专利名称：一种超级电容器电极材料的预处理工艺及电极的制造方法
技术领域：
本发明涉及超级电容器的制造，具体地说是一种超级电容器的电极制造工艺方法，属于新能源技术领域。
背景技术：
在超级电容器作为一种新型储能装置，具有超级储电能力。在储能机理上，它是高度可逆的，寿命很长，可以千万次反复地充、放电，而且具有很大的电流，此外具有很宽的电压范围和工作温度范围。它兼具传统电容器的大电流快速充放电特性与电池的储能特性， 填补了普通电容器与电池之间的比能量与比功率空白，其放电比功率较蓄电池高近十倍， 弥补了铝电解电容器和可充电电池之间的技术缺口，同时又克服了两者的缺陷，既具有电池的能量贮存特性，又具有电容器的功率特性，它比传统电解电容器的能量密度高上千倍， 可达1000W/kg数量级，而漏电流小数千倍。具有高至数千法拉甚至上万法拉的超大电容量，储电能量大、时间长；能够瞬间释放数百至数千安培电流，大电流放电甚至短路也不会对其有任何影响；可充放电10万次以上而不需要任何维护和保养，寿命长达十年以上。可用于以极大电流瞬间放电的工作状态，而不易产生发热着火等现象；且充电时间很短，可在几秒之内完成，是一种理想的大功率二次电源。它可在极低温等极端恶劣的环境中使用，并且无环境污染。具有安全可靠、适用范围宽、绿色环保、易维护等特点，是改善和解决电能动力应用的突破性元器件。超级电容器电阻很小采取特别工艺措施，保证其ESR(等效串联电阻)远远小于其它电容器的ESR。具有动力储存性能的超级电容器很小的ESR，意味着高速率充放电情况下有很大的功率储存能力。超级电容器寿命超长超级电容器可以有成千上万次冲放电循环，而蓄电池只有几百次循环。超级电容器可以频繁地释放能量脉冲而不会有有害的后果，但蓄电池如果频繁地释放能量脉冲就会降低寿命。超级电容器安全可靠在其额定电压范围内可以任意充电至任意电压值，而放电时可以放出所储存的全部能量，失效开路，过电压不击穿，安全可靠。超级电容器充电快速可以快速充电和大电流充电，10秒钟内达到额定容量的 95% ；充电时间短；充放电能力强；对充放电电路要求简单。超级电容器的制造的核心技术之一是电极的制造，电极性能直接影响超级电容器的各项性能。目前，我国还未完全掌握高性能超级电容器的制造技术，产品性能与国外相比还有很大的差距，各生产厂家及研究单位还在大力研发中。超级电容器电极的制造主要是将电极材料粘结在金属集流体上，由于超级电容器的主要原料活性炭比表面积大的特点造成了粘结上的困难，其难点主要表现在活性炭颗粒与颗粒之间的粘结、活性炭与集流体表面的粘结。活性炭颗粒与颗粒之间粘结的不好会有掉料现象的发生，容易发生短路、容量减少、内阻及漏电流增大；活性炭与集流体粘结不牢会造成电极材料的脱落，容易发生失效、 内阻增大、性能不稳定及寿命短。如果为了增加粘结性能而增加粘结剂的用量，则所生产的超级电容器内阻大，且活性炭的容量不能正常发挥。因此，电极的粘结性能与超级电容器的电性能是互相矛盾的，既要保证电极的粘结性能，又要最大发挥超级电容器的电性能，所以要尽可能减少粘结剂的用量同时又要保证电极的粘结性能。而如果采用常规方法是无法达到这样目的的。
发明内容
在本发明的目的是弥补现有技术的不足，提供一种可以大规模生产超级电容器电极制造工艺方法，通过对原料的预处理，减少粘结剂的用量，所制造的电极具有粘结强度高、稳定性好、粘结剂用量少、工艺简单并适合大规模生产的特点。本发明解决上述问题所采用的技术方案为
一种规模化生产超级电容器电极的原料预处理工艺及电极的制造方法，共两种方案 方案一
a.将活性炭在水中进行分散2-3小时，采用高速搅拌机进行分散；
b.将一定量的粘结剂投入分散好的活性炭浆料中，继续搅拌1-2小时；
c.脱除浆料中的部分水分得到湿块状活性炭与粘结剂的混合物；
d.将活性炭与粘结剂混合物的湿块状混合物放入烘箱中烘干，烘干后变成硬块；
