便利和电学性能的实现，电极片材有石墨片、错片等。将5. 0cmX5. Ocm的电极 片平放在分布有导电颗粒的储能膜表面。原因在于，在上述涂布流程中，由于储能膜表面为 高分子粘稠流体构成的胶状流体层，具有粘结剂的功能，与储能膜直接接触的导电颗粒被 流体粘住后，与流体形成较为牢固的接触，不能移动。而位于导电颗粒构成的颗粒导电层 最上面的导电颗粒并不与胶粘的储能膜表面直接接触，操作中容易移动剥落。因此需要及 时地将电极片压制在颗粒导电层上，以固定保护嵌入的导电颗粒，形成稳定耐用的储能膜/ 电极接触界面，如图1所示。
[0031] 完成上述的过程后，将储能膜翻转过来，暴露其第二个表面，然后对此表面重复进 行前面3. 1-3. 3涉及步骤的操作，由此得到第二个储能膜/电极界面。至此，基于储能膜的 储能器件的核心部分，即"电极/储能膜/电极"三明治电芯结构，制作完毕。值得强调的 是，由于导电颗粒的嵌入，由此制得的储能膜/电极界面的实际接触面积有很大程度的增 加，相应器件的电学性能也有明显提高。
[0032] 结合本发明的实际使用情况来看，能够将多片电芯叠放构成串联结构后装配到器 件壳中，形成储能器。同时，器件上下表面分别引出接线端，作为储能器的正负极。
[0033] 在室温及30%的湿度条件下放置3-4小时后，局部溶解的储能膜表面基本固化， 嵌入表层的导电颗粒与膜形成稳定的三维接触，相应的储能电容器件表现出稳定一致的储 电性能。
[0034] 在室温及60%的湿度下使用Y0K0GAWAGS610信号源测量单元测定其储能性能。首 先，将储能器样机正负极分别与GS610信号源测量单元正负极连接好，然后使用恒电压或 恒电流模式为储能器样机充电2分钟。充电完成后，用万用表测量储能器样机的开路电压 Vci。，用GS610信号源测量单元记录储能器样机的短路放电电流和负载放电电流I (t)。绘制 放电曲线，根据以下公式可以计算出储能器样机所储存的电荷量Q、能量E和储能器样机的 电容C，其中R为外接放电负载的电阻。
[0038]
[0039] 实施例一
[0040] 按照本发明描述的步骤分别组装出四组样机#1. 1-1. 4和一组参照器件。其中使 用的储能膜尺寸均为7. OcmX 7. Ocm，厚度为I. 5mm，重量为10g。使用的电极材料为石墨纸， 用于溶融储能膜的溶剂为蒸馏水，溶剂处理面积为5. 0X5. 0cm。样机#1. 1-1. 4使用的石墨 粉体的平均粒径分别约为〇. 80、0. 56、0. 36、0. 20mm，用量分别约为120、100、100、80mg/cm2。 样机#1. 1-1. 4所使用的石墨粉料的基本参数如下表2所示。同时，石墨密度取2. lg/cm3， 颗粒物体积、表面积按理想球体计算。
[0041] 表2,样机#1. 1-1. 4所使用的石墨粉料的基本参数。
[0044] 参照器件中所用储能膜和电极片完全与样机#1. 1种的相同，唯一区别是参照器 件中没有嵌入石墨颗粒，其中的储能膜/电极接触界面为固一固刚性接触。
[0045] 使用Y0K0GAWA GS610信号源测量单元分别测定样机#1. 1-1. 4和参照器件的储能 性能，充电2分钟后，其短路放电电流随时间的变化曲线如图2所示。
[0046] 其它电学性能如下表3所示，可见经石墨颗粒修饰后，储电性能与参照器件相比 约提高2-7倍。随着所使用的石墨颗粒粒径变小，储能电芯的有效表面积增大，样机的储电 性能逐步有所提1?，其中样机#1. 3表现出最优越的储电性能。而当石墨颗粒进一步减小， 样机#1. 4的储电性能与样机#1. 3相比又有所降低。可见当使用的石墨粉料颗粒度过小时， 反而达不到最优的效果。这可能是由于石墨颗粒度过小时容易发生团聚现象，也可能是由 于石墨颗粒太轻，浮于储能膜溶融胶体表层使有效接触面积较小造成的。
[0047] 表3电学性能
[0049] 经过反复试验，发现石墨颗粒修饰提高储能膜储电性能的方法可重复性良好。样 机#1. 3的3次反复实验数据如下图3所示，储电性能测量结果变化范围小于15%。
[0050] 实施例二
[0051] 参照本发明方法，用颗粒度分别为0. 9、0. 6、0. 36、0. 2mm的高纯粗铜粉修饰储能 膜/电极界面组装出四组样机#2. 1-2. 4。用量分别约为0. 5、0. 42、0. 42、0. 34g/cm2,其余参 数都与上述样机#1. 1-1. 4相同。样机#2. 1-2. 4所使用的高纯粗铜粉的基本参数如下表4 所示。在此期间，高纯粗铜粉密度取8. 92g/cm3,颗粒物体积、表面积按理想球体计算。
[0052] 表4高纯粗铜粉的基本参数
[0054] 使用Y0K0GAWA GS610信号源测量单元分别测定样机#2. 1-2. 4的储能性能，充电2 分钟后，储能样机#2. 1、#2. 2的短路放电电流随时间的变化曲线如图4所示。
