用于双电层电容器的电极的制作方法
【专利摘要】本发明描述了一种用于双电层电容器的电极，所述电极具有由热膨胀石墨制成的基板以及与所述基板连接的活性碳布。所述电极具有力学强度增强和容易加工等特点。
【专利说明】用于双电层电容器的电极
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种储能电容器的设计，储能电容器通过两种介质(电极和电解质)之间的界面上的电荷积聚来储存能量，因此称为“双电层电容器”(electricdouble-layercapacitors, EDLC)、“超级电容器”、“混合电容器”、“超电容器”(日本)、“超级电容”(德国、美国)、“电化学电容器”(法国、加拿大)和“离子电容器”(俄国和其他独联体(CIS)国家)。
[0002]EDLC相较于传统的电解电容器，其主要优势在于提高了比能量。这类电容器的某些类型可积聚超过IOkVkg的比能量，并以约1-1OkVkg的比功率放电给负载(WWW, kit-e.ru/articles/condenser/2005 6 12.php)。
[0003]为此，必须增加大量可能的充-放电循环的次数，提高可靠性和耐用性以及扩大工作温度范围。
[0004]EDLC这种独特的特征组合首先在很大程度上预先确定了其用于输电和混合应用的可能性和实用性。另一个前景很好的领域是将EDLC作为“补偿器”用于具有不稳定特征的发电厂，比如风力发电系统、具有太阳能电池的发电站、潮汐发电站。
【背景技术】
[0005]EDLC在使用的电极材料和电解质方面有所不同。电极材料可为以下三种类型中的其中一种:基于活性碳的材料、金属氧化物和导电聚合物。电解质可为水基物或有机物。
[0006]最常使用的EDLC类型是具有基于活性碳的电极的电容器。
[0007]众所周知，活性(高多孔)碳材料可使电容密度达到约IOVm3,甚至更高(http://www.electrosad.ru/Electronics/SuperCon.htm)。
[0008]本领域已知的是，EDLC电极由活性碳粒子、分散性碳(石墨或炭黑)、多孔弹性电介质和聚合物粘合剂(W094/01879)的混合物制成。活性碳由或大(1-1OOym)或小(0.05-1 μ m)的粒子的混合物制成。
[0009]小粒子占的质量百分比约为10-60 ;多孔弹性电介质表示大小为1-50 μ m的多孔塑料粒子或直径为0.3-50 μ m长为0.1-5 μ m的多孔介电材料纤维；聚合物粘结剂主要表现为聚乙烯醇、多糖、天然橡胶(caoutchouk)和氟塑料。
[0010]然而，由这类电极形成的电容器由于使用了多孔弹性电介质，其电容量较低且电阻较高，此外力学强度相对较低。RF专利号2172037设计的电极在一定程度上消除了这些劣势，该电极由通过热塑性聚合物粒子粘结的活性碳等吸附材料制成，该热塑性聚合物粒子在活性碳粒子之间均匀分布且平均大小为活性碳粒子的平均大小的0.08-0.9。
[0011]上述专利所设计的电极也可由活性碳、石墨粉，或通过聚合物粒子粘结在一起的炭黑制成；在这种情况下，为了实现在整个电极容量中的最均匀分布，石墨或炭黑粒子的平均大小必须为活性碳粒子的平均大小的0.02-1.4倍。
[0012]在RF专利号2172037提出的电极的又一实施例中，该实施例与本发明最为接近，电极的一侧或两侧通过聚合物粒子可额外含有与其表面附接的活性碳布，布纤维的平均大小为吸附材料粒子的平均直径的0.2-0.5倍。然而，所述电极的强度不足，更重要的是，制备技术过于复杂。将活性碳布放入模具中，之后将由松散吸附剂和聚合物混合而成的均质混合物加载到同一个模具中，将碳布放置于顶层，如果需要制成双极电极，那么对整个负载进行加压和热处理。最后冷却模具，取出电极成品。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于提供一种结合了良好的电阻和电容参数且力学强度增强的EDLC电极。