e.将活性炭与粘结剂混合物的硬块破碎成15um以下颗粒；
f.将含有活性炭与粘结剂的颗粒放入水中搅拌1-2小时；
g.放入一定量的粘结剂、导电剂及CMC水溶液，继续搅拌6-8小时；
h.按公知方法将上述步骤所制得的浆料均勻涂在金属集流体上并烘干。方案二
方案二与方案一的不同之处仅在于在a步骤中除了加入活性炭外还加入所需要的部分导电剂或全部导电剂。若在a步骤中加入部分导电剂则在g步骤中需加入剩余部分的导电剂；若在a步骤中加入全部导电剂则在g步骤中无需再加入导电剂。与现有技术相比，本发明方法的的有益效果体现在
1.通过对超级电容器电极材料的预处理，减少了粘结剂的用量，可最大程度的发挥电极材料的性能，最大程度的发挥了电极材料的容量，减少了电极的内阻。2.本发明所用的粘结剂均为水系粘结剂，且制备浆料的溶剂也为水，具有环保无污染的特点；
3.本发明采用涂布法制作电极，生产过程简单，易于控制，对设备要求相对较低，且所用粘结剂价格低廉，减少了超级电容器的生产成本；
4.采用本发明所制作的电极具有不掉料、柔软易加工的特点，提高了原材料的利用率， 并提高了超级电容器的可靠性。
具体实施例方式
以下通过具体实施方式
，对本发明进行进一步描述，但不得将这些实施例解释为对本发明保护范围的限制。实施例1 :(1)将将82衬％活性炭在水中进行分散3小时，采用高速搅拌机进行分散；(2)将固含量2wt%的SBR乳液投入分散好的活性炭浆料中，继续搅拌2小时；(3)用抽滤的方法脱除浆料中的部分水分得到湿块状活性炭与粘结剂的混合物；(4)将含有SBR的活性炭湿块状混合物放入烘箱中烘干，烘干后变成硬块；(5)将活性炭与粘结剂混合物的硬块经过行星式球磨机破碎成15um以下颗粒；(6)将含有活性炭与粘结剂的颗粒放入水中搅拌1小时；(7)放入固含量3 wt%的SBR乳液、10 wt%的导电炭黑及固含量3 wt%的CMC 水溶液，继续搅拌8小时；(8)用背涂式涂布机将制得的浆料均勻涂在铝箔上并烘干，电极单面厚度lOOum。实施例2 :(1)将将82衬％活性炭、10 wt%的导电炭黑在水中进行分散3小时，采用高速搅拌机进行分散；(2)将固含量2wt%的SBR乳液投入分散好的活性炭浆料中，继续搅拌2小时；(3)用抽滤的方法脱除浆料中的部分水分得到湿块状活性炭与粘结剂的混合物；(4)将含有SBR的活性炭湿块状混合物放入烘箱中烘干，烘干后变成硬块；(5)将活性炭与粘结剂混合物的硬块经过行星式球磨机破碎成15um以下颗粒；(6)将含有活性炭与粘结剂的颗粒放入水中搅拌1小时；(7)放入固含量3 wt%的SBR乳液及固含量3 wt%的CMC 水溶液，继续搅拌8小时；(8)用背涂式涂布机将制得的浆料均勻涂在铝箔上并烘干，电极单面厚度lOOum。实施例3 :(1)将将82衬％活性炭在水中进行分散3小时，采用高速搅拌机进行分散；(2)将固含量2wt%的环氧树脂乳液投入分散好的活性炭浆料中，继续搅拌2小时；(3) 用抽滤的方法脱除浆料中的部分水分得到湿块状活性炭与粘结剂的混合物；(4)将含有环氧树脂的活性炭湿块状混合物放入烘箱中烘干，烘干后变成硬块；(5)将活性炭与粘结剂混合物的硬块经过行星式球磨机破碎成15um以下颗粒；(6)将含有活性炭与粘结剂的颗粒放入水中搅拌1小时；(7)放入固含量3 wt%的环氧树脂乳液、10 wt%的导电炭黑及固含量 3 wt%的CMC水溶液，继续搅拌8小时；(8)用背涂式涂布机将制得的浆料均勻涂在铝箔上并烘干，电极单面厚度lOOum。实施例4 :(1)将将82衬％活性炭、10 wt%的导电炭黑在水中进行分散3小时，采用高速搅拌机进行分散；(2)将固含量2wt%的环氧树脂乳液投入分散好的活性炭浆料中，继续搅拌2小时；(3)用抽滤的方法脱除浆料中的部分水分得到湿块状活性炭与粘结剂的混合物；(4)将含有环氧树脂的活性炭湿块状混合物放入烘箱中烘干，烘干后变成硬块；(5) 将活性炭与粘结剂混合物的硬块经过行星式球磨机破碎成15um以下颗粒；(6)将含有活性炭与粘结剂的颗粒放入水中搅拌1小时；(7)放入固含量3 wt%的环氧树脂乳液及固含量 3 wt%的CMC水溶液，继续搅拌8小时；(8)用背涂式涂布机将制得的浆料均勻涂在铝箔上并烘干，电极单面厚度lOOum。