专利名称：：一种超级电容器电极用粘结剂的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种超电容器电极用粘结剂的组成。
背景技术：
：在超级电容器的生产制备中，极片的制作方法通常是将活性物质、粘结剂以及导电剂、溶剂等混合匀浆后涂布于集流体上。超级电容器活性物质主要是活性炭材料，由于活性炭颗粒小、具有超大的比表面积、低振实密度，使得其与集流体的粘结效果较差。通常的解决办法是增加粘结剂的用量。而传统的粘结剂是单一分子量的粘结剂，这种单一分子量粘结剂有如下不足当分子量低时，粘结强度不高，而分子量高时，结晶度不高，会造成粘度增大，阻滞润湿和扩散，如果增加粘结剂在电极浆料中的含量，反过来会降低电极的加工性能，增加电容器制作的控制难度，同时增加粘结剂含量，势必降低活性物质含量，影响超级电容器的容量。因此，寻求合适的分子量分布及组合的粘结剂对超级电容器电极的制备至关重要。
发明内容本发明要解决的技术问题是克服现有单一分子量粘结剂的不足之处，提供一种粘结附着力高，润湿和分散性好的粘结剂，由该粘结剂制备的电极浆料综合性能好，进而使制作的超级电容器电极极片的粘结强度、柔韧性、压实密度得以提高。为了实现上述目的，本发明在借鉴传统超级电容器的制备方法的基础上，用合适分子量部分及组合的粘结剂取代目前超级电容器电极制备过程中单一的粘结剂，特别地，同时使用两种或两种以上不同分子量大小的粘结剂，即本发明的超级电容器电极用粘结剂，采用分子量不同的低分子量粘结剂和高分子量粘结剂，其中低分子量粘结剂的重均分子量为1万40万，高分子量粘结剂的重均分子量大于40万。电极的具体制备方法是将多孔的活性炭材料、导电剂、粘结剂、溶剂混合匀浆后涂布于集流体上。本发明用于制备超级电容器极片的活性涂层浆料所用的活性炭、导电剂、粘结剂其重量百分比含量为80%90%:5%10%:5%10%。用于制备超级电容器极片的活性涂层浆料的固含量18%30%之间。溶剂可以是水、丙酮、^甲基吡咯烷酮或者是丙酮和N-甲基吡咯烷酮的混合溶剂。多孔的活性炭材料可以使用一般碳电极所使用的各种活性炭，具体来说，所述活性炭可以是来自于木炭、椰壳炭、褐煤、锯屑等用水蒸汽、二氧化碳等气体活化或者用氯化锌等药品活化的产物，也可以来自于炭气凝胶、碳纳米管。其形状可以是粉末状，也可以是颗粒状，也可以是纤维状。导电剂可以使用乙炔黑、导电性碳黑、导电碳纤维、碳纳米管等。上述集流体由铝箔铝组成，而且最好是铝箔表面进行了粗面化处理。涂布方式采用当前较为成熟的辊涂工艺。本发明中所述低分子量粘结剂和高分子量粘结剂中的粘结剂选自聚乙烯、聚丙3烯、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚甲醛、聚氧化乙烯、明胶、聚丙烯酸、聚异丁烯、聚酯类或聚酰胺类高分子聚合物材料中的一种或几种，可以为任意两种或两种以上，也可以同时是其中的任意一种的不同分子量的组合。粘结剂优选选自聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯或聚四氟乙烯、聚丙烯酸类聚合物中的一种或几种。特别需要说明的是同时使用重均分子量不同的低分子量粘结剂及高分量粘结剂，即粘结剂采用重均分子量不同的低分子量粘结剂和高分子量粘结剂，该粘结剂可以是同一种，也可以是不同种类。所述低分子量粘结剂是指分子量1万40万的粘结剂，优选为5万40万，所述高分子量粘结剂是指分子量大于40万的粘结剂，优选为大于40万且不大于200万。所述低分子量粘结剂的质量比用量不超过粘结剂总用量的50%且大于0%，优选的占粘结剂总用量的20%30%，更优选的占粘结剂总用量的20%。目前使用的粘结剂多为链状结构、分子量的大小直接反映了链的长短，通过链上的官能团和溶剂或粉体材料表面的亲和性起粘结作用。粘结剂的分子量和分布显著影响粘结剂的粘结效果。低分子量的粘结剂结晶度高，可以降低本体粘度，有利于流动性和润湿，从而提高界面粘合力，但分子量低时，粘结剂内聚强度较差，剥离时易发生内聚破坏。高分子量粘结剂内聚强度较大，有利于提高粘结强度，但较大的分子量的粘结剂结晶度不高，会造成粘度增大，阻滞润湿和分散。