含60重量百分比至80重量百分比的電極材料和20重量百分比至40重量百分比的粘度調(diào)節(jié)劑，活性物質(zhì)材質(zhì)的粘度為5000至10000cps(centi Poise)。第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30分別通過維持上述的粘度，來使第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30在具有一定程度的粘度的狀態(tài)下被移送，從而粘結(jié)于貫通型鋁片10，由此改善第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30的粘結(jié)力。在這里，電極材料包含85重量百分比至95重量百分比的活性碳、3重量百分比至8重量百分比的導(dǎo)電劑和2重量百分比至7重量百分比的粘結(jié)劑，粘度調(diào)節(jié)劑包含30重量百分比至60重量百分比的乙醇和40重量百分比至70重量百分比的純水。在這里，活性碳通過對利用水熱合成方法制備的碳粒子粉末進行活性化處理來制備而成?；钚曰幚硪允固剂Ｗ臃勰┡c混合堿的重量百分比之比成為1:2至1:3的方式進行混合來干燥之后，在氮氣氛的管式爐(tube furnace)中以600°C至1000°C溫度進行熱處理來執(zhí)行，混合堿以使NaOH與KOH的重量百分比之比成為1:9至I: 12的方式進行混合。
[0044]若具體說明活性碳的制備方法，則首先，制備利用公知的水熱合成方法制備而成的碳粒子粉末。碳粒子粉末使用公知的原料，原料使用瀝青焦(pi tch coke)、椰子殼或生物物質(zhì)，生物物質(zhì)使用土豆淀粉、紅松果實或玉米等。若制備了碳粒子粉末，則對碳粒子粉末進行活性化處理。在活性化處理中，首先，在混合堿溶液中使碳粒子粉末真空浸漬30分鐘至2小時之后，攪拌10至15小時來混合碳粒子粉末和混合堿。
[0045]若碳粒子粉末和混合堿完成混合，則利用公知的過濾器進行過濾之后，在100°C至130°C溫度下，真空干燥10至15小時。若干燥結(jié)束，則在氮氣氛的管式爐(tube furnace)中，以600°C至1000°C溫度熱處理30分鐘至I小時30分鐘來進行活性化。若活性化結(jié)束，則用蒸餾水將混合有混合堿的碳粒子粉末反復(fù)清洗I至10次之后進行干燥，來制備活性碳。
[0046]當(dāng)制備活性碳時，包含NaOH和KOH的混合堿在活性碳形成基于NaOH和KOH的兩種大小的氣孔(pore)。即，K離子和Na離子的大小互不相同，且因活性化動作的差異，在活性碳形成互不相同的大小的氣孔(pore)。例如，K離子形成比利用Na離子的活性化形成的氣孔窄且深的氣孔，Na離子形成比利用K離子的活性化形成的氣孔寬且淺的氣孔。
[0047]如圖6所示，在將NaOH與KOH的重量百分比之比固定為1:9的狀態(tài)下，使碳化物與混合堿的重量百分比之比轉(zhuǎn)變?yōu)?:2、1:2.3、1:2.6及1:3來在進行實驗時使活性碳的比表面積增加。如這種實驗的實施例中所述，在混合堿中的KOH的重量百分比增加的情況下，如圖6所示，活性碳的比表面積從1200m2/g增加至2200m2/g，從而可使用平均粒徑為Iym至1ym的活性碳。即，活性碳即使平均粒徑小，比表面積也增加，由此增加每活性碳的每體積容量，從而實現(xiàn)高密度電極。
[0048]如圖6所示，在將NaOH與KOH的重量百分比之比固定為1:9的狀態(tài)下，使碳化物和混合堿的重量百分比之比轉(zhuǎn)換為1:3、1:2.6、1:2.3及1:2，來在進行實驗時，使殘留于活性碳的金屬雜質(zhì)減少。例如，當(dāng)由利用Na離子形成的氣孔清洗活性碳時，如圖6所示，改善金屬雜質(zhì)去除效果。其中，在清洗活性碳之后殘留的金屬雜質(zhì)有Ni或K等。
[0049]像這樣，活性碳的比表面積增加和金屬雜質(zhì)減少現(xiàn)象根據(jù)碳化物與混合堿之比呈現(xiàn)相反的狀態(tài)，但在根據(jù)活性碳的使用目的選擇最佳的碳化物與混合堿之比的情況下，可增加每體積容量，并減少金屬雜質(zhì)的殘留量。
[0050]如圖7所示，在同時用沖壓部140對第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30進行加壓的步驟S50中，首先，若向一對第一沖壓輥141移送第一活性物質(zhì)片20、第二活性物質(zhì)片30和貫通型鋁片10，則利用一對第一沖壓輥141同時以第一壓力對第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30進行第一次加壓，從而使第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30分別粘結(jié)于貫通型鋁片10的一側(cè)面和貫通型鋁片10的另一側(cè)面(步驟S51)。