实施例5 (1)将将82 wt%活性炭在水中进行分散3小时，采用高速搅拌机进行分散；(2)将固含量2wt%的聚氨酯乳液投入分散好的活性炭浆料中，继续搅拌2小时；(3) 用抽滤的方法脱除浆料中的部分水分得到湿块状活性炭与粘结剂的混合物；(4)将含有聚氨酯的活性炭湿块状混合物放入烘箱中烘干，烘干后变成硬块；(5)将活性炭与粘结剂混合物的硬块经过行星式球磨机破碎成15um以下颗粒；(6)将含有活性炭与粘结剂的颗粒放入水中搅拌1小时；(7)放入固含量3衬％的聚氨酯乳液、10 wt%的导电炭黑及固含量3 wt%的CMC水溶液，继续搅拌8小时；(8)用背涂式涂布机将制得的浆料均勻涂在铝箔上并烘干，电极单面厚度lOOum。实施例6 :(1)将将82衬％活性炭、10 wt%的导电炭黑在水中进行分散3小时，采用高速搅拌机进行分散；(2)将固含量2wt%的聚氨酯乳液投入分散好的活性炭浆料中，继续搅拌2小时；(3)用抽滤的方法脱除浆料中的部分水分得到湿块状活性炭与粘结剂的混合物；(4)将含有聚氨酯的活性炭湿块状混合物放入烘箱中烘干，烘干后变成硬块；(5)将活性炭与粘结剂混合物的硬块经过行星式球磨机破碎成15um以下颗粒；(6)将含有活性炭与粘结剂的颗粒放入水中搅拌1小时；(7)放入固含量3 wt%的聚氨酯乳液及固含量3 wt% 的CMC水溶液，继续搅拌8小时；(8)用背涂式涂布机将制得的浆料均勻涂在铝箔上并烘干，电极单面厚度lOOum。实施例7 :(1)将将82衬％活性炭在水中进行分散3小时，采用高速搅拌机进行分散；(2)将固含量2wt%的PTFE乳液投入分散好的活性炭浆料中，继续搅拌2小时；(3)用抽滤的方法脱除浆料中的部分水分得到湿块状活性炭与粘结剂的混合物；(4)将含有PTFE 的活性炭湿块状混合物放入烘箱中烘干，烘干后变成硬块；(5)将活性炭与粘结剂混合物的硬块经过行星式球磨机破碎成15um以下颗粒；(6)将含有活性炭与粘结剂的颗粒放入水中搅拌1小时；(7)放入固含量3 wt% WSBR乳液、10 wt%的导电炭黑及固含量3 wt%的 CMC水溶液，继续搅拌8小时；(8)用背涂式涂布机将制得的浆料均勻涂在铝箔上并烘干，电极单面厚度lOOum。实施例8 :(1)将将82衬％活性炭、10 wt%的导电炭黑在水中进行分散3小时，采用高速搅拌机进行分散；(2)将固含量2wt%的PTFE乳液投入分散好的活性炭浆料中，继续搅拌2小时；(3)用抽滤的方法脱除浆料中的部分水分得到湿块状活性炭与粘结剂的混合物；(4)将含有PTFE的活性炭湿块状混合物放入烘箱中烘干，烘干后变成硬块；(5)将活性炭与粘结剂混合物的硬块经过行星式球磨机破碎成15um以下颗粒；(6)将含有活性炭与粘结剂的颗粒放入水中搅拌1小时；(7)放入固含量3 wt%的SBR乳液及固含量3 wt%的CMC 水溶液，继续搅拌8小时；(8)用背涂式涂布机将制得的浆料均勻涂在铝箔上并烘干，电极单面厚度lOOum。实施例9 (1)将将82 wt%活性炭在水中进行分散3小时，采用高速搅拌机进行分散；(2)将固含量2wt%的丙烯酸乳液投入分散好的活性炭浆料中，继续搅拌2小时；(3) 用抽滤的方法脱除浆料中的部分水分得到湿块状活性炭与粘结剂的混合物；(4)将含有丙烯酸的活性炭湿块状混合物放入烘箱中烘干，烘干后变成硬块；(5)将活性炭与粘结剂混合物的硬块经过行星式球磨机破碎成15um以下颗粒；(6)将含有活性炭与粘结剂的颗粒放入水中搅拌1小时；(7)放入固含量3衬％的丙烯酸乳液、10 wt%的导电炭黑及固含量3 wt%的CMC水溶液，继续搅拌8小时；(8)用背涂式涂布机将制得的浆料均勻涂在铝箔上并烘干，电极单面厚度lOOum。