超級電容器長壽命電極的制作方法

專利名稱：超級電容器長壽命電極的制作方法
技術領域：
本發明屬于電子技術領域，涉及超級電容器，具體涉及一種超級電容器電極的制
作方法。
背景技術：
超級電容器原理是在電極與電解液界面形成雙電層積蓄電荷，為了提高容量密度 極化極要使用活性炭、碳纖維、碳黑、碳納米管等活性材料。為使電極長壽命高效率充放電， 在集電極上粘接金屬與石墨等低阻抗涂層。集電極一般使用耐電化學腐蝕的高純鋁、不銹 鋼、鎳等。電解液有水系電解液和有機電解液。有機電解液耐壓高儲存的能量多，但在電容 器單元內部由于存有少量水在電容器充電時引起水電解促使其性能下降，因此對于電極必 須充分除水，一般采取真空除水。電極中主要成分是活性炭、碳纖維、碳黑、碳納米管、金屬 氧化物、導電聚合物等活性材料，通常為粉末狀，另外纖維素類粘接劑與水混合，其中分散 電極材料制成漿，涂于集電極上，干燥作成電極。但是這種方法粘接力弱，集電極與極化極 的粘接強度小。

發明內容
針對目前超級電容器電極及其生產技術存在的問題，本發明提供一種超級電容器 長壽命電極的制作方法，解決集電極與極化極的粘接強度小、及極化極內部粘接強度小等 問題。 本發明中極化極由電極活性材料、導電材料和粘接劑材料構成，極化極與金屬集
電極形成一體，構成超級電容器的電極。工作時，電極浸入有機電解液中。 粘接劑由具有如下通式(I)的物質與聚四氟乙烯混合而成。 (NFn)x-Si-M(4—x) (I) n = 1、2、3、4、5、6或7 ;x = 1、2或3 M :-CH3、 -CH2CH3、 -CH2CH2CH3、 CH3CHCH3、 _0CH3、 _0CH2CH3、 _0CH2CH2CH3或_0CHCH3CH3、
NFn :_CHF2、 _CH2F、 _CF3、 _CH2CH2F、 _CH2CHF2、 _CH2CF3、 _CH2CH2CH2F、 _CH2CH2CHF2、-CH2CH2CF3、 -CH2CH2CH2CH2F、 _CH2CH2CH2CHF2、 _CH2CH2CH2CF3、 _CH2CH2CHFCF3、 _CH2CH2CF2CF3、 CF3
》HCH2— -CH2CH2C3F7、 _CH2CH2CH2CH2CH2F、 _CH2CH2CH2CH2CHF2、 _CH2CH2CH2CH2CF3、 _CH2 、
CH2CH2CHFCF3、 _CH2CH2CH2CF2CF3、 _CH2CH2CHFCF2CF3、 _CH2CH2CF2CF2CF3、 ， >HCH2 —
、HCH2CH「或_C6F5。 粘接劑中各組分含量按質量比通式(I)的物質5% 50%，聚四氟乙烯50% 95%。
3
極化極中粘接劑含量為2 20% (質量比)，其余為活性材料。粘接劑含量2%及 以上就能得到所需電極片強度，但粘接劑含量過高極化極電阻變大，最好為5% 15%。
活性材料要使用電化學性能不活潑的活性炭、碳黑或碳納米管等活性材料。可以 采用其中一種或一種以上的組合物，當采用一種以上的組合物時，各組分可以以任意比混 合。其中活性炭比表面積1000 2500m7g，碳黑比表面積100 300m7g，碳納米管比表面 積100 500m7g。活性材料在極化極中含量60% 96% (質量比)。
由于極化極阻抗要低，所以加入石墨或乙炔黑等導電材料，導電材料在極化極中 比例為2% 20% (質量比)。要求導電材料粒度1 5iim。 綜上，制備本發明的極化極的原料配比按質量比計為粘接劑2% 20%，活性材 料60% 96%，導電材料2% 20%。 金屬集電極最好是鋁或鋁合金，特別是純度在99. 9%以上、銅含量在0. 01% (質 量比)以下的金屬鋁，要求金屬集電極表面粗糙，可與極化極良好接觸，為使表面粗糙可采 用化學腐蝕或交流電化學腐蝕的方法處理。 有機電解液沒有特殊規定，眾所周知有機溶劑中含有離解性的鹽表示為 Ri^iy^NY或Ri^Rs^PY, R2、 R3、 R4為烷基可相同也可不相同；Y為BF4—、 PF6—、 C104—或 CF3S03—等的陰離子構成，溶解在有機溶劑中形成有機電解液。 上述的有機溶劑是碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、環丁砜、碳 酸乙烯酯、乙腈、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯或四氫呋喃，或其中一種以上溶劑混合構成的混 合溶劑。 隔極膜采用纖維素系電解紙、多孔聚丙烯、多孔聚四氟乙烯或多孔聚乙烯，其中最 好使用耐熱性強含水率低的多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率60% 95%，厚度 15 120 ii m，孑L徑0. 05 0. 2 ii m。
本發明電極的制作方法如下。 將金屬集電極進行交流雙面腐蝕，得到厚度為15 40iim、粗糙度單側厚度為 1. 0 5. Oii m的集電極；在水、乙醇、異丙醇或甲乙酮等溶劑中溶解粘接材料，在溶解完粘 接材料的溶液中分散活性材料粉末和導電材料，制成固體物體積含量為10 25%的漿料， 將該漿料用涂膠刀或涂布機等設備涂于集電極雙表面，100 15(TC干燥10 80分鐘，將 極化極與集電極的整體壓至厚度為15 300iim，使極化極與集電極成為一體并能牢固粘 結形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。將兩張電極鉚接引線后，在 兩張帶狀電極之間夾入15 120 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為16 80mm、高30 170mm的圓柱形芯子，也可以巻繞成橫截面為矩形(矩形長為16 80mm、寬為16 60mm)、 高30 170mm的芯子。將巻好的芯子100 150。C真空干燥8 18h。
