一體化電極及制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及蓄電池領域，尤其是一種一體化電極及制造方法。
【背景技術】
[0002]電動汽車采用電能驅動，與燃油汽車相比，節能環保，是一種具有很大發展前景的新能源汽車;鋰離子電池相對于鉛酸電池和鎳氫電池，雖然具有較高的比能量和循環壽命，但是大容量鋰離子電池在多次充、放電后，會出現電池不可逆的容量衰減，大幅縮短使用壽命，甚至出現安全問題，因此，單獨應用鋰離子電池難以滿足電動大巴或混合動力大巴對動力電池的要求；由薄液層超級電容器或者釩離子電池與鉛酸電池或鎳氫電池或鋰離子電池等組成的復合電源可以很好滿足電動大巴或混合動力大巴對動力電池的需求;電極是薄液層超級電容器或釩離子電池的關鍵部件；電極包括復合集流體和多孔電極；中國專利申請號CN201410553033.9的發明公開了一種耐腐蝕高導電性的贗電式超級電容器用復合集流體及其制備方法，復合集流體包括基材，所述基材的單面或者雙面涂覆有導電粘結過渡層，導電粘結過渡層上粘接有導電防腐層。導電防腐層即導電聚合物膜。多孔電極的結構可從中國專利申請號CN201410632296.9的發明公開的一種高孔隙率高電導率多孔電極、其批量制造工藝及采用該多孔電極的贗電式超級電容器獲得了解。傳統電極的復合集流體和多孔電極分開設置并在裝配時堆疊在一起，存在裝配不方便且復合集流體和多孔電極之間的接觸電阻大的不足，因此，設計一種裝配方便且復合集流體和多孔電極連接質量穩定的一體化電極及制造方法，成為亟待解決的問題。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了克服目前的電極的復合集流體和多孔電極分開設置并在裝配時進行堆疊，存在裝配不方便且復合集流體和多孔電極之間的接觸電阻大的不足，提供一種裝配方便且復合集流體和多孔電極連接質量穩定的一體化電極及制造方法。
[0004]本發明的具體技術方案是:
一種一體化電極，包括:復合集流體和多孔電極;復合集流體包括:基材，基材的單面或雙面涂覆的導電粘結過渡層，導電粘結過渡層上連接的導電聚合物膜;所述的多孔電極與導電聚合物膜通過設于位于多孔電極和導電聚合物膜之間的導電碳漿層連接，或多孔電極與導電聚合物膜連接。該一體化電極裝配方便且復合集流體和多孔電極連接質量穩定。
[0005]所述的一體化電極的制造方法，(I)將多孔電極置于模具的定位凹陷中；(2)在復合集流體的導電聚合物膜表面涂10μπι~50μπι厚的導電碳漿層；(3)將涂有導電碳漿層的復合集流體置于多孔電極上，導電碳漿層朝向多孔電極；(4)對多孔電極上端施加0.2MPa?
0.6MPa的壓力，保壓時間5 s?20s; (5)將通過導電碳漿層連接成一體的復合集流體和多孔電極從模具中取出，置于40?60°C的加熱箱中12 h?24h，制成一體化電極;或(I)將多孔電極置于模具的定位凹陷中；(2)在復合集流體的導電聚合物膜表面涂10μπι~50μπι厚的導電碳漿層；(3)將涂有導電碳漿層的復合集流體置于多孔電極上，導電碳漿層朝向多孔電極；(4)對多孔電極上端施加0.2MPa?0.6MPa的壓力，同時將模具加熱至60°0120°C，保壓5min?60min，導電碳漿層固化；(5)將通過導電碳漿層連接成一體的復合集流體和多孔電極從模具中取出，即得一體化電極。一體化電極的制造方法能滿足復合集流體和多孔電極制成一體化電極的需要。
[0006]作為優選，所述的導電碳漿層按重量份計，由2?3重量份導電組分、2?4重量份粘結劑組分、4?6重量份分散劑組分混合制成。導電碳漿層導電性好、粘結強度高。
[0007]作為優選，所述的導電組分選自活性炭、活性炭纖維、碳短切纖維、碳纖維粉、碳納米管、石墨、乙炔黑、石墨烯、富勒烯C60、炭黑、聚苯胺、聚吡咯、PEDOT中的一種或幾種;粘結劑組分選自環氧樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸樹脂、乙酸-醋酸乙烯樹脂、聚氨酯中的一種或幾種;分散劑組分選自苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、N-甲基吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸中的一種或者幾種。導電碳漿層導電組分、粘結組分和分散劑組分選用的材料為常用材料，成本低且效果好。
[0008]作為優選，所述的基材選擇金屬箔、金屬網、金屬板柵、金屬沖孔網、金屬絲編織網中的一種，基材的厚度為0.0 Imm?2mm。基材選擇的材料兼顧導電性和強度。
[0009]所述的一體化電極的制造方法的模具，其特征是，所述的模具包括:圍框，底板，上端設有定位凹陷的下活動板，上活動板和設有加熱器的上壓板；下活動板下端設有至少一個導孔;底板的上端設有個數與導孔個數相同的導柱;使用時，底板、下活動板、上活動板、上壓板從下至上依次排列；圍框位于底板和上壓板之間且套設在下活動板和上活動板外。用于一體化電極的制造方法的模具能滿足復合集流體和多孔電極通過通過固化的導電碳漿層連接成一體一體化電極的需要；圍框、下活動板和上活動板可以根據一體化電極的不同規格調換。
