一种加入改性石墨烯导电剂软包式超级电容器制备方法与流程

本实施例涉及电化学技术领域，具体地说，本发明涉及一种加入改性石墨烯导电剂的软包式超级电容器及其制备方法。

背景技术：

能源和环境是21世纪人们关心的两大重要问题，对于能源的合理和绿色使用也越来越重要。现代科技社会要求大规模的使用和存储能量，这些能量的实现必须经过使用大大小的电能系统。电能以两种方式进行存储：一种是电池燃料的化学能，存储于电池系统里；另一种是将正电荷和负电荷在外加偏压下置于两个相对的基板上来存储能量。但对于现在流行的电池系统，如铅酸电池、锂电池还有燃料电池等都有着成本高、寿命短、续航里程段和充电时间长等问题。而对于传统电容器而言，不仅容量小、而且循环寿命低。因此人们迫切需要发明一种成本低、容量高、寿命长及安全性能高的电能储存装置。近年来，超级电容器以其快速充放电、高的功率密度和能量密度以及超长的循环寿命受到广泛关注，有望成为新一代主要储能装置。从我国上海地区连续几年举办的关于超级电容器的展览会上可以看出超级电容器有着很好的发展前景，因此对于超级电容器的进一步探讨有着的很大研究价值。

超级电容器是一种电能储存装置，利用双电层机理或者赝电容机理存储电荷。超级电容器在绿色能源、军事运用、后备电源有着非常广泛的应用。活性炭、导电聚合物等活性材料有着优良的电化学性能，本论文针对活性炭、导电聚合物及其复合活性材料在扣式超级电容器电极中的应用开展研究。另外，超级电容器还具有充放电效率高、安全等特点，可以作为大功率脉冲电源。

超级电容器根据储能原理可分为双电层电容和法拉第准电容两种类型，双层电容电荷储存发生在电极与电解质所形成的双电层上，因而，能量密度较低，但功率密度大，放电能力强；而法拉第电容器电荷存储是基于欠电位沉积、电化学吸附、脱附和氧化还原产生的电荷迁移，电荷存储不仅发生在电极表面，而且出现在电极内部的体相中，因而，能量密度高，电容量大。但现有的超级电容器大多以多孔活性炭为电极材料，通过增大比表面积实现双电层电荷的存储，尽管功率密度可达电池的10倍以上，但能量密度不及电池的十分之一，严重制约着超级电容器的推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种制备加入改性石墨烯导电剂的软包式的超级电容器。

为实现上述发明目的，本发明提供的软包式超级电容器制备方法包括下列步骤：

1）选择一种改性石墨烯导电剂；

2）将粘结剂放入玛瑙研钵中研磨成均匀浆料，与所述步骤1）中的导电剂，电极材料混合并加入易挥发有机溶剂中，其中，将粘结剂与易挥发有机溶剂中共同倒入玛瑙研钵中，研磨30-90分钟；

3）将上述混料放入球磨机中球磨成均匀细腻的浆料；

其中，将混料称量，并加入相同质量的玛瑙球，放入球磨机在转速为850转的情况下，设定正转15分钟，反转15分钟，球磨1h-3h；

4）将上述浆料均匀涂抹在平整且平铺在涂膜机真空板上的泡沫镍上，待易挥发的有机溶剂完全挥发，其中，涂膜厚度在15μm-40μm，涂膜速度在1m-3m/min；

5）将上述极片按照尺寸裁片并与隔膜进行卷绕，其中，将极片裁宽度裁剪成56mm-58mm，窄于隔膜宽度2mm-4mm；极片长度39cm-45cm，与卷绕机卷针宽度成比例；

6）将裁割好的极片与隔膜卷绕并压紧，进行封装，进入手套箱加入电解液，其中，将卷绕好的试样包入铝塑膜，用顶层封封边机进行封边，并留有一个小口待入手套箱加入电解液；

7）将上述软包进行封口活化，并进入氮气保护下的真空预封机中二次封装，即得到所述加入改性石墨烯导电剂的软包式超级电容器，其中，将滴入电解液的试样封口并活化，放入有氮气保护环境下的真空预封机中进行二次封装。

与现有技术相比，本发明具有下列技术效果：

1、首次成功制备出加入一种改性石墨烯导电剂的软包式超级电容器，极大地提高了软包式电容器电极的电导率，降低了超级电容器的等效串联电阻，从而提高了加入改性石墨烯导电剂的软包式超级电容器的能量和功率密度，表现出良好的功率特性和电流相应；