采用本發明方法制備的電極制作超級電容器的方法同一般方法。
將制作完成的電極真空浸漬電解液，對芯子外加直流電壓6 10h后裝于有底圓 筒殼或有底矩形筒殼中，引線兩端采用激光機焊接在電容器殼上封口即可，有底圓筒殼或 有底矩形筒殼最好是鋁制的。 以往超級電容器電極制作時粘接劑采用聚四氟乙烯、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，采用這些粘接劑時制作的電極片機械強度弱，不易連 續化生產，而采用本發明復合粘接劑制作的電極柔軟、機械強度大、易于連續化生產，最薄可做至15ym。采用本發明制備的電極制作的超級電容器，在環境溫度為45t:、直流電壓從 2. 5V到1. 25V電流為20A條件下進行充放電周期試驗，2萬次后容量保持率可達92% 。
具體實施例方式
所采用的原料通式(I)的物質來自渤海大學精細化研究所，其余均為市售產品。
實施例1 粘接劑由具有如下通式(I)的物質與聚四氟乙烯混合而成。
(NFn)x-Si-M(4—x) (I)
x = 3
M :—CH2CH3
NFn :_CHF2 粘接劑中各組分含量按質量比通式(I)的物質50%，聚四氟乙烯50%。 活性材料使用電化學性能不活潑的活性炭與碳黑的混合物，活性炭與碳黑的質量
比為8 : 1。其中活性炭比表面積1800m7g，碳黑比表面積200m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導電材料，要求導電材料粒度3ym。 綜上，制備本發明的極化極的原料配比按質量比計為粘接劑10%，活性材料
80%，導電材料10%。 金屬集電極采用純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質量比)以下的金屬鋁。
有機電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用人造纖維素紙，要求隔極膜孔隙率80% ，厚度70 ii m，孔徑0. 1 y m。
電極的制作方法如下。 將金屬鋁進行交流雙面腐蝕，得到腐蝕鋁箔厚度為25ym，粗糙度單側厚度為 2. 5 ii m，在兩萬倍的電子顯微鏡下觀察表面成海綿狀，腐蝕孔平均孔徑為0. 1 ii m，在lcm2面 積上有90億個孔，拉伸強度1. 9kg/cm，將其作為集電極。 在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導電 材料，制成固體物體積含量為16%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機等設備涂于集電極 雙表面，12(TC干燥45分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為160 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入70 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 32mm、高100mm的圓柱形芯子，將巻好的芯子120。C真空干燥13h。 將芯子真空浸漬電解液。對芯子4(TC外加2.5V直流電壓8h后裝于有底圓筒殼 中，有底圓筒殼是鋁制的。正負極用激光機分別焊接在鋁殼上下兩端后封口。這樣就得到 額定電壓2. 5V容量600F電容器。 然后在環境溫度為45°C，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為20A條件下進行充放 電周期試驗，2萬次后容量保持率為92%，另外周圍溫度為65t:同樣進行充放電周期試驗， l萬次后容量保持率為87%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側殘留多量的電極物質。
實施例2 粘接劑由具有如下通式(I)的物質與聚四氟乙烯混合而成。(NFn)x-Si-M x = 2
M :CH3CHCH3
NFn :_CH2CHF2 粘接劑中各組分含量按質量比通式(I)的物質30%，聚四氟乙烯70%。
活性材料使用電化學性能不活潑的活性炭，活性炭比表面積2500m7g。
由于極化極阻抗要低，所以加入乙炔黑導電材料，要求導電材料粒度5ym。
綜上，制備本發明的極化極的原料配比按質量比計為粘接劑20%，活性材料 60%，導電材料20%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質量比)以下的金屬鋁。
有機電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚丙烯，要求隔極膜孔隙率90%，厚度120iim，孔徑0. 2iim。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進行交流雙面腐蝕，得到厚度為40 ii m、粗糙度單側厚度為5. 0 y m 的集電極；在異丙醇中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導 電材料，制成固體物體積含量為25%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機等設備涂于集電 極雙表面，15(TC干燥15分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為300 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入120ym厚的隔極膜，然后巻繞成橫截面 為矩形(矩形長為80mm、寬為60mm)、高160mm的芯子。將巻好的芯子150。C真空干燥8h。
