可方便拆解回收的超級電容、制作方法及拆解回收方法與流程

本發明屬于超級電容器制備技術領域，具體涉及一種可方便拆解回收的超級電容、制作方法及拆解回收方法。

背景技術：

雙電層超級電容器具有充電快，壽命長，功率密度大的優點，在重型機車，大型機械的啟動與剎車回收能量方面，具有不可替代的作用。近來的發展趨勢是使用碳納米材料做電極材料，來替代活性炭電極材料，并且在更高的電壓(3v)下操作,以便獲得更高的能量密度，來擴大超級電容器的應用領域。

最傳統的電容器結構為電極材料附著在金屬平板集流體上，然后焊上極耳，并用隔膜相隔，注入電解液，形成電容系統。由于粘接劑的存在，使得電容器在失效之后，電極材料與集流體(及吸附的電解液)很難拆解回收，造成一定的環境污染與資源浪費。

技術實現要素：

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種不使用粘接劑的、可方便拆解回收的超級電容、制作方法以及其拆解回收方法，既使得超級電容器在有效工作周期內正常工作，又可以在需要拆解回收時，能夠最大限度地回收各類材料，并且不造成環境污染。

為達到以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種可方便拆解回收的超級電容器，包括外殼7，設置在外殼7內多片組裝起來的輥壓復合極片5，相鄰的輥壓復合極片5用隔膜6分隔，每片輥壓復合極片5上焊接有極耳9，外殼7內注有電解液8，外殼7上設置有與外界相通的氣體或液體通路10；

所述輥壓復合極片5為由電極材料1和集流體3形成的復合極片4輥壓而成；

所述氣體或液體通路10在超級電容正常工作時，用于定期釋放氣體，起使電容器內部結構穩定的作用，在超級電容需要拆解回收時，用作液體通路，注入溶劑，與超級電容中的電極材料1與電解液8形成液固混合物，在不破壞超級電容外殼與集流體、隔膜結構的前提下抽出。

所述電極材料1為具有贗電容效應的金屬氧化物和或具有雙電層效應的碳材料中的一種或多種；其粒度為0.1-30微米。

所述具有贗電容效應的金屬氧化物為氧化錳、氧化釕、氧化鎳、氧化釩和氧化鐵中的一種或多種；所述具有雙電層效應的碳材料為碳納米管、石墨烯、活性炭和納米碳纖維中的一種或多種。

所述集流體3為多孔金屬集流體，材質為鋁，銅，鎳，鉑或其復合體，其空隙尺寸是電極材料最大粒徑的10-50倍。

所述的電極材料1與集流體3的組裝方式為電極材料1主要存在于集流體3的空隙中；二者通過機械壓制的方式進行緊密接觸，不使用粘接劑粘接。

所述電解液8為水性電解液，有機電解液，離子液體電解或復合型電解液。

所述外殼7的材質為鋁塑膜或金屬。

所述的可方便拆解回收的超級電容的制作方法，包括如下步驟：

步驟1：將所述的碳電極材料1制成漿料2；用擠壓的方式，將其充填到集流體3的空隙中，形成電極材料與集流體的復合極片4，并通過輥壓的方式，使二者緊密接觸，形成輥壓復合極片5；

步驟2：將上述輥壓復合極片5焊接極耳9，用隔膜6分隔，多片組裝；

步驟3：將外殼7沖壓成型，上留氣體或液體通路10；將組裝好的極片封裝于外殼7中，經過脫水，脫氣與老化步驟，注入電解液8后，封裝，形成電容器產品；

步驟4：正常使用時，氣體或液體通路(10外接閥，定期將超級電容中產生的氣體排出，但不允許外界氣體或水分進入超級電容中。

所述的可方便拆解回收的超級電容的拆解回收方法，包括如下步驟：

步驟1：當超級電容需要拆解回收時，由外界經所述的氣體或液體通路(10，向超級電容中注入20-80℃的溶劑，注入量控制在電解液(8用量的1-2倍；將注入溶劑后的超級電容進行振蕩1-3小時，使溶劑能夠與電極材料(1與電解液(8充分混合；