发明人发现当采用特殊分子量分布的高低分子量粘结剂相结合的方式可以在二者(或多者)之间产生协同作用，在其他电极材料的配合下，进而影响到整个电极，给电极带来了良好的性能，如提高极片粘结强度、最大压实密度等。本发明的超级电容器极片的制作方法，在制备电极浆料时使用两种或两种以上不同分子量大小的粘结剂取代传统方法中的单一粘结剂。特别是采用分子量1万40万的低分子量粘结剂与分子量40万以上的高分子量粘结剂同时匹配使用。高分子量粘结剂提高高分子物理凝胶网络，提高"骨架强度"；低分子量因流动性较小，位阻较小，可以穿插于纳米颗粒之间，保证弥散均匀性。低分子量粘结剂用量不超过总粘结剂用量的50%(质量比)。由于采用了以上技术方案，本发明具备的有益效果在于本发明通过在电极均浆时匹配使用两种或两种以上不同分子量大小的粘结剂取代传统方法中的单一粘结剂，有效提高了涂布后的电极极片的附着力、粘结强度、提高极片的柔韧性，使极片不易开裂、掉粉，并有效提高压实密度，从而可有效提高超级电容器的容量和循环性能。具体实施例方式下面通过具体的实施例对本发明做进一步详细的描述。实施例1在进行超级电容器电极浆料的均浆时，以两种不同分子量的聚偏二氟乙烯为粘结剂，N-甲基吡咯烷酮为溶剂。电极浆料中活性炭导电炭粘结剂的比例为85%:7%:8%，浆料的固含量为30%。其中粘结剂分别选取分子量为35万和70万的两种聚偏二氟乙烯作为粘结剂，分别简称为粘结剂A和B，两种不同分子量的聚偏二氟乙烯粘结剂的使用质量比分别为io:o，7:3，5:5，3:7，2:8，i:9和o:io，两种粘结剂同时加入溶剂中搅拌溶解制胶后与活性炭、导电剂混合均浆并涂布在集流体上制备电极极片。测试上述比例所得极片的粘结强度和最大压实密度如表1所示。可见当低分子量粘结剂A在粘结剂总量中质量比不超过50X时极片的粘结效果和可加工性能更佳，特别是低分子量粘结剂A和高分子量粘结剂B的质量比为2:8时，极片的粘结效果和可加工性能最佳，且极片的柔韧性比单一分子量时明显改善。表1同时加入两种不同分子量聚偏氟乙烯粘结剂制片时测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>实施例2在进行超级电容器电极浆料的均浆时，以两种不同分子量的聚丙烯酸类聚合物为粘结剂，水为溶剂。电极浆料中活性炭导电炭粘结剂的比例为87%:8%:7%，浆料的固含量为26%。其中粘结剂分别选取分子分子量为30万和50万的两种聚丙烯酸类聚合物作为粘结剂，分别简称为粘结剂C和D，两种不同分子量的聚丙烯酸类聚合物粘结剂的使用质量比分别为io:o，7:3，5:5，3:7，2:8，i:9和o:io，两种粘结剂同时加入溶剂中搅拌溶解制胶后与粉料混合均浆并涂布在集流体上制备电极极片。测试上述比例所得极片的粘结强度和最大压实密度如表2所示。表2同时加入两种不同分子量聚丙烯酸类聚合物粘结剂制片时测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>c:d粘结强度(MPa)最大压实密度(mg/cm3)3:72.690.7202:82.760.7251:92.680.7200:102.660.711如实施例1，同样在实施例2中可以发现当低分子量粘结剂C在粘结剂总量中质量比不超过50X时极片的粘结效果和可加工性能更佳，特别是低分子量粘结剂C和高分子量粘结剂D的质量比为2:8时，极片的粘结效果和可加工性能最佳，且极片的柔韧性比单一分子量时明显改善。实施例3在进行超级电容器电极浆料的均浆时，以两种不同分子量的聚氧化乙烯为粘结剂，水为溶剂。电极浆料中活性炭导电炭粘结剂的比例为85%:7%:8%，浆料的固含量为22%。实验分为二组，空白实验取45万单分子量的聚氧化乙烯，对比试验取分子量分别为10万和45万且质量比为3:7的两种聚氧化乙烯，并且空白试验与对比试验中所用粘结剂的总量相等。将粘结剂加入溶剂中搅拌溶解制胶后与电极材料、导电剂等粉料混合均浆并涂布在集流体上制备电极极片。测试上述比例所得极片的粘结强度和循环性能如表3所示。表3极片的粘结强度和循环性能测试试验项目粘结强度(MPa)10，000次循环容量保持率空白试验2.4092.8%对比试验3.0096.3%实施例4在进行超级电容器电极浆料的均浆时，以不同分子量的两种聚四氟乙烯为粘结剂，水为溶剂。电极浆料中活性炭导电炭粘结剂的比例为85%:7%:8%，浆料的固含量为24%。