將芯子真空浸漬電解液。對芯子4(TC外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底矩形筒殼 中，有底矩形筒殼是鋁制的。正負極用激光機分別焊接在鋁殼上下兩端后封口 。
在環境溫度為45°C，電壓從2. 5V到1. 25V電流為20A條件下進行充放電周期試 驗，2萬次后容量保持率為93%。另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側殘留多量的電極 物質。 實施例3 粘接劑由具有如下通式(I)的物質與聚四氟乙烯混合而成。 (NFn)x-Si-M(4—x) (I) x = 1 M :-OCHCH,CH, 粘接劑中各組分含量按質量比通式(I)的物質5%%，聚四氟乙烯95%。 活性材料使用電化學性能不活潑的碳納米管，碳納米管比表面積300m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導電材料，要求導電材料粒度lym。 綜上，制備本發明的極化極的原料配比按質量比計為粘接劑2%%，活性材料
96%，導電材料2%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質量比)以下的金屬鋁。 有機電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率65^，厚度20ym，孔徑 0. 05iim。 電極的制作方法如下。 將金屬集電極進行交流雙面腐蝕，得到厚度為15iim、粗糙度單側厚度為l.Oiim 的集電極；在乙醇中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導電 材料，制成固體物體積含量為10%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機等設備涂于集電 極雙表面，IO(TC干燥80分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為35 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入20 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 20mm、高30mm的圓柱形芯子，將巻好的芯子IO(TC真空干燥18h。 將芯子真空浸漬電解液。對芯子4(TC外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底圓形筒殼 中，有底圓形筒殼是鋁制的。正負極用激光機分別焊接在鋁殼上下兩端后封口。在環境溫 度為45tV流電壓從2. 5V到1. 25V電流為20A條件下進行充放電周期試驗，2萬次后容量 保持率為91%。外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側殘留多量的電極物質。
實施例4 粘接劑由具有如下通式(I)的物質與聚四氟乙烯混合而成。 (NFn)x-Si-M(4—x) (I) x = 3 M :-OCH2CH2CH3 NFn :—CH2CH2CF2CF2CF3 粘接劑中各組分含量按質量比通式(I)的物質30%，聚四氟乙烯70%。 活性材料使用電化學性能不活潑的活性炭與碳納米管的混合材料。按質量比活性
炭與碳納米管的比例為l : 1。其中活性炭比表面積1200m7g，碳納米管比表面積120m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導電材料，要求導電材料粒度2ym。 綜上，制備本發明的極化極的原料配比按質量比計為粘接劑5%，活性材料
90%，導電材料5%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質量比)以下的金屬鋁。
有機電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚乙烯，要求隔極膜孔隙率85%，孔徑0. 15iim。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進行交流雙面腐蝕，得到厚度為30iim、粗糙度單側厚度為4.0iim 的集電極；在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導 電材料，制成固體物體積含量為20%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機等設備涂于集電 極雙表面，13(TC干燥30分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為80 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入40踐厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 40mm、高50mm的圓柱形芯子，將巻好的芯子130。C真空干燥12h。 將芯子真空浸漬電解液。對芯子4(TC外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底圓形筒殼 中，有底圓形筒殼是鋁制的。正負極用激光機分別焊接在鋁殼上下兩端后封口。在環境溫度為45t:，流電壓從2. 5V到1. 25V電流為20A條件下進行充放電周期試驗，2萬次后容量 保持率為86%。外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側殘留多量的電極物質。
