專利名稱：一種超級電容器及其極片以及該極片的制作方法
技術領域：
本發明涉及超級電容器，尤其是一種超級電容器極片及其制備方法，以及使用此極片的超級電容器。
背景技術：
超級電容器作為一種儲能器件，具有大倍率充放電、安全性好、循環性能優異、長期存儲時性能衰減小等特點，適于應用于高功率的應用場合，如HEV剎車時的能量回收、車輛啟動、加速等。雙電層電容器是目前市場上主流的超級電容器的類型。從組成上看，超級電容器包括可極化電極、隔膜、電解液及封裝體。電極材料決定了超級電容器的性能，電極結構對于性能的發揮具有重要的影響。良好的電極結構能夠降低電阻，使超級電容器進行更大倍率的充放電。雙電層電極包括集流體鋁箔及其上的涂布層。涂布層(活性物質膜片層)與集流體之間的接觸電阻影響超級電容器的電阻，進而影響超級電容器的大電流充放電性能。為了減小接觸電阻，可以對集流體進行表面處理。如申請號為200710165637. 6的中國專利提出了一種集流體表面處理方法，此方法采用鉻酸混合液對集流體表面進行腐蝕處理，目的是增加活性物質膜片層與集流體的粘結強度，減小接觸電阻。但是使用的處理液會造成相應的污染。為減小接觸電阻，在活性物質膜片層與集流體之間設置一層導電層也可以起到作用。如美國專利US6804108B2在活性物質膜片層與集流體之間涂布一層，目的是為了減小接觸電阻，其使用的配方為粘接劑與導電碳的混合，粘接劑使用的為PVDF，溶劑使用丙酮， 丙酮沸點56度，易揮發，屬于易燃易爆的物質，不利于實際工業生產。如中國專利(申請號 200610082563. 5和200610082560. 1)提出了在表面粗糙的集流體上涂布底涂層，再在其上涂布可極化電極層，此底涂層與表面粗糙集流體的良好接觸可降低接觸電阻。但是此表面粗糙集流體是通過化學蝕刻方法使其表面粗糙化，由于增加了工序，使得價格增加，超級電容器總成本亦有較大的增加。有鑒于此，為了制造出性價比更高的超級電容器，需要一種電極制作方法，其要求為膜片層與集流體接觸良好、電阻小，成本低。
發明內容
本發明是為了避免以上技術的不足之處，提供了一種普通鋁箔為集流體，聚丙烯酸鹽與導電碳組成的導電層為涂布底層，活性炭、導電碳、粘結劑組成的活性物質膜片層為上層的超級電容器極片及其制作方法和使用此極片的超級電容器。本發明制作的超級電容器的極片，膜片與集流體接觸良好、電阻小、成本低、操作方便，易于實現工業化生產。本發明采用的技術方案為
一種超級電容器極片，包括鋁集流體，含有聚丙烯酸鹽的導電層及活性物質膜片層。其中集流體鋁箔為普通鋁箔，非刻蝕鋁箔。所述導電層，包括聚丙烯酸鹽和導電碳，所述聚丙烯酸鹽和導電碳的質量比為 20 80 80 20。所述的聚丙烯酸鹽為聚丙烯酸鈣、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鋰、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸鎂中的一種或幾種。所述導電層的涂布重量為0. 1 0. 5mg/cm2。所述導電層的涂布重量進一步優選為0. 2 0. 3mg/cm2。所述活性物質膜片層涂布重量為0. 9 8. Omg/cm2。所述活性物質膜片層包含活性炭、導電碳和粘結劑，其中導電碳包括SuperP、導電碳黑，粘結劑為PVDF，其中，活性炭導電碳粘結劑=75 90 6 3 19 7。與現有技術相比，本發明一種超級電容器極片的有益效果體現在由于活性物質膜片層與集流體為兩類不同的物質，其接觸電阻大，對極片電阻有著重要的影響。導電層位于集流體與活性物質膜片層之間，包含聚丙烯酸鹽與導電碳，其中聚丙烯酸鹽與集流體鋁箔具有良好的粘接作用。通過此導電層的使用，尤其是聚丙烯酸鹽的使用，改善了活性物質膜片層與集流體的接觸，降低了接觸電阻，使極片的電阻降低約 50%。本發明還提供一種超級電容器極片的制作方法a)鋁箔集流體上導電層的制備。鋁箔為一般鋁箔，非蝕刻鋁箔。將導電層漿料涂布到鋁箔集流體上，導電層漿料包含的物質為聚丙烯酸鈣、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鋰、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸鎂中的一種或幾種，SuperP、導電碳黑中的一種或兩種的混合，此兩類物質的質量比為20 80 80 20。此導電層的涂布重量為0. 1 0. 5mg/cm2。極片經過涂布機的烘箱后，成為表觀干燥的極片。b)活性物質膜片層的制備。將活性物質膜片層漿料涂布到有導電層的極片上，活性物質膜片層組份包含活性炭、導電碳、粘結劑，其中導電碳包括SuperP、導電碳黑，粘結劑為PVDF。以上三種物質的質量比為活性炭導電碳粘結劑=75 90 6 3 19 7。