实验分为二组，空白试验取110万单一分子量的聚四氟乙烯，对比试验取分子量分别为35万和110万且质量比为2:8的两种聚四氟乙烯，并且空白试验与对比试验中所用粘结剂的总量相等。将粘结剂与活性材料、导电剂等粉料进行干粉混合，再将溶剂加入干粉中捏合、切片、并将膜片压制于集流体上制备电极极片。极片的粘结强度和循环性能测试如表4所示。表4一种分子量与两种分子量的聚四氟乙烯试验结果对比6<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例5在进行超级电容器电极浆料的均浆时，对比试验以不同分子量的三种聚偏二氟乙烯为粘结剂，n-甲基吡咯烷酮为溶剂。电极浆料中活性炭导电炭粘结剂的比例为85%:7%:8%，浆料的固含量为28%。其中粘结剂分别选取分子量分别为35万，50万，75万且质量比为2:3:5的三种聚偏氟乙烯作为粘结剂。空白试验选取75万单一分子量的聚偏氟乙烯作粘结剂。空白试验与对比试验中所用粘结剂的总量相等。将粘结剂加入溶剂中搅拌溶解制胶后与电极材料、导电剂等粉料混合均浆并涂布在集流体上制备电极极片。当使用75万单一分子量的粘结剂时，涂布面密度达到或者超过10.4mg/cm2时，极片分切边缘和折痕区掉粉，粘结效果较差；而使用三种不同分子量的粘结剂匹配使用时，面密度为12.3mg/cm2，13.2mg/cm2，13.5mg/cm2，13.8mg/cm2时，粘结效果均良好。具体测试数据如表5所示。表5—种分子量与三种分子量的聚偏氟乙烯试验对比<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，经其他实验发现，在不同活性物质及用量的情况下，本发明的粘结剂均可以实现提高电极极片附着力、粘结强度、提高极片柔韧性、提高超级电容器的容量和循环性能等优点。对于本发明所属
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明构想的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为本发明的保护范围。权利要求一种超级电容器电极用粘结剂，其特征在于所述的粘结剂采用分子量不同的低分子量粘结剂和高分子量粘结剂，其中低分子量粘结剂的分子量为1万～40万，高分子量粘结剂的分子量大于40万。2.根据权利要求1所述的超级电容器用粘结剂，其特征在于所述的低分子量粘结剂的分子量为5万40万。3.根据权利要求1所述的超级电容器用粘结剂，其特征在于所述的高分子量粘结剂的分子量为大于40万且不大于200万。4.根据权利要求1所述的超级电容器用粘结剂，其特征在于所述的低分子量粘结剂的质量含量不超过粘结剂总质量的50%且大于0%。5.根据权利要求4所述的超级电容器电极的制作方法，其特征在于所述的低分子量粘结剂的质量含量占粘结剂总质量的20%30%。6.根据权利要求15任一所述的超级电容器用粘结剂，其特征在于低分子量粘结剂和高分子量粘结剂中的粘结剂选自聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚甲醛、聚氧化乙烯、明胶、聚丙烯酸、聚异丁烯、聚酯类或聚酰胺中的一种或几种。7.根据权利要求6所述的超级电容器用粘结剂，其特征在于低分子量粘结剂和高分子量粘结剂中的粘结剂选自聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯或聚四氟乙烯、聚丙烯酸类聚合物中的一种或几种。全文摘要本发明公开了一种超级电容器电极用粘结剂的组成。所述的粘结剂采用分子量不同的低分子量粘结剂和高分子量粘结剂，其中低分子量粘结剂的分子量为1万～40万，高分子量粘结剂的分子量大于40万。本发明通过在电极均浆时匹配使用两种或两种以上不同分子量大小的粘结剂取代传统方法中的单一粘结剂，有效提高了涂布后的电极极片的附着力、粘结强度、提高极片的柔韧性，使极片不易开裂、掉粉，并有效提高压实密度，从而可有效提高超级电容器的容量和循环性能。文档编号C09J127/18GK101709204SQ20091023234公开日2010年5月19日申请日期2009年12月8日优先权日2009年12月8日发明者张海林申请人:南京双登科技发展研究院有限公司