2、能够保证软包式超级电容器具有很高的平整度；

3、能够保证软包式超级电容器电极具有很高的细腻平整度，进而增强软包式超级电容器的稳定性；

4、电极的厚度和面积可控性自如，不受分散不均匀而出现颗粒对软包式超级电容器电极的影响；

5、工艺较为简单，成品率高。

附图说明

下面结合具体实施例，从电极材料的选择，改性石墨烯导电剂的制备，粘结剂的研磨，加入石墨烯改性导电剂的软包式超级电容器的组装以及加入改性石墨烯导电剂的软包式超级电容器的综合性能实测数据，对本发明做进一步的解释和说明。

一、改性石墨烯导电剂的制备

将10g炭黑、1g 氧化石墨烯、10g 蔗糖，在丙酮中研磨24h后在50℃下干燥，再在氮气气体中600℃条件下处理3h，得到石墨烯改性导电剂。

本发明所述石墨烯改性导电剂的有益效果为：（1）通过对碳材料的表面进行处理，提高其导电性能，从而改善其在应用过程中的电极过程的动力学性质（2）石墨烯具有优良的导电性能，石墨烯的加入提高了其电子传导能力。

本发明所述石墨烯改性导电剂的制备方法生产工艺简单，生产成本低廉，可实现大规模生产，产品稳定性好，对石墨烯改性导电剂的发展及其应用有一定的推动作用。

二、加入改性石墨烯导电剂的电极的制备

1、软包式超级电容器需要长度较长的长条形的电极材料，而用磁力搅拌或者机械搅拌的电极材料分散性及颗粒粒径不均匀，这种不一致性将降低超级电容器的稳定性。因此，将活性炭、改性石墨烯导电剂、粘结剂加入溶剂在球磨机中球磨，可以保证电极材料的均匀性。同时，这种方法还使得电极材料的颗粒粒径很细。本实施例，加入与电极材料质量相等的玛瑙球，并使其正转与反转，充分分散电极材料；

2、将球磨好的电极材料利用涂膜机涂膜到集流体泡沫镍上。为了均匀地涂覆在集流体泡沫镍上，先将球磨好的电极材料平铺倒入集流体泡沫镍上，涂膜厚度在15μm-40μm，涂膜速度在1m-3m/min。在特质烘箱中，干燥100℃4h。由于电极材料会吸附大量有机溶剂，且电极片需要较长的长度。因此，在干燥过程中不能发生电极片的弯折，需在特制内胆较长尺寸的烘箱中干燥。另外，干燥过程中，需要对其电极片有吸附过程，防止电极片在干燥过程中由于溶剂的挥发发生卷曲。

三、加入改性石墨烯导电剂的软包式超级电容器的组装

将两块相同的涂膜有加入改性石墨烯导电剂的电极材料重叠，在重叠时保证有隔膜互相隔开。利用卷针将上述两块重叠隔膜卷绕，卷针的宽度为3cm，两块个抹上的加入改性石墨烯导电剂的电极材料薄膜分别作为超级电容器的双电极，卷绕过程中引出电极的极耳，并用超声波电焊机焊接，极耳与加入改性石墨烯导电剂电极薄膜的接触长度一般在0.2-0.5cm，将卷绕的隔膜用铝塑膜通过封边机封装，最后密封组装超级电容器。

四、加入改性石墨烯导电剂的软包式超级电容器的综合性能实测数据

本测试中，以加入改性石墨烯导电剂：将10g炭黑、1g 氧化石墨烯、10g 蔗糖，在丙酮中研磨24h后在50℃下干燥，再在氮气气体中600℃条件下处理3h，得到石墨烯改性导电剂。电极材料组成为活性炭：导电剂：粘结剂=85:10:5为例。

以下为上述加入改性石墨烯导电剂的软包式超级电容器的性能表征：

图1是本发明第一实施例石墨烯改性导电剂的SEM图

图2为本实施例的电极材料SEM图，为对优化条件制备的电极材料进行的形貌分析，由SEM图可知，二次颗粒保持了前驱体的球形形貌，二次颗粒是由一次颗粒团聚而成的，一次颗粒生长良好。

图3为本实施例的电极材料的红外光谱。