此活性物質膜片層的涂布重量為0.9 8. Omg/cm2。極片經過涂布機的烘箱后，成為表觀干燥的極片。c)冷壓，壓實密度為0. 50 0. 85g/cm3。d)極片通過高溫烘箱進行二次干燥。e)通過分條、裁片制備所需要尺寸的極片。與現有技術相比，本發明一種超級電容器極片的制作方法的有益效果體現在此方法操作方便，易于實現工業化生產。所制備的超級電容器極片的集流體采用普通鋁箔，其成本遠遠小于刻蝕鋁箔的成本，原因在于刻蝕鋁箔制備過程復雜，刻蝕鋁箔的制備過程為 在普通鋁箔的基礎上經過前處理如堿洗、工業水洗、主反應如HCl腐蝕、工業水洗、純水洗、 中處理(HNO3除Cl、Cu)、純水洗、后處理(H3P04鈍化處理)、純水洗、熱處理。一種超級電容器，其包括兩個極片、間隔于兩個極片之間的隔離膜、以及它們的電解液，所述極片為上述的極片。該超級電容器具有優異的大電流充放電性能、高低溫性能及循環性能。
圖1是本發明超級電容器的極片結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例和說明書附圖，對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。實施例1 在16 μ m的鋁箔集流體10上涂布導電層20漿料(導電層20漿料成份為聚丙烯酸鈣與SuperP，兩者的質量比為40 60，溶劑為去離子水，調整漿料粘度達到200mPa. s)， 涂布重量為0. ^mg/cm2，經過涂布機的烘箱后得到干燥后的極片。然后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。在涂有導電層20的極片上涂布活性物質膜片層30 (活性物質膜片層30的組份包含YP50F活性炭、乙炔黑、K-761 PVDF，三者的質量比為86 4 10，溶劑使用NMP，調整漿料粘度達到3270mPa. s)，涂布重量為5. lmg/cm2，極片經過涂布機的烘箱后，成為表觀干燥的極片。然后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。然后極片進行冷壓，壓實密度為0. 62g/cm3,再使極片通過高溫烘箱進行二次干燥，再依次通過分條、裁片制備出待卷繞的極片。將此極片進行卷繞，然后經過封裝、注液等工序制備出306F的超級電容器。該超級電容器的平均電阻為1. 9m Ω (1000Hz時)，該超級電容器具有優異的大電流充放電性能、高低溫性能及循環性能。實施例2 在16 μ m的鋁箔集流體10上涂布導電層20漿料(導電層20漿料成份為聚丙烯酸鋰、聚丙烯酸鈉與SuperP，此三者的質量比為20 30 50，溶劑為去離子水，調整漿料粘度達到^OmPa. s)，涂布重量為0. 31mg/cm2，經過涂布機的烘箱后得到干燥后的極片。然
后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。在涂有導電層的極片上涂布活性物質膜片層30(活性物質膜片層30的組份包含 YP15活性炭、SuperP、K-761 PVDF，三者的質量比為87 3 10，溶劑使用NMP，調整漿料粘度達到^50mPa. s)，涂布重量為4. ang/cm2，極片經過涂布機的烘箱后，成為表觀干燥的極片。然后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。然后極片進行冷壓，壓實密度為0. 71g/cm3。其膜片電阻率為0. 519 Ω . m，作為對比組的極片，其活性物質膜片層直接涂布到16 μ m的鋁箔集流體上，膜片電阻為0. 984 Ω . m。從此對比結果可以看出使用聚丙烯酸鹽的導電層能夠改善活性物質膜片層與集流體的接觸狀況，明顯地降低接觸電阻。實施例3 在16 μ m的鋁箔集流體10上涂布導電層20漿料(導電層20漿料成份為聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸鎂、聚丙烯酸鈣與SuperP，此三者的質量比為10 10 20 60，溶劑為去離子水，調整漿料粘度達到510mPa. s)，涂布重量為0. 47mg/cm2,經過涂布機的烘箱后得到干燥后的極片。然后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。在涂有導電層的極片上涂布活性物質膜片層30(活性物質膜片層30的組份包含YP15活性炭、SuperP、K-761 PVDF，三者的質量比為75 6 19，溶劑使用NMP，調整漿料粘度達到4395mPa. s)，涂布重量為7. 9mg/cm2，極片經過涂布機的烘箱后，成為表觀干燥的極片。