专利名称：大容量软包装有机超电容制作方法
技术领域：
本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种大容量软包装有机超电 容制作方法。
背景技术：
^级电容器(S叩ercapacitor或pltra capacitor)又称超大容量电容器或者 电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的一种新型储能器件。与传统 电容器相比，超级电容器具有容量更大以及能量密度更高，其容量可达法拉 (F)甚至数千法拉，而传统电容器只有微法(pF)级；与电池相比，超级 电容器具有更高的功率密度和更长的循环寿命，可实现大电流充放电，工作
温度范围可达-40 +75'C，己成为世界各国研究开发的热点。
超级电容器储存电荷的能力强，并具有充放电速度快、效率高、对环境 无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。因其具有高比功 率、大电容和循环寿命长等特点，在航空航天、军工领域、汽车行业、通信 领域、仪器仪表、消费电子、电动玩具等领域具有广阔的应用前景。
按照电解液分类，超级电容器可以分为无机型超级电容器和有机型超级 电容器两大类。前者一般以水为溶剂，硫酸或氢氧化钾为电解质，单体工作 电压低(只有1.5V左右)，且有较强的腐蚀性；后者一般以碳酸乙烯脂、碳 酸丙烯脂等为溶剂、四氟硼酸四乙基铵为电解质，单体工作电压高(达2.5V 以上)，储能密度高，是超级电容器今后的发展趋势。
按照采用的外壳分类，超级电容器有金属壳和铝塑膜(即软包装)两大 类。由于金属壳重量较大，比能量和比功率相对较低，所以近年来铝塑膜有 机型超级电容器的用量在不断增加。但是，目前市场上广泛使用的铝塑膜有 机型超级电容器的单体容量一般在500F以下，放电比功率只有4500w/kg以下，难以满足大容量高功率的使用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大容量软包装有机超电容制作方法，以满足 大容量高功率使用要求，且便于制造、可靠性高。
为实现上述目的，本发明提供一种由正负极片、隔膜、电解液、极耳、 铝塑膜外壳等组成的大容量软包装有机超电容的制作方法，其中正负极片采 用叠片式工艺技术，具体步骤如下以活性炭作为主要活性物质、以腐蚀铝 箔或光面铝箔作为集流体制成正负极片，然后将涂有活性物质的正负极片和 隔膜逐个叠加制成极群并引出极耳，以铝塑膜作为外壳，注入电解液后，制 成单体大容量软包装有机超电容。
本发明将以活性炭作为主要活性物质的正负极浆料涂覆在电极基体上制 成正负极片，然后将正负极片和隔膜逐个叠加制成极群，再将极群装入铝塑 膜外壳中并引出极耳，最后向铝塑膜外壳中注入电解液，即制成单体有机超 电容。极群的叠片采用正极片、负极片和隔膜逐个叠加的方式，具体如正极 片、隔膜、负极片、隔膜……，以此循环到最后一个极片，或者采用负极片、 隔膜、正极片、隔膜……，以此循环到最后一个极片。
其中活性炭采用竹碳或椰壳碳制作。
电极基体(即集流体)采用腐蚀性铝箔或光面铝箔，电极基体的厚度为 15 50pm，极耳采用铝片、镍片或铝镍片，其宽度为60mm~ 150mm，输出 方式为两端或同侧输出。
正负极活性物质中活性炭的含量为60~92wt.%，导电炭黑的含量为 2~7wt,%， LA132、 PVDF或PTFE的含量为0.2~5wt.%， CMC的含量为1~3 wt.% (各组分之和满足100%)。
上述各活性物质加入适量水或NMP混合成正负极浆料，然后涂覆在电 极基体上，涂覆至极片的单面厚度达到65 100^im即可。制作正负极浆料时 一般先将活性炭和导电炭黑干混，再加入由水或NMP混合而成的其他物质， 搅拌至适合涂覆的粘度。也可以将所有成分加入水或NMP —起混合搅拌至适合涂覆的粘度。
电极基体上涂覆后烘干，然后将极片分切成需要的尺寸，并冲切或焊接 极耳。
隔膜采用PP膜、PE膜或PP/PE膜。
正负极片采用叠片式工艺技术，即将正负极片和隔膜逐步叠加制成极 群。正负极片的数目可以根据需要的具体超级电容器的参数决定，叠片没有 固定的数目要求，主要在于极片的尺寸大小，极片越大数量越少；本发明的 实施例中采用正负极片各40片即可达到单体容量4000F。本发明通过叠片式
