电化学电容器电极的制造方法及用该方法制备的电化学电容器电极

摘要

本发明公开了一种电化学电容器电极的制造方法以及根据该制造方法制得的电化学电容器电极，其中的电化学电容器电极的制造方法包括包括：混料制膏、纤维化处理、烘干、气流粉碎、造粒、辊压成膜、喷涂导电层以及热压复合等步骤。其中的电化学电容器电极包括集流体；覆盖在所述集流体的上表面且厚度介于1μm和10μm之间的第一导电层；覆盖在所述集流体的下表面且厚度介于1μm和10μm之间的第二导电层；厚度介于60μm和300μm之间并且面密度介于0.4~0.9g/cm2之间的且附着在所述第一导电层和第二导电层上的薄膜。本发明的电化学电容器电极面密度高，化学稳定性好，使用寿命长，制造工艺简单。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学电容器的电极的制造方法和用该方法制备的电化学电容器电极，尤其涉及一种网络状粘合结构的电化学电容器电极的制造方法和用该方法制备的电化学电容器电极。

背景技术

当前，常用的电化学储能装置主要包括电化学电容器和电池，它们在功率密度、能量密度、转换效率、寿命、适用温度范围等方面各有特点。电化学电容器，也称为双电层电容器、超级电容器和法拉电容，与传统电容器相比，电化学电容器在单位重量和单位体积下能够存贮更多的能量。更适合作为功率电源和后备电源的应用。

目前，电化学电容器的常规电极制造方法是涂布法，将浆料涂覆到集流体上形成电极。采用涂布法所制成的电极由于粘合剂的粘合强度有限，使得电极的比容量偏低，电极厚度的均一性很难控制，而且粘合剂本身的化学稳定性较差。

因此，需要提出一种改进的电化学电容器电极薄膜的制造方法，满足两方面的要求：其一，提高电极的比容量、一致性和降低成本，其二，改善电极的电化学稳定性和结构稳定性，增强用此电极制作的电化学电容器的可靠性，延长使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的电化学电容器电极的制造方法，该电极利用薄膜、导电层与集流体复合制成。

本发明的又一目的在于通过上述改进的电化学电容器电极的制造方法制得电化学电容器电极，从而提高电极的比容量以及一致性。同时也降低了生产成本，增强了用此电极制作的电化学电容器的可靠性以及寿命。

为了实现上述目的，本发明公开了一种电化学电容器电极的制造方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：将包括活性炭、碳纳米管、纳米门碳、石墨烯、金属氧化物、导电聚合物的一种或者几种的质量比为60%~92%的活性物质、5%~20%的第一导电剂以及3%~20%的第一粘合剂混合成膏状物质，对所述膏状物质进行揉捏纤维化，采用鼓风烘箱将膏状物质烘干，用气流粉碎机将纤维状的干燥的所述膏状物质粉碎成介于20~100μm之间的颗粒，采用喷雾造粒设备将所述颗粒造粒成200~500μm的大颗粒，之后将这种大颗粒混合物作为原料供至辊压机，直到辊压形成厚度介于60μm~300μm之间，且面密度介于0.4~0.9g/cm2之间的连续薄膜；

步骤二：将由85-95%的第二导电剂和5-15%的第二粘合剂混合制成的第一导电层和由85-95%的第二导电剂和5-15%的第二粘合剂混合制成的第二导电层通过喷涂的方法喷涂在集流体的上表面和下表面，喷涂的厚度介于1μm和10μm之间；

步骤三：将所述薄膜通过热压机压延到喷涂有所述第一导电层和第二导电层的集流体上。

优选的是，本发明的电化学电容器电极的制造方法，用气流粉碎机粉碎后的纤维状的干燥的所述膏状物质的颗粒直径介于40~80μm之间。

优选的是，本发明的电化学电容器电极的制造方法，对所述大颗粒混合物的辊压为多次辊压，在多次辊压中将面密度调节至介于0.6~0.8g/cm2之间。

优选的是，本发明的电化学电容器电极的制造方法，经过粉碎后的所述膏状物质并且采用雾化造粒设备造粒成介于300~400μm的大颗粒。

优选的是，本发明的电化学电容器电极的制造方法，所述第一导电剂和第二导电剂包括导电石墨、导电炭黑、超导电炭黑和乙炔黑中的至少其中之一。

优选的是，本发明的电化学电容器电极的制造方法，所述第一粘合剂包括聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯中的一种或者几种。