[0051]若已進行對第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30的第一次加壓的貫通型鋁片10被移送到一對第二沖壓輥142，則以使得已進行第一次加壓的第一壓力的第二壓力對第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30分別通過多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12相連接的方式利用一對第二沖壓輥142來以大于第一次加壓的第二壓力對第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30—同進行二次加壓(步驟S52)。在此情況下，以使粘結(jié)于貫通型鋁片10的一側(cè)面1a和貫通型鋁片10的另一側(cè)面1b的第一活性物質(zhì)片20的厚度T4和第二活性物質(zhì)片30的厚度T5比借助第一壓力加壓來被加壓而粘結(jié)于貫通型鋁片10的一側(cè)面1a和貫通型鋁片10的另一側(cè)面1b的第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30的厚度(未圖示)薄2%至30%的方式以第二壓力進行加壓。
[0052]如圖7所示，前述的第一壓力借助作為一對第一沖壓輥141之間的隔開距離的間隔Ml來設(shè)定，如圖7所示，第二壓力借助作為一對第二沖壓輥142之間的隔開距離的間隔M2來設(shè)定。即，一對第一沖壓輥141以分別向第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30施加第一壓力的方式以間隔Ml隔開配置，使第一活性物質(zhì)片20的厚度達(dá)到厚度T6，并且使第二活性物質(zhì)片30的厚度達(dá)到厚度T7。一對第二沖壓輥142以分別向第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30施加第二壓力的方式以間隔M2隔開配置，使第一活性物質(zhì)片20的厚度達(dá)到厚度T4，并且使第二活性物質(zhì)片30的厚度達(dá)到厚度T5，從而使第一活性物質(zhì)片20的厚度T4和第二活性物質(zhì)片30的厚度Τ5比厚度Τ6、Τ7薄2%至30%。在此情況下，厚度Τ6、Τ7具有相同的厚度，厚度Τ4、Τ5也具有相同的厚度。
[0053]以相比于進行第一次加壓的第一活性物質(zhì)片20的厚度Τ6和第二活性物質(zhì)片30的厚度Τ7薄2%至30%的方式進行二次加壓的第一活性物質(zhì)片20的厚度Τ4和第二活性物質(zhì)片30的厚度Τ5在一對第一沖壓輥141之間的間隔Ml與一對第二沖壓輥142之間的間隔M2的間隔之差Μ3+Μ4中產(chǎn)生，S卩，第一壓力和第二壓力由設(shè)置于沖壓部140的一對第一沖壓輥141的隔開距離Ml和一對第二沖壓輥142的隔開距離M2來設(shè)定，第一壓力與第二壓力之差在一對第一沖壓輥141的隔開距離Ml與一對第二沖壓輥142的隔開距離M2之差Μ3+Μ4中產(chǎn)生。例如，隨著所設(shè)定的隔開距離Ml與間隔Μ2+Μ3+Μ4相同，第一活性物質(zhì)片20的的厚度Τ4和第二活性物質(zhì)片30的厚度Τ5以相比于厚度Τ6、Τ7薄2%至30%的方式形成，由此可容易實現(xiàn)具有高密度的電極。在此情況下，隔開距離Ml、Μ2分別表示一對第一沖壓輥141或一對第二沖壓輥142的配置間隔。
[0054]若以使第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30的厚度Τ4、Τ5變薄2%至30%的方式同時進行加壓，來使第一活性物質(zhì)片20與第二活性物質(zhì)片30通過多個第一中空型突出部件11和多個第二中空型突出部件12相連接，則第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30利用公知的干燥工序干燥，從而制備本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極。
[0055]為了進一步改善貫通型鋁片10、第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30的粘結(jié)力，本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極使用導(dǎo)電性粘結(jié)劑。導(dǎo)電性粘結(jié)劑使用公知的材質(zhì)，以在分別拋撒于貫通型鋁片10的一側(cè)面1a或貫通型鋁片10的另一側(cè)面1b的狀態(tài)涂敷之后，利用一對沖壓輥140對第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30加壓，使第一活性物質(zhì)片20和第二活性物質(zhì)片30借助導(dǎo)電性粘結(jié)劑更加牢固地粘結(jié)于貫通型鋁片10，來制備本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極。