[0014]本发明的另一目的在于提供一种易于生产的电极。
[0015]通过本发明实现了这些目标，本发明的主题是一种EDLC电极，其包括:
[0016]平板基板以及与所述基板附接的活性碳布，所述基板由浸溃有高分子碳(更具体地为地腊)的热膨胀石墨(thermally expanded graphite, TEG)制成。
[0017]上述布借助粘合剂与所述基板附接，对所述电容器所用的电解质有抗性。 [0018]活性碳布可被附接在基板的一侧或两侧。在后面的实例中，电极将为双极，并处于中间位置(在电极之间)，而在之前的实例中，电极为单极，位于电极组件的端部的位置。
[0019]本发明的主要突出特征在于使用了由也称为“柔性石墨”的TEG制成的基板的电极。本发明可使用不同商标的TEG，例如UCAR碳股份有限公司(UCAR Carbon C0.1nc)的Grafoil?、Garlock 的 GRAPH-LOCK? 和俄国公司 Unikhimtek(y ηηχημτθκ)的 Grafleks 0- p a φ jt e κ c ) 0
[0020]TEG是一种弹性的、可压缩的、有回弹性的、化学惰性的、耐火且耐热的材料。其最有价值的性能在于其属性几乎不依赖于温度这一事实。TEG具有各向异性的导电性和导热性。其作为隔音材料广泛用于化学、石油化工和石油精炼产业和汽车产业中。此外，TEG的商业用途还在于作为屏蔽材料用于电子设备中，用于去除热量。
[0021]TEG的回弹性和压缩性等性能使其能以片的形式制成，用作结构材料，这便是本发明所涉及的情况，其中，TEG用作电极的基板。
【具体实施方式】
[0022]实施例1:单极电极(端电极)的制备
[0023]将Grafleks品牌的TEG基板浸溃在真空柜中温度为110° C-140。C的地蜡中。将真空度设置为0.5-0.8kg/em2。然后用B H K-302( T Y 38.103602-86)级的水乳胶(一种胶乳)对 Y B M C-A K-T -040 (T Y 1916-002-18070047-2007)类型的活性碳布(ACC)的轮廓处理2-5mm宽度以使布纤维粘合在一起，然后浸溃到密度为1.25-1.28g/cm2的电解质中。在浸透之后，利用7-8kg/?2的比压力，使该布在平板之间绞干。
[0024]借助耐酸硅树脂粘合剂，所述ACC与浸溃有地蜡的所述石墨基板的一侧附接。向基板上涂覆粘合剂，涂出一条通往ACC接触区的2-4_薄的宽带材。
[0025]实施例2:双极电极(中间电极)的制备
[0026]采用与实施例1相同的制备技术，这次在基板的两侧使用ACC。
[0027]实施例3
[0028]电容器(90块电池)由如实施例1和2所制备的电极组装而成。电容器测试的结果如下(表1)。
[0029]表1
[0030]
【权利要求】
1.一种用于双电层电容器的电极，所述电极包括平板基板以及与所述基板附接的电极材料，所述基板由浸溃有高分子碳的热膨胀石墨制成，而所述电极材料则是活性碳布。
2.根据权利要求1所述的电极，其中，借助粘合剂与所述基板附接的活性碳布对所述电容器的电解质有抗性。
3.根据权利要求1或2所述的电极，其中，活性碳布被附接在所述基板的两侧。
4.根据权利要求1或2所述的电极，其中，活性碳布被附接在所述基板的一侧。
5.根据权利要求1或2所述的电极，其中，地蜡用作高分子碳。
【文档编号】H01G9/004GK104011816SQ201280062978
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年7月4日 优先权日:2012年7月4日
【发明者】奥列格·格里戈里耶维奇·达什科, 安德烈·瓦西里耶维奇·多尔戈拉普捷夫, 亚历山大·费奥多罗维奇·布尔德列夫, 尤金尼·洛西福维克·什科利尼科夫, 奥列格·韦尼阿米诺维奇·克列帕克, 维克托·阿莱克谢耶夫维奇·斯米尔诺夫 申请人:能源和电动汽车项目有限责任公司