實施例5 粘接劑由具有如下通式(I)的物質與聚四氟乙烯混合而成。
(NFn)x-Si-M(4—x) (I)
x = 2
M :_CH3
NFn :—CH2F 粘接劑中各組分含量按質量比通式(I)的物質25%，聚四氟乙烯75%。 活性材料要使用電化學性能不活潑的活性炭，活性炭比表面積2000m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導電材料，要求導電材料粒度2ym。 綜上，制備本發明的極化極的原料配比按質量比計為粘接劑15%，活性材料
77%，導電材料8%。 金屬集電極最好是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質量比)以下的金屬 鋁。 有機電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚丙烯，要求隔極膜孔隙率75%，孔徑0. 08iim。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進行交流雙面腐蝕，得到厚度為35iim、粗糙度單側厚度為4. 5iim 的集電極；在水中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導電材 料，制成固體物體積含量為12%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機等設備涂于集電極雙 表面，14(TC干燥25分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為180 ii m，使極化極與集電極
成為一體并能牢固粘結形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。將兩 張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入35 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成橫截面為矩 形(矩形長為30mm、寬為20mm)、高60mm的芯子。將巻好的芯子130。C真空干燥12h。
將芯子真空浸漬電解液。對芯子40°C外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底矩形筒殼 中，有底矩形筒殼是鋁制的。在環境溫度為45tV流電壓從2. 5V到1. 25V電流為20A條件 下進行充放電周期試驗，2萬次后容量保持率為56%。另外周圍溫度為65t:同樣進行充放 電周期試驗，1萬次后容量保持率為23%。另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側殘留少 量的電極物質。
實施例6 粘接劑由具有如下通式(I)的物質與聚四氟乙烯混合而成。
(NFn)x-Si-M(4—X)(I)
x = 3
M:-OCH3 CF3 NFn: >CH2CH2— 粘接劑中各組分含量按質量比通式(I)的物質40%，聚四氟乙烯60%。
活性材料使用電化學性能不活潑的碳納米管。碳納米管比表面積400m7g。
8
由于極化極阻抗要低，所以加入乙炔黑導電材料，要求導電材料粒度2ym。
綜上，制備本發明的極化極的原料配比按質量比計為粘接劑18%，活性材料 64%，導電材料18%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質量比)以下的金屬鋁。
有機電解液為1. 0mol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚乙烯，要求隔極膜孔隙率85^，孔徑0.2iim。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進行交流雙面腐蝕，得到厚度為40iim、粗糙度單側厚度為5.0iim 的集電極；在異丙醇中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導 電材料，制成固體物體積含量為22%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機等設備涂于集電 極雙表面，15(TC干燥10分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為260 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入90 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 50mm、高80mm的圓柱形芯子，將巻好的芯子15(TC真空干燥8h。 將芯子真空浸漬電解液。對芯子4(TC外加2.5V直流電壓8h后裝于有底圓形筒殼 中，有底圓形筒殼是鋁制的。正負極用激光機分別焊接在鋁殼上下兩端后封口。這樣就得 到額定電壓2. 5V容量1200F電容器。 然后在環境溫度為45°C，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為40A條件下進行充放 電周期試驗，2萬次后容量保持率為93%，另外周圍溫度為65t:同樣進行充放電周期試驗， l萬次后容量保持率為88%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側殘留多量的電極物質。
實施例7 粘接劑由具有如下通式(I)的物質與聚四氟乙烯混合而成。
(NFn)x-Si-M(4—x) (I)
x = 1
M:CH3CHCH3