[0010]所述的一體化電極的制造方法，其特征是，(I)將復合集流體加熱至160°0180°C;
(2)將多孔電極置于復合集流體的導電聚合物膜上；(3)對多孔電極施加0.1MPa-0.4MPa壓力并保壓5 s~10s，多孔電極嵌入導電聚合物膜連接；(4)將連接成一體的多孔電極和復合集流體冷卻，制成一體化電極;或(I)將多孔電極置于復合集流體的導電聚合物膜上，(2)將復合集流體加熱至160°0180°C;(3)對多孔電極施加0.110^~0.410^壓力并保壓5 s?10s，多孔電極嵌入導電聚合物膜連接;(4)將連接成一體的多孔電極和復合集流體冷卻，制成一體化電極。一體化電極的制造方法能滿足復合集流體和多孔電極制成一體化電極的需要。
[0011]作為優選，所述的導電聚合物膜按重量份計，導電聚合物膜由I?6重量份導電劑、I?2重量份防腐粘結劑和60?70重量份溶劑混合制成。導電聚合物膜具有良好的導電性、耐強酸性和耐強氧化還原性。
[0012]作為優選，所述的導電劑選自活性炭、活性炭纖維、短切碳纖維、碳纖維粉、碳納米管、石墨、乙炔黑、石墨烯、富勒烯C60、炭黑、聚苯胺、聚吡咯、PEDOT中的一種或幾種;防腐粘結劑選自乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯中的一種或幾種;溶劑為乙酸正戊酯。導電聚合物膜的導電劑、防腐粘結劑和溶劑選用的材料為常用材料，成本低且效果好。
[0013]—種薄液層超級電容器或者乏液型釩離子電池，包括權利要求1所述的一體化電極;所述的一體化電極由權利要求2或3或7或8所述的一體化電極的制造方法制成。
[0014]與現有技術相比，本發明的有益效果是:該一體化電極裝配方便且復合集流體和多孔電極連接質量穩定。一體化電極的制造方法能滿足復合集流體和多孔電極制成一體化電極的需要。導電碳漿層按重量份計，由2?3重量份導電組分、2?4重量份粘結劑組分、4~6重量份分散劑組分混合制成，導電碳漿層導電性好、粘結強度高。導電碳漿層導電組分、粘結組分和分散劑組分選用的材料為常用材料，成本低且效果好。采用該配方的導電碳漿，在保證涂覆工藝順利進行的同時，還能保證多孔電極與導電聚合物膜之間的粘結強度，以及電極的大電流充放電需求。基材選擇的材料兼顧導電性和強度。用于一體化電極的制造方法的模具能滿足復合集流體和多孔電極通過通過固化的導電碳漿層連接成一體一體化電極的需要；圍框、下活動板和上活動板可以根據一體化電極的不同規格調換。導電聚合物膜按重量份計，導電聚合物膜由I?6重量份導電劑、I?2重量份防腐粘結劑和60?70重量份溶劑混合制成，導電聚合物膜具有良好的導電性、耐強酸性和耐強氧化還原性。導電聚合物膜的導電劑、防腐粘結劑和溶劑選用的材料為常用材料，成本低且效果好;采用該配方的導電聚合物漿料，在保證涂覆工藝順利進行的同時，還能保證多孔電極與導電聚合物膜之間的粘結強度，以及電極的大電流充放電需求。包括所述的一體化電極及由所述的一體化電極的制造方法制成的薄液層超級電容器或者乏液型釩離子電池裝配方便和一體化電極質量穩定，且降低了電芯的裝配難度。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的模具、導電碳漿層、復合集流體和多孔電極的一種結構示意圖。
[0016]圖中:多孔電極1、復合集流體2、基材21、導電粘結過渡層22、導電聚合物膜23、導電碳漿層3、模具4、定位凹陷41、圍框42、底板43、下活動板44、上活動板45、加熱器46、上壓板47、導孔48、導柱49。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖所示對本發明進行進一步描述。
[0018]實施例1，如附圖1所示:一種一體化電極，包括:復合集流體2和多孔電極I;復合集流體2包括:基材21，基材21的雙面涂覆的導電粘結過渡層22，導電粘結過渡層22上粘接的導電聚合物膜23;所述的多孔電極I與導電聚合物膜23通過設于位于多孔電極I和一個導電聚合物膜23之間的導電碳漿層3粘接。
[0019]所述的一體化電極的制造方法，(I)將多孔電極I置于模具4的定位凹陷41中；(2)在復合集流體2的導電聚合物膜23表面涂一層30μπι厚的導電碳漿層3; (3)將涂有導電碳漿層3的復合集流體2置于多孔電極I上，導電碳漿層3朝向多孔電極I ;(4)對多孔電極I上端施加0.4MPa的壓力，保壓時間15s; (5)將通過導電碳漿層3粘接成一體的復合集流體2和多孔電極I從模具中取出，置于50 °C的加熱箱中18h，制成一體化電極;或(I)將多孔電極I置于模具的定位凹陷中；(2)在復合集流體2的導電聚合物膜23表面涂一層30μπι厚的導電碳漿層3;
(3)將涂有導電碳漿層3的復合集流體2置于多孔電極I上，導電碳漿層3朝向多孔電極I; (4)對多孔電極I上端施加0