优选的是，本发明的电化学电容器电极的制造方法，所述集流体为铝箔或者腐蚀铝箔。

优选的是，本发明的电化学电容器电极的制造方法，所述膏状物质包括质量比为90%的活性物质，5%的第一导电剂，以及5%的第一粘合剂。

本发明还提供了一种根据上述方法制备得来的电化学电容器电极，其包括：集流体；第一导电层，其由85-95%的第二导电剂和5-15%的第二粘合剂混合制成，且所述第一导电层覆盖在所述集流体的上表面，所述第一导电层的厚度介于1μm和10μm之间；第二导电层，其由85-95%的第二导电剂和5-15%的第二粘合剂混合制成，且所述第二导电层覆盖在所述集流体的下表面，所述第二导电层的厚度介于1μm和10μm之间；第一薄膜，其附着在所述第一导电层；第二薄膜，其附着在所述第二导电层，且所述第一薄膜和第二薄膜的厚度均介于60μm和300μm之间并且所述第一薄膜和第二薄膜的面密度介于0.4~0.9g/cm2之间，其中，所述第一薄膜和第二薄膜均包括质量比为60%~92%的活性物质、 5%~20%的第一导电剂以及3%~20%的第一粘合剂，其中，所述活性物质包括活性炭、碳纳米管、纳米门碳、石墨烯、金属氧化物以及导电聚合物中的一种或者几种。

优选的是，本发明的电化学电容器电极，所述集流体为铝箔或者腐蚀铝箔。

优选的是，本发明的电化学电容器电极，所述第一导电剂和第二导电剂包括导电石墨、导电炭黑、超导电炭黑和乙炔黑中的至少其中之一。

优选的是，本发明的电化学电容器电极，所述第一粘合剂包括聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯中的一种或者几种。

优选的是，本发明的电化学电容器电极，所述第二粘合剂包括CMC、SBR、LA133中的一种或者几种。

优选的是，本发明的电化学电容器电极，所述薄膜包括质量比为90%的活性物质，5%的第一导电剂，以及5%的第一粘合剂。

通过本发明的方法制备电化学电容器电极可以提高电极的比容量以及一致性，增强了用此电极制作的电化学电容器的可靠性以及寿命。同时制备工艺简单，生产成本降低。

附图说明

图1为本发明的电化学电容器电极的制造方法示意图；

图2为通过本发明的方法制备出的电化学电容器电极的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

实施例1

首先，将包括活性炭、碳纳米管、纳米门碳、石墨烯、金属氧化物、导电聚合物的一种或者几种的质量比为90%的活性物质、5%的第一导电剂以5%的第一粘合剂混合成膏状物质，对所述膏状物质进行揉捏纤维化，采用鼓风烘箱将膏状物质烘干，用气流粉碎机将纤维状的干燥的所述膏状物质粉碎成介于20~100μm的颗粒，采用喷雾造粒设备将所述颗粒造粒成200~500μm的大颗粒，之后将这种大颗粒混合物作为原料供至辊压机，直到辊压形成厚度为60μm，且面密度为0.4~0.9g/cm2的连续薄膜；其次，将由85-95%的第二导电剂和5-15%的第二粘合剂混合制成的第一导电层2和由85-95%的第二导电剂和5-15%的第二粘合剂混合制成的第二导电层4通过喷涂的方法喷涂在集流体的上表面和下表面，喷涂的厚度为介于1μm和10μm之间；最后，将所述薄膜通过热压机压延到喷涂有所述第一导电层2和第二导电层4的集流体3上。从而便最终制得本发明的电化学电容器电极。通过此种实施例制造出的电化学电容器电极，包括：集流体3；第一导电层2，其由85-95%的第二导电剂和5-15%的第二粘合剂混合制成，且所述第一导电层2覆盖在所述集流体3的上表面，所述第一导电层2的厚度介于1μm和10μm之间；第二导电层4，其由85-95%的第二导电剂和5-15%的第二粘合剂混合制成，且所述第二导电层4覆盖在所述集流体3的下表面，所述第二导电层4的厚度介于1μm和10μm之间；第一薄膜1，其附着在所述第一导电层2；第二薄膜5，其附着在所述第二导电层4，且所述第一薄膜1和第二薄膜5的厚度均为60μm并且所述第一薄膜1和第二薄膜5的面密度介于0.4~0.9g/cm2之间，其中，所述第一薄膜1和第二薄膜5包括质量比为90%的活性物质、 5%的第一导电剂以及5%的第一粘合剂，其中，所述活性物质包括活性炭、碳纳米管、纳米门碳、石墨烯、金属氧化物以及导电聚合物中的一种或者几种。经测试，通过此种方法制备得来的电化学电容器电极的面密度为0.4g/cm2 ，这相比现有技术的涂布法，提高了电极的化学稳定性和一致性，增强了用此电极制作的电化学电容器的可靠性以及寿命。

此实施例中，第一导电剂和第二导电剂包括导电石墨、导电炭黑、超导电炭黑和乙炔黑中的至少其中之一。第一粘合剂包括聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯中的一种或者几种。

此实施例中，用气流粉碎机粉碎后的纤维状的干燥的所述膏状物质的颗粒直径优选地介于40~80μm之间。经过粉碎后的所述膏状物质并且采用雾化造粒设备优选地造粒成介于300~400μm的大颗粒。集流体优选地为铝箔或者腐蚀铝箔。