步驟2：切換外界的管路，經所述的氣體或液體通路(10，將超級電容內部的由電極材料、電解液與溶劑組成的液固混合體在1-50kpa下抽出；

步驟3：重復上述步驟1與2共2-4次，將電容器內部所有的電極材料(1與電解液(8抽出；

步驟4：將抽出的液固混合體進行過濾，回收電極材料顆粒；將除去電極材料的液體即溶劑與電解液進行蒸餾，得到純的電解液與純的溶劑，實現循環使用；

步驟5：將除去電極材料(1與電解液(2，并用溶劑沖洗干凈的外殼(7破拆；回收其中的隔膜(6、集流體(3及外殼材料，進行循環使用。

所述的溶劑，當使用水性電解液時，對應的溶劑為水；使用其他電解液時，對應的溶劑為乙醇、丙酮、甘油、甲醇、n-甲基吡咯烷酮nmp、氯仿、二甲基亞砜dmso、富馬酸二甲脂dmf、苯、甲苯或二甲苯。

本發明和現有技術相比，具有如下優點：

1)采用多孔金屬集流體，將電極材料充填于其空隙中，通過輥壓，可在不用粘接劑的前提下，保證二者有效接觸(內阻低)，電極材料的裝填密實程度高，器件的體積能量密度高。

2)在需要拆解回收時，通過外殼氣體或液體通道，注入過量溶劑，將原復合極片溶脹，然后通過抽真空的方法，利用電極材料顆粒粒度小的特點，可方便地將內部的電極材料、電解液一起抽出。使電極材料與電解液的回收率提高了30-50％。

3)抽出電極材料與電解液后的電容器，僅剩下非常干凈的集流體、隔膜與外殼，也使得這三樣材料的回收率提高了10-30％。

附圖說明

圖1為可方便拆解回收的超級電容器的制作方法示意圖。

圖2可方便拆解回收的超級電容器的拆解回收方法示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例(包括但不限于如下實施例)，對本發明作進一步的詳細描述。

實施例1

如圖1所示，將所述的電極材料1(碳納米管，粒徑30微米)按照常規方法制成漿料2；用擠壓的方式，將其充填到金屬的集流體3(鋁，空隙尺寸是電極材料最大粒徑的10倍)的空隙中，形成電極材料與集流體的復合極片4，并通過輥壓的方式，使其二者緊密接觸，形成輥壓復合極片5。將輥壓復合極片5焊接極耳9，用隔膜6分隔，多片組裝。將鋁塑膜的外殼7沖壓成型，上留氣體或液體通路10。將組裝好的極片封裝于外殼7的殼體中，經過脫水，脫氣與老化步驟，注入電解液8(離子液體)后，封裝，形成電容器產品。正常使用時，氣體或液體通路10外接閥，定期將超級電容器中產生的氣體排出，但不允許外界氣體或水分等進入電容器中。

如圖2所示，當超級電容器需要拆解回收時，由外界經所述的氣體或液體通路10，向超級電容器中注入80℃的溶劑(甲苯)，注入量控制在電解液8用量的1-2倍。將注入溶劑后的電容器進行振蕩2.5小時，使溶劑能夠與電極材料1與電解液8充分混合。切換外界的管路，經所述的氣體或液體通路10，將電容器內部的液固混合體(電極材料、電解液與溶劑)在1kpa下抽出。重復上述步驟共2-4次，可將電容器內部所有的電極材料1與電解液8抽出。將抽出的液固混合體，進行過濾回收電極材料顆粒。將除去電極材料的液體(溶劑與電解液)，進行蒸餾，得到純的電解液與純的溶劑，實現循環使用。將除去電極材料與電解液，并用溶劑沖洗干凈的電容器外殼破拆。回收其中的隔膜6、集流體3及外殼材料(7及9，10)，進行循環使用。