工艺技术和宽极耳结构设计以及其他工艺的配合可以使超电容具有高峰值比 功率，其峰值比功率可达到9600w/kg以上。
电解液中电解质采用四氟硼酸四乙基铵或四氟硼酸甲基三乙基铵中的 一种或两种，溶剂一般采用碳酸乙烯脂和碳酸二乙脂。电解质的用量可以从 其浓度和注液量的总量中进行换算，其余则为溶剂的用量；复合溶剂之间的 用量关系一般采用等比例法。
本发明以铝塑膜作为外壳，目前超级电容器基本采用金属铝壳，本发明 采用铝塑膜包装制作超电容可以明显减轻其重量，提高比功率；采用叠片式 而不是巻绕式工艺制作极群，可以明显降低内阻，提高比功率。
本发明采用宽极耳，可以提高单体放电电流，进而提高比功率，有机超 电容峰值比功率可以达到8000w/kg以上;极群巻绕式工艺很难制作大容量超 电容， 一般在500F以下；而本发明采用叠片式制作,则可以制作单体容量 4000F以上的大容量的单体超电容。
具体实施方式
实施例1
将87wt。/。活性炭、8wt。/。导电炭黑干混l~2h，同时将5wt.。/。 PVDF、适 量NMP在另一个容器中混合2~3h，然后将PVDF和NMP的混合物倒入活 性炭与导电炭黑的混合物中继续搅拌5 6h，在达到所需粘度后停止搅拌。将 混好的混合物涂覆在厚度为30pm的腐蚀铝箔上，控制极片单面厚度为80nm，烘干后将极片分切成160mm (W) *270mm (L)的尺寸，并在270mm 长度方向上冲切出80mm (W) *80mm (L)极耳，作为正极片。
将85wt。/。活性炭、7wt。/。导电炭黑干混l~2h，同时将5wt.。/。 LA132、 3 wt.% CMC以及适量的水在另一个容器中混合2~3h，然后将LA132、 CMC 的混合物倒入活性炭与导电炭黑的混合物中继续搅拌5~6h，在达到所需粘度 后停止搅拌。将混好的混合物涂覆在厚度为30pm的腐蚀铝箔上，控制极片 单面厚度为80jim，烘干后将极片分切成162mm (W) *272mm (L)的尺寸， 并在272mm长度方向上冲切出80mm (W) *80mm (L)极耳，极耳的位置 与正极片的极耳交错，极耳间距控制在50mm，作为负极片。
采用单层PP膜作为隔膜，取冲切好的正负极片各40片按照正极片、隔 膜、负极片、隔膜的方式逐步叠加后，用高温胶带固定隔膜的末端，作为极 群；然后将极群封装入铝塑膜外壳中，引出极耳采用铝镍片，同侧输出(见
图1)。
采用1.Omol/L的四氟硼酸四乙基铵作为电解质、碳酸乙烯脂和碳酸二乙 酯为溶剂，注液量控制在185g，即可制成容量为4000F的单体有机超电容， 其峰值比功率在8700w/kg以上。 实施例2
将87wt。/。活性炭、8wty。导电炭黑、5wt.%PTFE、适量水混合5 6h，达 到所需粘度后停止搅拌。将混好的混合物涂覆在厚度为30pm的光面铝箔上， 控制极片单面厚度为150pm，烘干后将极片分切成120mm (W) *200mm (L) 的尺寸，并在200mm长度方向上冲切出60mm (W) *60mm (L)极耳，作 为正极片。
将85wt。/。活性炭、7wt.。/。导电炭黑干混l~2h，同时将5wt.% LA132、 3 wt.% CMC以及适量水在另一个容器中混合2 3h，然后将LA132、 CMC的 混合物倒入活性炭与导电炭黑的混合物中继续搅拌5~6h，在达到所需粘度后 停止搅拌。将混好的混合物涂覆在厚度为30pm的光面铝箔上，控制极片单 面厚度为150jim，烘干后将极片分切成122mm (W) *202mm (L)的尺寸，并在202mm长度方向上冲切出60mm (W) *60mm (L)极耳，极耳的位置 与正极片的极耳交错，极耳间距控制在50mm，作为负极片。
采用单层PP和PE复合膜作为隔膜，取冲切好的正负极片各40片按照 正极片、隔膜、负极片、隔膜的方式逐步叠加后，用高温胶带固定隔膜的末 端，作为极群；然后将极群封装入铝塑膜外壳中，引出极耳采用铝片，同侧 输出(见图1)。'
采用1.Omol/L的四氟硼酸四乙基铵作为电解质、碳酸乙烯脂和碳酸二乙 酯为溶剂，注液量控制在195g，即可制成容量为4000F的单体有机超电容， 其峰值比功率在8000w/kg以上。 实施例3