[0056]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極及其制備方法，當(dāng)在用于雙電層電容器的電極中所使用的鋁片形成多個貫通孔時，防止鋁片的表面積損失，來增加鋁片和活性物質(zhì)片之間的接觸面積，由此可實現(xiàn)高密度電極。
[0057]本發(fā)明的雙電層電容器的高密度電極及氣的制備方法可適用于雙電層電容器的制造產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。
【主權(quán)項】
1.一種雙電層電容器的高密度電極，其特征在于，包括: 貫通型鋁片，以相互隔開的方式形成有多個貫通孔； 多個第一中空型突出部件，以與上述貫通孔相連通的方式從貫通型鋁片延伸并向貫通型鋁片的一側(cè)突出而成； 多個第二中空型突出部件，以分別與上述多個第一中空型突出部件相隔開的方式形成，并以與上述貫通孔相連通的方式從貫通型鋁片延伸并向貫通型鋁片的另一側(cè)突出而成； 第一活性物質(zhì)片，以填埋上述多個第一中空型突出部件的方式粘結(jié)于貫通型鋁片的一側(cè)面；以及 第二活性物質(zhì)片，以填埋上述多個第一中空型突出部件且通過多個第一中空型突出部件和多個第二中空型突出部件來與第一活性物質(zhì)片相連接的方式粘結(jié)于貫通型鋁片的另一側(cè)面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層電容器的高密度電極，其特征在于，在上述貫通型鋁片以相互隔開的方式形成有多個貫通孔，上述多個貫通孔分別以使得鋁片的一側(cè)面和另一側(cè)面貫通的方式形成，上述多個貫通孔的直徑分別為50μπι至ΙΟΟμπι。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層電容器的高密度電極，其特征在于，上述貫通型鋁片的厚度為10_至5(^111。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層電容器的高密度電極，其特征在于，分別利用末端尖銳的圓筒柱部件、橢圓柱部件及四角柱部件中的一一種，在貫通型鋁片的一側(cè)面或另一側(cè)面對貫通型鋁片加壓并穿孔，由此在貫通型鋁片形成多個貫通孔，上述多個第一中空型突出部件和上述多個第二中空型突出部件以分別與多個貫通孔相連通的方式從貫通型鋁片延伸并突出而成，上述貫通孔借助圓筒柱部件、橢圓柱部件及四角柱部件中的一種來形成圓筒型、橢圓型及四邊形中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層電容器的高密度電極，其特征在于，上述多個第一中空型突出部件和上述多個第二中空型突出部件分別是借助末端尖銳的圓筒柱部件、橢圓柱部件及四角柱部件中的一種由一個以上的突出毛刺部件形成的。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙電層電容器的高密度電極，其特征在于，上述一個以上的突出毛刺部件以分別從貫通孔延伸的方式相互隔開地以一體化方式形成于貫通型鋁片，上述一個以上的突出毛刺部件的高度分別為2μι至70μπι。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層電容器的高密度電極，其特征在于，通過分別反復(fù)執(zhí)行兩次以上的輥壓方法，以使得上述第一活性物質(zhì)片和上述第二活性物質(zhì)片通過多個第一中空型突出部件和多個第二中空型突出部件相連接的方式一同向貫通型鋁片的一側(cè)面和另一側(cè)面加壓，使上述第一活性物質(zhì)片和上述第二活性物質(zhì)片粘結(jié)于貫通型鋁片的一側(cè)面和另一側(cè)面，當(dāng)反復(fù)執(zhí)行兩次以上的輥壓方法時，通過最后一次實施的輥壓方法來被加壓的第一活性物質(zhì)片的厚度和第二活性物質(zhì)片的厚度分別比通過第一次實施的輥壓方法來被加壓的第一活性物質(zhì)片的厚度和第二活性物質(zhì)片的厚度薄2%至30%。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電層電容器的高密度電極，其特征在于，上述第一活性物質(zhì)片和上述第二活性物質(zhì)片分別由相同的活性物質(zhì)材質(zhì)形成，上述第一活性物質(zhì)片和上述第二活性物質(zhì)片的厚度分別為ΙΟΟμπι至500μπι，上述活性物質(zhì)的材質(zhì)為活性碳，上述活性碳的平均粒徑為3μηι至5μηι，上述活性碳的比表面積為12001112/^至22001112/^。9.