NFn :—C6F5 粘接劑中各組分含量按質量比通式(I)的物質32%，聚四氟乙烯68%。 活性材料使用電化學性能不活潑的碳黑，碳黑比表面積100m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導電材料，要求導電材料粒度5ym。 綜上，制備本發明的極化極的原料配比按質量比計為粘接劑9%，活性材料
85%，導電材料6%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質量比)以下的金屬鋁。
有機電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚丙烯，要求隔極膜孔隙率65% ，孔徑0. 05 ii m。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進行交流雙面腐蝕，得到厚度為15iim、粗糙度單側厚度為l.Oiim 的集電極；在乙醇中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導電 材料，制成固體物體積含量為11 %的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機等設備涂于集電極雙表面，ll(TC干燥75分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為40 ii m，使極化極與集電 極成為一體并能牢固粘結形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。將 兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入16ym厚的隔極膜，然后巻繞成巻繞成橫 截面為矩形(矩形長為25mm、寬為20mm)、高30mm的芯子。將巻好的芯子ll(TC真空干燥 9h。 將芯子真空浸漬電解液。對芯子40°C外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底矩形筒殼 中，有底矩形筒殼是鋁制的。正負極用激光機分別焊接在鋁殼上下兩端后封口。這樣就得 到額定電壓2. 5V容量120F電容器。 然后在環境溫度為45°C ，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為5A條件下進行充放電 周期試驗，2萬次后容量保持率為90%，另外周圍溫度為651:同樣進行充放電周期試驗，1 萬次后容量保持率為87%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側殘留多量的電極物質。
實施例8 粘接劑由具有如下通式(I)的物質與聚四氟乙烯混合而成。 (NFn)x-Si-M(4—X)(I) x = 3 M:—0CHCH3CH3NFn : -CH2CH2CH2CH2CH2F 粘接劑中各組分含量按質量比通式(I)的物質50%，聚四氟乙烯50%。 活性材料使用電化學性能不活潑的活性炭與碳黑的組合物，活性炭與碳黑的質量
比為3 : 1。其中活性炭比表面積1100m7g，碳黑比表面積110m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入乙炔黑導電材料，要求導電材料粒度5ym。 綜上，制備本發明的極化極的原料配比按質量比計為粘接劑15%，活性材料
75%，導電材料10%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質量比)以下的金屬鋁。
有機電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率88%，孔徑0. 12iim。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進行交流雙面腐蝕，得到厚度為26iim、粗糙度單側厚度為1. 5ym 的集電極；在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導 電材料，制成固體物體積含量為23%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機等設備涂于集電 極雙表面，135t:干燥50分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為160 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入85 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 40mm、高50mm的圓柱形芯子，將巻好的芯子IO(TC真空干燥18h。 將芯子真空浸漬電解液。對芯子4(TC外加2.5V直流電壓8h后裝于有底圓形筒殼 中，有底圓形筒殼是鋁制的。正負極用激光機分別焊接在鋁殼上下兩端后封口。這樣就得 到額定電壓2. 5V容量400F電容器。然后在環境溫度為45t:，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為5A條件下進行充放電周期試驗，2萬次后容量保持率為85%，另外周圍溫度為651:同樣進行充放電周期試驗，1 萬次后容量保持率為80%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側殘留多量的電極物質。
實施例9 粘接劑由具有如下通式(I)的物質與聚四氟乙烯混合而成。
(NFn)x-Si-M(4—x) (I)
x = 2
M:-CH2CH2CH3