然后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。然后極片進行冷壓，壓實密度為0. 73g/cm3。其膜片層電阻率為0. 688 Ω . m。實施例4:在16 μ m的鋁箔集流體10上涂布導電層20漿料(導電層20漿料成份為聚丙烯酸鈣與SuperP，此三者的質量比為35 65，溶劑為去離子水，調整漿料粘度達到160mPa. s)，涂布重量為0. i;3mg/cm2，經過涂布機的烘箱后得到干燥后的極片。然后再涂布另一面， 涂布重量與方法相同。在涂有導電層20的極片上涂布活性物質膜片層30 (活性物質膜片層30的組份包含YP50F活性炭、乙炔黑、K-761 PVDF，三者的質量比為90 3 7，溶劑使用NMP，調整漿料粘度達到105mPa. s)，涂布重量為0. 9mg/cm2，極片經過涂布機的烘箱后，成為表觀干燥的
極片。然后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。然后極片進行冷壓，壓實密度為0. 68g/cm3。其膜片層電阻率為0. 481 Ω . m。實施例5 在16 μ m的鋁箔集流體10上涂布導電層20漿料(導電層20漿料成份為聚丙烯酸鈣與SuperP，此三者的質量比為75 25，溶劑為去離子水，調整漿料粘度達到220mPa. s)，涂布重量為0. 2%ig/cm2，經過涂布機的烘箱后得到干燥后的極片。然后再涂布另一面， 涂布重量與方法相同。在涂有導電層20的極片上涂布活性物質膜片層30 (活性物質膜片層30的組份包含YP50F活性炭、乙炔黑、K-761 PVDF，三者的質量比為85 5 10，溶劑使用NMP，調整漿料粘度達到565mPa. s)，涂布重量為1. 6mg/cm2，極片經過涂布機的烘箱后，成為表觀干燥的極片。然后再涂布另一面，涂布重量與方法相同。然后極片進行冷壓，壓實密度為0. 67g/cm3。其膜片層電阻率為0. 579 Ω . m。根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式
，對本發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發明構成任何限制。
權利要求
1.一種超級電容器極片，包括鋁集流體，其特征在于含有聚丙烯酸鹽的導電層及活性物質膜片層。
2.根據權利要求1所述一種超級電容器極片，其特征在于所述導電層，包括聚丙烯酸鹽和導電碳，所述聚丙烯酸鹽和導電碳的質量比為20 80 80 20。
3.根據權利要求2所述一種超級電容器極片，其特征在于所述的聚丙烯酸鹽為聚丙烯酸鈣、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鋰、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸鎂中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述一種超級電容器極片，其特征在于所述導電層的涂布重量為 0. 1 ~ 0. 5mg/cm2。
5.根據權利要求4所述一種超級電容器極片，其特征在于所述導電層的涂布重量為 0. 2 0. 3mg/cm2。
6.根據權利要求1所述一種超級電容器極片，其特征在于所述活性物質膜片層涂布重量為 0. 9 8. Omg/cm2。
7.根據權利要求1所述一種超級電容器極片，其特征在于所述活性物質膜片層包含活性炭、導電碳和粘結劑，其中，活性炭導電碳粘結劑=75 90 6 3 19 7。
8.一種超級電容器極片的制作方法，其特征在于在鋁箔集流體上涂布含有聚丙烯酸鹽的導電層，以及干燥，然后在涂布含有聚丙烯酸鹽的導電層其上涂布活性物質膜片層及干燥，再進行冷壓、分條、裁片制備所需要的極片。
9.根據權利要求8所述一種超級電容器極片的制作方法，其特征在于所述的冷壓，其壓實密度為0. 50 0. 85g/cm3。
10.一種超級電容器，其包括兩個極片、間隔于兩個極片之間的隔離膜、以及它們的電解液，其特征在于所述極片為權利要求1-7中所述的極片。
全文摘要
本發明涉及超級電容器，尤其是一種超級電容器極片及其制備方法，以及使用此極片的超級電容器，包括鋁集流體，含有聚丙烯酸鹽的導電層及活性物質膜片層，此種極片的導電層降低了活性物質膜片層與集流體之間的接觸電阻，使用此極片制備的超級電容器具有低的電阻，良好的倍率、高低溫、循環性能。
文檔編號H01G9/04GK102332354SQ201010624828
公開日2012年1月25日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者付成華, 許瑞, 韓昌隆 申請人:東莞新能源電子科技有限公司, 東莞新能源科技有限公司