一種雙電層電容器的高密度電極的制備方法，其特征在于，包括: 將在一側(cè)面和另一側(cè)面分別形成有多個第一中空型突出部件和多個第二中空型突出部件的貫通型鋁片卷繞于第一輥來進行準(zhǔn)備的步驟； 將第一活性物質(zhì)片卷繞于第二輥來進行準(zhǔn)備的步驟； 將第二活性物質(zhì)片卷繞于第三輥來進行準(zhǔn)備的步驟； 使上述第一活性物質(zhì)片位于上述貫通型鋁片的一側(cè)面的上側(cè)，使上述第二活性物質(zhì)片位于上述貫通型鋁片的另一側(cè)面的下側(cè)，并且分別將貫通型鋁片、第一活性物質(zhì)片及第二活性物質(zhì)片移送到?jīng)_壓部的步驟;以及 使第一活性物質(zhì)片和第二活性物質(zhì)片分別粘結(jié)于貫通型鋁片的一側(cè)面和另一側(cè)面，以使得第一活性物質(zhì)片和第二活性物質(zhì)片分別通過多個第一中空型突出部件和多個第二中空型突出部件相連接的方式利用沖壓部對第一活性物質(zhì)片和第二活性物質(zhì)一同加壓的步驟。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙電層電容器的高密度電極的制備方法，其特征在于，在將上述貫通型鋁片卷繞于第一輥來進行準(zhǔn)備的步驟中，對于貫通型鋁片，借助末端尖銳的圓筒柱部件、橢圓柱部件及四角柱部件中的一種，通過在貫通型鋁片的一側(cè)面或另一側(cè)面加壓并穿孔，由此在貫通型鋁片形成多個貫通孔，并且使多個第一中空型突出部件或多個第二中空型突出部件以分別與多個貫通孔相連通地從貫通型鋁片延伸并突出的方式與貫通型鋁片形成為一體。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的雙電層電容器的高密度電極的制備方法，其特征在于，上述多個第一中空型突出部件和上述多個第二中空型突出部件以分別向貫通型鋁片的一側(cè)或另一側(cè)突出的方式形成。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙電層電容器的高密度電極的制備方法，其特征在于，在將上述第一活性物質(zhì)片卷繞于第二輥來進行準(zhǔn)備的步驟和在將上述第二活性物質(zhì)片卷繞于第三輥來進行準(zhǔn)備的步驟中，上述第一活性物質(zhì)片和上述第二活性物質(zhì)片分別使用相同的活性物質(zhì)材質(zhì)，上述活性物質(zhì)材質(zhì)包含60重量百分比至80重量百分比的電極材料和20重量百分比至40重量百分比的粘度調(diào)節(jié)劑，上述活性物質(zhì)材質(zhì)的粘度為5000cps至lOOOOcps。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的雙電層電容器的高密度電極的制備方法，其特征在于，上述電極材料包含85重量百分比至95重量百分比的活性碳、3重量百分比至8重量百分比的導(dǎo)電劑及2重量百分比至7重量百分比的粘結(jié)劑，上述活性碳通過對利用水熱合成方法制備的碳粒子粉末進行活性化處理來制備而成，上述活性化處理通過在以重量百分比的比例達(dá)到1:2至1:3的方式混合碳粒子粉末和混合堿并進行干燥之后，在氮氣氛的管式爐中，以600°C至100tC的溫度進行熱處理來執(zhí)行，上述混合堿以重量百分比的比例達(dá)到1:9至1:12的方式混合NaOH和KOH而成。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的雙電層電容器的高密度電極的制備方法，其特征在于，上述粘度調(diào)節(jié)劑包含30重量百分比至60重量百分比的乙醇和40重量百分比至70重量百分比的純水。15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙電層電容器的高密度電極的制備方法，其特征在于， 利用沖壓部對上述第一活性物質(zhì)片和第二活性物質(zhì)片一同加壓的步驟包括: 以使得第一活性物質(zhì)片和第二活性物質(zhì)片分別粘結(jié)于貫通型鋁片的一側(cè)面和另一側(cè)面的方式利用一對第一沖壓輥來以第一壓力對第一活性物質(zhì)片和第二活性物質(zhì)片一同進行第一次加壓的步驟； 以使得已進行一次加壓的上述第一活性物質(zhì)片和第二活性物質(zhì)片分別通過多個第一中空型突出部件和多個第二中空型突出部件相連接的方式利用一對第二沖壓輥來以大于第一壓力的第二壓力對第一活性物質(zhì)片和第二活性物質(zhì)片一同進行第二次加壓的步驟，上述第一壓力借助一對第一沖壓輥的隔開距離來設(shè)定，上述第二壓力借助一對第二沖壓輥的隔開距離來設(shè)定。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的雙電層電容器的高密度電極的制備方法，其特征在于，在進行上述二次加壓的步驟中，以使粘結(jié)于貫通型鋁片的一側(cè)面和另一側(cè)面的第一活性物質(zhì)片和第二活性物質(zhì)片的厚度比借助第一壓力來被加壓而粘結(jié)于貫通型鋁片的一側(cè)面和另一側(cè)面的第一活性物質(zhì)片和第二活性物質(zhì)片的厚度薄2%至30%的方式以第二壓力進行加壓。
【文檔編號】H01G11/86GK105869906SQ201610072984
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月2日
【發(fā)明人】申達(dá)雨, 李文秀, 辛珍植
【申請人】韓國Jcc株式會社