将87wt。/。活性炭、8wty。导电炭黑干混l~2h，同时将5wty。 PVDF、适 量NMP在另一个容器中混合2~3h,然后将PVDF和NMP的混合物倒入活 性炭与导电炭黑的混合物中继续搅拌5 6h，在达到所需粘度后停止搅拌。将 混好的混合物涂覆在厚度为30pm的腐蚀铝箔上，控制极片单面厚度为 120)im，烘干后将极片分切成150mm (W) *200mm (L)的尺寸，并冲切出 100mm (W) *100mm (L)极耳，作为正极片。
将85wt。/。活性炭、7wt /。导电炭黑干混l~2h，同时将5wt.% LA132、 3 wt.% CMC以及适量水在另一个容器中混合2 3h，然后将LA132、 CMC的 混合物倒入活性炭与导电炭黑的混合物中继续搅拌5 6h，在达到所需粘度后 停止搅拌。将混好的混合物涂覆在厚度为30pm的腐蚀铝箔上，控制极片单 面厚度为120pm，烘干后将极片分切成152mm (W) *202mm (L)的尺寸， 并冲切出100mm (W) *100mm (L)极耳，作为负极片。
采用单层PP膜作为隔膜，取冲切好的正负极片各40片按照正极片、隔 膜、负极片、隔膜的方式逐步叠加后，用高温胶带固定隔膜的末端，作为极 群；然后将极群封装入铝塑膜外壳中，引出极耳采用铝镍片，两端输出(见 图2)。
采用l.Omol/L的四氟硼酸四乙基铵作为电解质、碳酸乙烯脂和碳酸二乙酯为溶剂，注液量控制在l卯g，即可制成容量为4000F的单体有机超电容， 其峰值比功率在9600w/kg以上。
权利要求
1、一种大容量软包装有机超电容制作方法，其特征在于以活性炭作为主要活性物质、以腐蚀铝箔或光面铝箔作为集流体制成正负极片，然后将涂有活性物质的正负极片和隔膜逐个叠加制成极群并引出极耳，以铝塑膜作为外壳，注入电解液后，制成单体大容量软包装有机超电容。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的集流体的厚度为15 50ijjti。
3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于正负极活性物质中活性炭 的含量为60 92wt.%，导电炭黑的含量为2~7wt.°/。， LA132、 PVDF或PTFE 的含量为0.2~5wt.%， CMC的含量为1~3 wt.%。
4、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于活性物质采用水或NMP制 成正负极浆料。
5、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的隔膜为PP膜、PE 膜或PP/PE膜。
6、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的极耳采用铝片、镍 片或铝镍片中的一种或两种。
7、 根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于所述的极耳的宽度为 60mm~ 150mm。
8、 根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于所述的极耳的输出方 式为两端或同侧输出。
9、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于电解液中的电解质采用四 氟硼酸四乙基铵或四氟硼酸甲基三乙基铵中的一种或两种。
10、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于电解液中电解质的溶剂采 用碳酸乙烯脂和碳酸二乙脂。
全文摘要
本发明公开了一种大容量软包装有机超电容制作方法，以活性炭作为主要活性物质、以腐蚀铝箔或光面铝箔作为集流体制成正负极片，然后将涂有活性物质的正负极片和隔膜逐个叠加制成极群并引出极耳，以铝塑膜作为外壳，注入电解液后，制成单体大容量软包装有机超电容。本方法得到的有机超电容，其单体容量可以达到4000F以上，峰值比功率可以达到8000w/kg以上。
文档编号H01G9/155GK101656155SQ200910183500
公开日2010年2月24日 申请日期2009年9月22日 优先权日2009年9月22日
发明者佘沛亮, 张海林, 黎彬兴 申请人:南京双登科技发展研究院有限公司