[0055] 其它电学性能如下表5所示.可见经铜颗粒修饰后，峰值短路电流与参照器件相 比约提高1-2倍。随着所使用的铜颗粒粒径变小，储能电芯的有效表面积增大，样机的峰值 短路电流逐步提高。但是值得注意的是，由于铜颗粒密度较大导致样机自身重量过大，使计 算出的样机的能量密度和功率密度数值不太理想。另外，由于铜的价格较高而其电化学稳 定性又较差，所以石墨材料在此应用上表现出更大的优越性。
[0057] 通过上述的文字表述可以看出，采用本发明后，导电颗粒在储能膜上形成一层致 密的导电层，能形成稳定的储能膜/电极接触界面。将传统的二维接触界面转变成了三维 接触界面，极大地提高了接触界面面积，从而解决了储能膜/电极有效接触面积受限制的 核心技术问题。同时，采用本发明制得的储能膜构成的电芯制成的装置，能够在消费电子、 电力电子、智能电网、光伏/风电并网以及电动汽车等领域有重要应用。
[0058] 这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换 而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
【主权项】
1. 一种增加储能膜与电极有效接触面积的方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤①，制备储能膜； 步骤②，用溶剂将储能膜的表面局部溶解后，令储能膜表面处于粘稠液体的状态，形成 胶状流体层； 步骤③，将导电颗粒涂布在储能膜表面的胶状流体层； 步骤④，施加压力，令导电颗粒嵌入储能膜表面及亚表层； 步骤⑤，压制电极片，完成正面储能膜/电极界面； 步骤⑥，翻转储能膜，重复步骤②-⑤，完成反面储能膜/电极界面。2. 根据权利要求1所述的一种增加储能膜与电极有效接触面积的方法，其特征在于： 所述的步骤①中采用高分子多聚盐PSSNa制得厚度为0. 1-5. Omm的储能膜，进行裁切后备 用。3. 根据权利要求1所述的一种增加储能膜与电极有效接触面积的方法，其特征在于： 所述的步骤②中将储能膜放置于操作台上，固定住储能膜边缘。4. 根据权利要求1所述的一种增加储能膜与电极有效接触面积的方法，其特征在于： 所述的步骤②中，采用蒸馏水作为溶剂，通过喷雾瓶将蒸馏水均匀喷洒到储能膜表面，静置 1-10分钟后，储能膜表面被局部溶解，形成一层〇. 1-0. 3mm厚的胶状流体层，所述胶状流体 层的粘度为2000-10000cP。5. 根据权利要求1所述的一种增加储能膜与电极有效接触面积的方法，其特征在于： 所述的步骤②中在室温常压下及70%相对空气湿度的条件下进行。6. 根据权利要求1所述的一种增加储能膜与电极有效接触面积的方法，其特征在于： 所述的步骤③中，将导电颗粒粉料装入撒盐瓶中，将导电颗粒自储能膜上方l-3cm处均匀 撒布在胶状流体层，所述的撒布速度为20mg/s。7. 根据权利要求1所述的一种增加储能膜与电极有效接触面积的方法，其特征在于： 所述的步骤④中，使用玻璃棒反复局部轻压储能膜表面，使撒布的导电颗粒继续嵌入胶状 流体层，增强与储能膜的接触，重复步骤③，直到导电颗粒在储能膜上形成一层连续致密的 导电层。8. 根据权利要求1所述的一种增加储能膜与电极有效接触面积的方法，其特征在 于：所述的步骤④中，若导电层不紧凑平整，选用表面光滑的刚性片材压在导电层上，施加 0.05-0. 5N/cm2的压力，压实导电层，若压后导电层出现局部的不均匀，在不均匀处继续涂 布导电颗粒，然后用刚性片材压实，循环上述过程，直至得到表面平整紧凑的导电层。9. 根据权利要求1所述的一种增加储能膜与电极有效接触面积的方法，其特征在于： 所述的步骤⑤中，将电极片平放在分布有导电颗粒的储能膜表面，对电极片进行固定，放置 到叠层压台上，对其施加4-12N/cm 2的压力并保持压力10-30秒，将电极片压制到储能膜 上。
【专利摘要】本发明涉及一种增加储能膜与电极有效接触面积的方法，其特点是包括以下步骤：首先，制备储能膜。之后，用溶剂将储能膜的表面局部溶解后，令储能膜表面处于粘稠液体的状态，形成胶状流体层，将导电颗粒涂布在储能膜表面的胶状流体层。接着，施加压力，令导电颗粒嵌入储能膜表面及亚表层，压制电极片，完成正面储能膜/电极界面。最后，翻转储能膜，重复步骤②-⑤，完成反面储能膜/电极界面。这样，导电颗粒在储能膜表面形成一层致密的导电层，构成稳定的储能膜/电极接触界面。将传统的二维接触界面转变成了三维接触界面，极大地提高了储能膜/电极界面的接触面积，从而解决了储能膜/电极有效接触面积受限制的核心技术问题。
【IPC分类】H01G4/002, H01G4/005
【公开号】CN105097275
【申请号】CN201410200478
【发明人】谢贤宁, 林群, 刘颖丹, 严玲
【申请人】苏州容电储能科技有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月13日