实施例2

首先，将包括活性炭、碳纳米管、纳米门碳、石墨烯、金属氧化物、导电聚合物的一种或者几种的质量比为92%的活性物质、5%的第一导电剂以3%的第一粘合剂混合成膏状物质，对所述膏状物质进行揉捏纤维化，采用鼓风烘箱将膏状物质烘干，用气流粉碎机将纤维状的干燥的所述膏状物质粉碎成介于20~100μm的颗粒，采用喷雾造粒设备将所述颗粒造粒成200~500μm的大颗粒，之后将这种大颗粒混合物作为原料供至辊压机，直到辊压形成厚度为300μm，且面密度为0.4~0.9g/cm2的连续薄膜；其次，将由85-95%的第二导电剂和5-15%的第二粘合剂混合制成的第一导电层2和由85-95%的第二导电剂和5-15%的第二粘合剂混合制成的第二导电层4通过喷涂的方法喷涂在集流体的上表面和下表面，喷涂的厚度为介于1μm和10μm之间；最后，将所述薄膜通过热压机压延到喷涂有所述第一导电层2和第二导电层4的集流体3上。从而便最终制得本发明的电化学电容器电极。通过此种实施例制造出的电化学电容器电极，包括：集流体3；第一导电层2，其由85-95%的第二导电剂和5-15%的第二粘合剂混合制成，且所述第一导电层2覆盖在所述集流体3的上表面，所述第一导电层2的厚度介于1μm和10μm之间；第二导电层4，其由85-95%的第二导电剂和5-15%的第二粘合剂混合制成，且所述第二导电层4覆盖在所述集流体3的下表面，所述第二导电层4的厚度介于1μm和10μm之间；第一薄膜1，其附着在所述第一导电层2；第二薄膜5，其附着在所述第二导电层4，且所述第一薄膜1和第二薄膜5的厚度均为300μm并且所述第一薄膜1和第二薄膜5的面密度介于0.4~0.9g/cm2之间，其中，所述第一薄膜1和第二薄膜5包括质量比为92%的活性物质、 5%的第一导电剂以及3%的第一粘合剂，其中，所述活性物质包括活性炭、碳纳米管、纳米门碳、石墨烯、金属氧化物以及导电聚合物中的一种或者几种。经测试，通过此种方法制备得来的电化学电容器电极的面密度为0.9g/cm2 ，这相比现有技术的涂布法，进一步提高了电极的比容量和化学稳定性，增强了用此电极制作的电化学电容器的可靠性以及寿命。

此实施例中，第一导电剂和第二导电剂包括导电石墨、导电炭黑、超导电炭黑和乙炔黑中的至少其中之一。第一粘合剂包括聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯中的一种或者几种。

此实施例中，用气流粉碎机粉碎后的纤维状的干燥的所述膏状物质的颗粒直径优选地介于40~80μm之间。经过粉碎后的所述膏状物质并且采用雾化造粒设备优选地造粒成介于300~400μm的大颗粒。集流体优选地为铝箔或者腐蚀铝箔。

实施例3

首先，将质量比为90%的活性炭、5%的第一导电剂以5%的第一粘合剂混合成膏状物质，其中活性炭为YP-17D，销售商是Kuraray Chemical Co. Ltd.，Shin-hankyu Bldg. 9F.Blvd.C-237,1-12-39 Umeda Kiataku,Osaka,530-8611, Japan；第一导电剂为SUPER S，销售商是TIMCAL Belgium S.A.，B-1050 Bruxelles，Belgium；第一粘合剂为M-18F，销售商Daikin Investment Co., Ltd. ,Umeda Center Bldg., 2-4-12, Nakazaki-Nishi, Kita-ku, Osaka, 530-8323, Japan.  对所述膏状物质进行揉捏纤维化，采用鼓风烘箱将膏状物质烘干，用气流粉碎机将纤维状的干燥的所述膏状物质粉碎成介于20~100μm的颗粒，采用喷雾造粒设备将所述颗粒造粒成200~500μm的大颗粒，之后将这种大颗粒混合物作为原料供至辊压机，直到辊压形成厚度为300μm，且面密度为0.4~0.9g/cm2的连续薄膜；其次，将由85-95%的第二导电剂为SUPER S，销售商是TIMCAL Belgium S.A.，B-1050 Bruxelles，Belgium；第一粘合剂为M-18F，销售商Daikin Investment Co., Ltd. ,Umeda Center Bldg., 2-4-12, Nakazaki-Nishi, Kita-ku, Osaka, 530-8323, Japan.和5-15%的第二粘合剂LA133，销售商是CHENGDU INDIGO POWER SOURCES CO.,LTD，混合制成的第一导电层2和由85-95%的第二导电剂和5-15%的第二粘合剂混合制成的第二导电层4通过喷涂的方法喷涂在集流体的上表面和下表面，喷涂的厚度为介于1μm和10μm之间；最后，将所述薄膜通过热压机压延到喷涂有所述第一导电层2和第二导电层4的集流体3上。从而使最终制得本发明的电化学电容器电极。通过此实施例制造出的电化学电容器电极，经测试，面密度为0.8g/cm2 ，这与现有涂布法技术相比，进一步提高了电极的比容量和化学稳定性，增强了用此电极制作的电化学电容器的可靠性以及寿命。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。