NFn :—CH2CH2C3F7 粘接劑中各組分含量按質量比通式(I)的物質33%，聚四氟乙烯67%。 活性材料使用電化學性能不活潑的活性炭，活性炭比表面積1700m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導電材料，要求導電材料粒度4ym。 綜上，制備本發明的極化極的原料配比按質量比計為粘接劑13%，活性材料
72%，導電材料15%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質量比)以下的金屬鋁。
有機電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率60%，孔徑0. lym。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進行交流雙面腐蝕，得到厚度為22iim、粗糙度單側厚度為2. 2 y m 的集電極；在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導 電材料，制成固體物體積含量為21%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機等設備涂于集電 極雙表面，15(TC干燥20分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為280 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入22 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成巻繞成 橫截面為矩形(矩形長為75mm、寬為60mm)、高100mm的芯子。將巻好的芯子IO(TC真空干 燥15h。 將芯子真空浸漬電解液。對芯子4(TC外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底矩形筒殼 中，有底矩形筒殼是鋁制的。正負極用激光機分別焊接在鋁殼上下兩端后封口。在環境溫 度為45t:，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為40A條件下進行充放電周期試驗，2萬次后容 量保持率為90%，另外周圍溫度為65t:同樣進行充放電周期試驗，1萬次后容量保持率為 88%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側殘留多量的電極物質。
實施例10 粘接劑由具有如下通式(I)的物質與聚四氟乙烯混合而成。 (NFn)x-Si-M(4—x) (I) x = 1 M:-0CH2CH3NFn : _CH2CH2CH2CHF2 粘接劑中各組分含量按質量比通式(I)的物質9%，聚四氟乙烯91%。
活性材料使用電化學性能不活潑的碳納米管。碳納米管比表面積220m7g。
由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導電材料，要求導電材料粒度2ym。
綜上，制備本發明的極化極的原料配比按質量比計為粘接劑11%，活性材料 74%，導電材料15%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質量比)以下的金屬鋁。
有機電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率78^，孔徑0.09iim。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進行交流雙面腐蝕，得到厚度為21iim、粗糙度單側厚度為3. 2iim 的集電極；在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導 電材料，制成固體物體積含量為16%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機等設備涂于集電 極雙表面，IO(TC干燥60分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為96 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入66 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 35mm、高60mm的圓柱形芯子將巻好的芯子15(TC真空干燥10h。 將芯子真空浸漬電解液。對芯子4(TC外加2.5V直流電壓8h后裝于有底圓形筒殼 中，有底圓形筒殼是鋁制的。在環境溫度為45t:，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為40A條 件下進行充放電周期試驗，2萬次后容量保持率為91 % ，另外周圍溫度為65°C同樣進行充 放電周期試驗，1萬次后容量保持率為86%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側殘留多量的電極物質。
實施例11 粘接劑由具有如下通式(I)的物質與聚四氟乙烯混合而成。
(NFn)x-Si-M(4—x) (I)
x = 1
M:-OCH2CH3
NFn :—CH2CH2CH2F 粘接劑中各組分含量按質量比通式(I)的物質28%，聚四氟乙烯72%。 活性材料使用電化學性能不活潑的活性炭，活性炭比表面積1600m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導電材料，要求導電材料粒度5ym。 綜上，制備本發明的極化極的原料配比按質量比計為粘接劑3%，活性材料