實施例2

如圖1所示，將所述的電極材料1(氧化錳與石墨烯，質量分數為1:1，粒徑0.1微米)按照常規方法制成漿料2；用擠壓的方式，將其充填到金屬的集流體3(鉑，空隙尺寸是電極材料最大粒徑的50倍)的空隙中，形成電極材料與集流體的復合極片4，并通過輥壓的方式，使其二者緊密接觸，形成輥壓復合極片5。將輥壓復合極片5焊接極耳9，用隔膜6分隔，多片組裝。不銹鋼殼的外殼7沖壓成型，上留氣體或液體通路10。將組裝好的極片封裝于外殼7的殼體中，經過脫水，脫氣與老化步驟，注入電解液8(koh水性電解液)后，封裝，形成電容器產品。正常使用時，氣體或液體通路10外接閥，定期將超級電容器中產生的氣體排出，但不允許外界氣體或水分等進入電容器中。

如圖2所示，當超級電容器需要拆解回收時，由外界經所述的氣體或液體通路10，向超級電容器中注入20-80℃的溶劑(水)，注入量控制在電解液8用量的1.8倍。將注入溶劑后的電容器進行振蕩2小時，使溶劑能夠與電極材料1與電解液8充分混合。切換外界的管路，經所述的氣體或液體通路10，將電容器內部的液固混合體(電極材料、電解液與溶劑)在50kpa下抽出。重復上述步驟共3次，可將電容器內部所有的電極材料1與電解液8抽出。將抽出的液固混合體，進行過濾回收電極材料顆粒。將除去電極材料的液體(溶劑與電解液)，進行蒸餾，得到純的電解液與純的溶劑，實現循環使用。將除去電極材料與電解液，并用溶劑沖洗干凈的電容器外殼破拆。回收其中的隔膜6、集流體3及外殼材料(7及9，10)，進行循環使用。

實施例3

如圖1所示，將所述的電極材料1(活性炭、石墨烯、納米碳纖維，質量比為1:0.2:0.5，粒徑20微米)按照常規方法制成漿料2；用擠壓的方式，將其充填到金屬的集流體3(銅，，空隙尺寸是電極材料最大粒徑的40倍)的空隙中，形成電極材料與集流體的復合極片4，并通過輥壓的方式，使其二者緊密接觸，形成輥壓復合極片5。將輥壓復合極片5焊接極耳9，用隔膜6分隔，多片組裝。將銅的外殼7沖壓成型，上留氣體或液體通路10。將組裝好的極片封裝于外殼7的殼體中，經過脫水，脫氣與老化步驟，注入電解液8(有機電解液)后，封裝，形成電容器產品。正常使用時，氣體或液體通路10外接閥，定期將超級電容器中產生的氣體排出，但不允許外界氣體或水分等進入電容器中。

如圖2所示，當超級電容器需要拆解回收時，由外界經所述的氣體或液體通路10，向超級電容器中注入60℃的溶劑(nmp)，注入量控制在電解液8用量的1.5倍。將注入溶劑后的電容器進行振蕩1小時，使溶劑能夠與電極材料1與電解液8充分混合。切換外界的管路，經所述的氣體或液體通路10，將電容器內部的液固混合體(電極材料、電解液與溶劑)在10kpa下抽出。重復上述步驟共4次，可將電容器內部所有的電極材料1與電解液10抽出。將抽出的液固混合體，進行過濾回收電極材料顆粒。將除去電極材料的液體(溶劑與電解液)，進行蒸餾，得到純的電解液與純的溶劑，實現循環使用。將除去電極材料與電解液，并用溶劑沖洗干凈的電容器外殼破拆。回收其中的隔膜6、集流體3及外殼材料(7及9，10)，進行循環使用。