实施例10:(1)将将82wt%活性炭、10 wt%的导电炭黑在水中进行分散3小时，采用高速搅拌机进行分散；(2)将固含量2wt%的丙烯酸乳液投入分散好的活性炭浆料中，继续搅拌2小时；(3)用抽滤的方法脱除浆料中的部分水分得到湿块状活性炭与粘结剂的混合物；(4)将含有丙烯酸的活性炭湿块状混合物放入烘箱中烘干，烘干后变成硬块；(5)将活性炭与粘结剂混合物的硬块经过行星式球磨机破碎成15um以下颗粒；(6)将含有活性炭与粘结剂的颗粒放入水中搅拌1小时；(7)放入固含量3 wt%的丙烯酸乳液及固含量3 wt% 的CMC水溶液，继续搅拌8小时；(8)用背涂式涂布机将制得的浆料均勻涂在铝箔上并烘干，电极单面厚度lOOum。将按以上实施例制备的双层涂覆的电极，经过对辊机碾压，将碾压后的极片裁切成宽度17mm，正极长度230mm，负极长度190mm。采用日本NKK公司生产的超级电容器专用 TF4030型隔膜，电解液用超级电容器专业电解液，组装成100个超级电容器进行测试，取平均值，测试结果如下表
序号容量/FESR (DC) /mQESR (AC) /mQ实施例116. 52217实施例216. 62216实施例315. 82318实施例415. 82218实施例516. 22619实施例616. 32520实施例717. 92016实施例817. 72116实施例916. 72116实施例1016. 8221权利要求
1.一种超级电容器电极材料的预处理工艺及电极的制造方法，其特征在于通过对电极材料的预处理而减少粘结剂的用量，从而提高所制造的超级电容器电极的电性能。
2.根据权利要求1所述的电极材料的预处理及电极的制造过程，其特征在于如下步骤a、将活性炭及导电剂在水中进行分散2-3小时，采用高速搅拌机进行分散；b、将一定量的粘结剂投入分散好的活性炭浆料中，继续搅拌1-2小时；c、脱除浆料中的部分水分得到湿块状活性炭与粘结剂的混合物；d、将活性炭与粘结剂混合物的湿块状混合物放入烘箱中烘干，烘干后变成硬块；e、将活性炭与粘结剂混合物的硬块破碎成15um以下颗粒；f、将含有活性炭、导电剂与粘结剂的混合颗粒放入水中搅拌1-2小时；g、放入一定量的粘结剂、导电剂及CMC水溶液，继续搅拌6-8小时；h、按公知方法将上述步骤所制得的浆料均勻涂在金属集流体上并烘干。
3.根据权利要求2中a步骤所述，加入活性炭的量为80-85重量份，导电剂0_15重量份，水为300-400重量份，高速搅拌速度为2000-3000r/min。
4.根据权利要求2中b步骤所述，预加入粘结剂量为固含量的1-2重量份。
5.根据权利要求2中f、g步骤所述，混合颗粒在水中的搅拌采用常规搅拌，不可用高速分散机进行分散。
6.根据权利要求2中g步骤所述，加入CMC水溶液固含量为3-5重量份。
7.根据权利要求2中所述，b步骤与g步骤中所加入的粘结剂总量为4-5重量份。
8.根据权利要求2中所述，a步骤与g步骤中所加入的导电剂总量为10-15重量份。
9.根据权利要求2中所述，所加入的粘结剂可为丁苯橡胶、环氧树脂、聚氨酯、PTFE、 丙烯酸酯类等水性粘结剂，要求电化学性质稳定。
10.根据权利要求1中所述的用于超级电容器电极材料的预处理方法，其特征在于是用于制作超级电容器的电极，及用它制作的超级电容器。
全文摘要
一种可以大规模生产超级电容器电极制造工艺方法。通过对原料的预处理，减少粘结剂的用量，所制造的电极具有粘结强度高、稳定性好、粘结剂用量少、工艺简单并适合大规模生产的特点。
文档编号H01G9/04GK102254699SQ201110123258
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者刘继波, 张耀伟, 黄浩宇 申请人:湖南耐普恩电能科技有限公司