92%，導電材料5%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質量比)以下的金屬鋁。
有機電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率70% ，孔徑0. 2 i！ m。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進行交流雙面腐蝕，得到厚度為15iim、粗糙度單側厚度為2.0iim 的集電極；在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導 電材料，制成固體物體積含量為20%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機等設備涂于集電 極雙表面，15(TC干燥35分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為15 ii m，使極化極與集電極成為一體并能牢固粘結形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入55 m厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 55mm、高75mm的圓柱形芯子，將巻好的芯子150。C真空干燥10h。 將芯子真空浸漬電解液。對芯子4(TC外加2.5V直流電壓8h后裝于有底圓形筒殼 中，有底圓形筒殼是鋁制的。在環境溫度為45t:，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為40A條 件下進行充放電周期試驗，2萬次后容量保持率為52%，另外周圍溫度為651:同樣進行充 放電周期試驗，1萬次后容量保持率為26%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側殘留少量的電極物質。
實施例12 粘接劑由具有如下通式(I)的物質與聚四氟乙烯混合而成。 (NFn)x-Si-M(4—x) (I) x = 3 M :—OCH2CH2CH3 NFn :—CH2CH2CF2CF2CF3 粘接劑中各組分含量按質量比通式(I)的物質50%，聚四氟乙烯50%。 活性材料要使用電化學性能不活潑的活性炭、碳黑和碳納米管的組合物，各組分
以l : 1 : l的質量比混合。其中活性炭比表面積1800m7g，碳黑比表面積200m7g，碳納
米管比表面積300m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導電材料，要求導電材料粒度3ym。 綜上，制備本發明的極化極的原料配比按質量比計為粘接劑15%，活性材料
75%，導電材料10%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質量比)以下的金屬鋁。
有機電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率75%，孔徑0. lym。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進行交流雙面腐蝕，得到厚度為25 ii m、粗糙度單側厚度為3. 0 y m 的集電極；在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導 電材料，制成固體物體積含量為25%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機等設備涂于集電 極雙表面，IO(TC干燥80分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為100 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入lOOym厚的隔極膜，然后巻繞成直徑為 40mm、高60mm的圓柱形芯子，將巻好的芯子150。C真空干燥8h。 將芯子真空浸漬電解液。對芯子4(TC外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底圓形筒殼 中，有底圓形筒殼是鋁制的。在環境溫度為45t:，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為40A條 件下進行充放電周期試驗，2萬次后容量保持率為91 % ，另外周圍溫度為65°C同樣進行充 放電周期試驗，1萬次后容量保持率為86%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側殘留大量的電極物質。
實施例13 粘接劑由具有如下通式(I)的物質與聚四氟乙烯混合而成。
(NFn)x-Si-M(4—x) (I) x = 3 M :-0CH3 NFn :—CH2CH2CHF2 粘接劑中各組分含量按質量比通式(I)的物質48%，聚四氟乙烯52%。 活性材料要使用電化學性能不活潑的活性炭。活性炭比表面積2000m7g。 由于極化極阻抗要低，所以加入石墨導電材料，要求導電材料粒度3ym。 綜上，制備本發明的極化極的原料配比按質量比計為粘接劑10%，活性材料
75%，導電材料15%。 金屬集電極是純度在99.9%以上、銅含量在0.01% (質量比)以下的金屬鋁。
有機電解液為1. Omol/L的(C2H5)4NBF4的碳酸丙烯酯溶液。
隔極膜采用多孔聚四氟乙烯薄膜。要求隔極膜孔隙率92%，孔徑0. 15iim。