實施例4

如圖1所示，將所述的電極材料1(碳納米管與納米碳纖維，石墨烯，質量比為1：1:1，粒徑10微米)按照常規方法制成漿料2；用擠壓的方式，將其充填到金屬的集流體3(鋁-鎳，空隙尺寸是電極材料最大粒徑的30倍)的空隙中，形成電極材料與集流體的復合極片4，并通過輥壓的方式，使其二者緊密接觸，形成輥壓復合極片5。將輥壓復合極片5焊接極耳9，用隔膜6分隔，多片組裝。將鋁的外殼7沖壓成型，上留氣體或液體通路10。將組裝好的極片封裝于外殼7的殼體中，經過脫水，脫氣與老化步驟，注入電解液8(復合電解液，離子液體加碳酸丙烯酯)后，封裝，形成電容器產品。正常使用時，氣體或液體通路10外接閥，定期將超級電容器中產生的氣體排出，但不允許外界氣體或水分等進入電容器中。

如圖2所示，當超級電容器需要拆解回收時，由外界經所述的氣體或液體通路10，向超級電容器中注入30℃的溶劑(dmso)，注入量控制在電解液8用量的1倍。將注入溶劑后的電容器進行振蕩3小時，使溶劑能夠與電極材料1與電解液8充分混合。切換外界的管路，經所述的氣體或液體通路10，將電容器內部的液固混合體(電極材料、電解液與溶劑)在5kpa下抽出。重復上述步驟共4次，可將電容器內部所有的電極材料1與電解液8抽出。將抽出的液固混合體，進行過濾回收電極材料顆粒。將除去電極材料的液體(溶劑與電解液)，進行蒸餾，得到純的電解液與純的溶劑，實現循環使用。將除去電極材料與電解液，并用溶劑沖洗干凈的電容器外殼破拆。回收其中的隔膜6、集流體3及外殼材料(7及9，10)，進行循環使用。

實施例5

如圖1所示，將所述的電極材料1(碳納米管與氧化鎳，氧化釕，氧化釩，氧化鐵，石墨烯，質量比為1：0.6:1:0.5:4:2，粒徑25微米)按照常規方法制成漿料2；用擠壓的方式，將其充填到金屬的集流體3(銅-鎳，空隙尺寸是電極材料最大粒徑的24倍)的空隙中，形成電極材料與集流體的復合極片4，并通過輥壓的方式，使其二者緊密接觸，形成輥壓復合極片5。將輥壓復合極片5焊接極耳9，用隔膜6分隔，多片組裝。將鋁塑膜的外殼7沖壓成型，上留氣體或液體通路10。將組裝好的極片封裝于外殼7的殼體中，經過脫水，脫氣與老化步驟，注入電解液8(koh水性電解液)后，封裝，形成電容器產品。正常使用時，氣體或液體通路10外接閥，定期將超級電容器中產生的氣體排出，但不允許外界氣體或水分等進入電容器中。

如圖2所示，當超級電容器需要拆解回收時，由外界經所述的氣體或液體通路10，向超級電容器中注入20℃的溶劑(水)，注入量控制在電解液8用量的2倍。將注入溶劑后的電容器進行振蕩1小時，使溶劑能夠與電極材料1與電解液8充分混合。切換外界的管路，經所述的氣體或液體通路10，將電容器內部的液固混合體(電極材料、電解液與溶劑)在20kpa下抽出。重復上述步驟共2次，可將電容器內部所有的電極材料1與電解液8抽出。將抽出的液固混合體，進行過濾回收電極材料顆粒。將除去電極材料的液體(溶劑與電解液)，進行蒸餾，得到純的電解液與純的溶劑，實現循環使用。將除去電極材料與電解液，并用溶劑沖洗干凈的電容器外殼破拆。回收其中的隔膜6、集流體3及外殼材料(7及9，10)，進行循環使用。