電極的制作方法如下。 將金屬集電極進行交流雙面腐蝕，得到厚度為19iim、粗糙度單側厚度為1.9ym 的集電極；在甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導 電材料，制成固體物體積含量為19%的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機等設備涂于集電 極雙表面，125t:干燥30分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為45 ii m，使極化極與集 電極成為一體并能牢固粘結形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極。 將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入45 ii m厚的隔極膜，然后巻繞成橫截面 為矩形(矩形長為65mm、寬為40mm)、高150mm的芯子。將巻好的芯子IO(TC真空干燥18h。
將芯子真空浸漬電解液。對芯子4(TC外加2. 5V直流電壓8h后裝于有底矩形筒殼 中，有底矩形筒殼是鋁制的。在環境溫度為45t:，直流電壓從2. 5V到1. 25V電流為40A條 件下進行充放電周期試驗，2萬次后容量保持率為89%，另外周圍溫度為651:同樣進行充 放電周期試驗，1萬次后容量保持率為83%。 另外用刀分開鋁箔與極化極，在鋁箔一側殘留大量的電極物質。
1權利要求
一種超級電容器長壽命電極的制作方法，其特征在于將金屬集電極進行交流雙面腐蝕，得到厚度為15～40μm、粗糙度單側厚度為1.0～5.0μm的集電極；在水、乙醇、異丙醇或甲乙酮中溶解粘接材料，在溶解完粘接材料的溶液中分散活性材料粉末和導電材料，制成固體物體積含量為10～25％的漿料，將該漿料用涂膠刀或涂布機涂于集電極雙表面，100～150℃干燥10～80分鐘，將極化極與集電極的整體壓至厚度為15～300μm，使極化極與集電極成為一體并能牢固粘結形成帶狀電極，將該帶狀電極切成兩張相同尺寸的帶狀電極，將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入15～120μm厚的隔極膜，然后卷繞成圓柱形芯子，或卷繞成橫截面為矩形的芯子，將卷好的芯子100～150℃真空干燥8～18h；粘接劑由具有如下通式(I)的物質與聚四氟乙烯混合而成；(NFn)x-Si-M(4-x)(I)x＝1、2或3M-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、CH3CHCH3、-OCH3、-OCH2CH3、-OCH2CH2CH3或-OCHCH3CH3、NFn-CHF2、-CH2F、-CF3、-CH2CH2F、-CH2CHF2、-CH2CF3、-CH2CH2CH2F、-CH2CH2CHF2、-CH2CH2CF3、-CH2CH2CH2CH2F、-CH2CH2CH2CHF2、-CH2CH2CH2CF3、-CH2CH2CHFCF3、-CH2CH2CF2CF3、-CH2CH2C3F7、-CH2CH2CH2CH2CH2F、-CH2CH2CH2CH2CHF2、-CH2CH2CH2CH2CF3、-CH2CH2CH2CHFCF3、-CH2CH2CH2CF2CF3、-CH2CH2CHFCF2CF3、-CH2CH2CF2CF2CF3、或-C6F5；粘接劑中各組分含量按質量比通式(I)的物質5％～50％，聚四氟乙烯50％～95％。F2009102202454C00011.tif,F2009102202454C00012.tif,F2009102202454C00013.tif
2. 按照權利要求1所述的超級電容器長壽命電極的制作方法，其特征在于活性材料 采用活性炭、碳黑或碳納米管，采用其中一種或一種以上的組合物，其中活性炭比表面積 1000 2500m7g，碳黑比表面積100 300m7g，碳納米管比表面積100 500m7g。
3. 按照權利要求1所述的超級電容器長壽命電極的制作方法，其特征在于導電材料 為石墨或乙炔黑，導電材料粒度1 5 ii m。
4. 按照權利要求1所述的超級電容器長壽命電極的制作方法，其特征在于極化極的 原料配比按質量比計為粘接劑2% 20%，活性材料60% 96%，導電材料2% 20%。
5. 按照權利要求1所述的超級電容器長壽命電極的制作方法，其特征在于金屬集電 極是鋁或鋁合金。
6. 按照權利要求l所述的超級電容器長壽命電極的制作方法，其特征在于隔極膜采用纖維素系電解紙、多孔聚丙烯、多孔聚四氟乙烯或多孔聚乙烯，隔極膜孔隙率60% 95%，厚度15 120ii m，孔徑O. 05 0. 2 ii m。
7. 按照權利要求1所述的超級電容器長壽命電極的制作方法，其特征在于巻繞成圓 柱形芯子，是巻繞成直徑為16 80mm、高30 170mm的圓柱形芯子；巻繞成橫截面為矩形 的芯子，是巻繞成長為16 80mm、寬為16 60mm、高30 170mm的芯子。
全文摘要
一種超級電容器長壽命電極的制作方法，將金屬集電極進行交流雙面腐蝕，溶解粘接材料，然后分散活性材料粉末和導電材料，制成漿料，將漿料涂于集電極雙表面，100～150℃干燥10～80分鐘，壓成帶狀電極，切成兩張相同尺寸的帶狀電極，將兩張電極鉚接引線后，在兩張帶狀電極之間夾入隔極膜，然后卷繞成芯子，100～150℃真空干燥8～18h。粘接劑由具有如下通式(NFn)x-Si-M(4-x)的物質與聚四氟乙烯混合而成。而采用本發明復合粘接劑制作的電極柔軟、機械強度大、易于連續化生產，極化極與集電極最薄可做至15μm。
文檔編號H01G9/058GK101710538SQ20091022024
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月27日 優先權日2009年11月27日
發明者姚建勛, 常亮, 李文生, 格根塔娜 申請人:錦州凱美能源有限公司