子沿着链以螺旋形排布。螺旋形填充是致密 的。在低于19°C时，螺旋的完整一圈需要约26个碳原子，而在高于19°C时，完整一圈需要30 个碳原子。如图3显示PTFE的相对密度vs温度的关系图，其显示六边形PTFE在约为19°C发生 从相II到相IV的相变。在小于19°C的温度，PTFE是易碎的。因此，在小于19°C的降低的粘合 剂温度下进行混合会有助于TPFE团聚体的破碎，以及使得PTFE颗粒与活性炭和炭黑发生掺 混。在一些实施方式中，在混合期间，避免粘合剂的原纤化。在各个方法中，当它们混合时， 可以控制单个组分(活性炭、炭黑和粘合剂)的温度。
[0034] 通过避免混合期间的原纤化，粉末是自由流动的，并且可以容易地进料到研磨机 或挤出机中进行原纤化。可以采用粉末流变性测试方法来对粉末混合物的流动特性进行量 化。
[0035] 使用FT4粉末流变仪来确定流动能(FE)和粉末流动粘度。流动能测试涉及一系列 交替条件和测试循环(参照)设计成评估如果粉末会由于发生流动而变化。在测试过程中， 流动能的任意大变化都是粉末流动性质变化的结果。变化的大小涉及粉末的稳定性，而变 化的方向（能量的增加或减少)可以是与不稳定性相关的一个或多个原因的指示。
[0036] 通常对流动能进行质量归一化，并绘制为比流动能（SFE)与流速(例如，10、40、70、 100mm/s)的关系图。可以在100mm/s进行多次运行以评估粉末稳定性，然后依次在100、70、 40和10mm/s进行测试运行。
[0037]图4绘制了比流动能（SFE)与流速的关系图。空心方块是对照样品（碳类型A，如下 文所定义，使用全加工(ProcessAll)混合器）。空心圆表示随着流速增加，比流动能基本没 有变化的目标。
[0038] 采用亨舍尔(Henschel)混合器(HM)进行运行1_5。腿运行1和4(重叠空心菱形)落 在目标和全加工(ProcessAll)对照内，证实了PTFE没有发生原纤化的稳定流动一致性。但 是，HM运行2、3和5(实心三角、实心方块和实心圆）显示不同程度的流动不稳定性，表明在HM 中发生适度原纤化至明显原纤化。
[0039] 流动能随时间越大，则原纤化程度越大并且抗流动性越大。HM运行3和5的线性行 为表明了团聚随时间的稳定增加，暗示在HM中存在适度至过度的原纤化。HM运行2表明在HM 中存在非常过度的原纤化，特别是根据较高的起始SFE和不固定(odd)流动性为而言。结果 总结在表1中。
[0040] 表1:流动能测试的总结
[0043] 可以从图4数据计算流动能不稳定性指数(mj/g.运行），对应于SFE数据曲线下方 的面积。总结来说，HM运行1和4近似全加工机器(ProcessAll)对照，表明HM能够产生与全加 工机器(ProcessAll)工艺类似或者相同的批料。HM也能够使得批料发生不同程度的原纤 化，如HM运行2、3和5所示。
[0044] 可以在例如喷射研磨机或者螺杆挤出机(例如单螺杆或者双螺杆挤出机）中对(干 或湿)混合物进行原纤化。连同本文所述的数个例子，对于原纤化过程使用具有碳化钨内衬 的4英寸微粉磨机。在装载到喷射研磨机之前，可以将混合物筛分通过10目网孔，以去除较 大尺寸的颗粒。在各个例子中，对于喷射研磨机原纤化过程，使用50-200psi(例如，80-120psi)的碾磨压力、40-100psi (例如，60-80psi)的进料压力以及约为0.5-2kg/小时（例 如，0.8-1.5kg/小时）的进料速率。作为在原纤化(研磨)之前降低粒度的补充或者替代，可 以在研磨之后但是在砑光之前进行降低粒度的步骤。在喷射研磨（或者挤出）过程中，混合 物温度可以至少为25°C，例如至少30°C。
[0045] 在各个方法中，当组分进料到原纤化设备、在其中混合以及原纤化时，可以控制单 个组分(活性炭、炭黑和粘合剂)的温度。
[0046] 喷射研磨机产生的剪切应力形成粘合剂材料的原纤维。例如，PTFE发生原纤化形 成(原纤维的）网络结构。活性炭颗粒和炭黑颗粒占据进入网络结构而没有被粘合剂涂覆。 在原纤化中形成的原纤维将活性炭和炭黑颗粒粘结在碳垫中。
[0047] PTFE颗粒可以原纤化至它们直径的约100倍而不发生破裂。但是，由于产生PTFE的 大且厚的纤维，PTFE的大团聚颗粒的原纤化降低了 PTFE网络的复杂度。PTFE的较小(例如初 级)颗粒的原纤化有助于形成机械牢固的碳垫。
[0048] 可以在对活性炭、炭黑和PTFE混合物施加相当大的剪切的设备中进行湿式原纤 化。示例性原纤化设备包括螺杆挤出机（即螺旋钻），包括双螺杆挤出机。在一个实施方式 中，原纤化方法通过气压施加剪切，即不使用碾磨介质。该方法可以使用喷射研磨机或者流 化床喷射研磨机，其中，由于混合物中的颗粒之间的高速碰撞引起PTFE原纤化。使用液体有 助于使得处理过程中的灰尘最小化。
[0049] 可以对原纤化的混合物进行砑光并层叠到集电器上。对于砑光，原纤化的电极混 合物通过一系列辊，形成致密片材(碳垫）。辊温度可以约为25-150 °C，例如约100 °C。在层叠 过程中，可以在提升的温度(例如约200°C)下施加压力。
[0050] 如图5所示是碳垫的SEM图，所述碳垫包含去团聚且原纤化的PTFE、活性炭和炭黑。 如图6所示是碳垫的另一SEM图，所述碳垫包含去团聚且原纤化的PTFE、活性炭和炭黑。图5 中的碳垫包括源自椰子壳的蒸汽活性炭(类型A碳）。图6中的碳垫包括源自小麦粉的K0H-活 性炭(类型B碳）。
[0051] 在一些实施方式中，在导电集电器的一侧或者两侧上层叠自立式碳垫。集电器可 以是例如15-25um(例如20微米)厚的铝箱，其任选地预涂覆有导电碳层，例如碳墨(例如，购 自汉高公司(Henkel)(前身为艾奇逊公司(Acheson)的DAG EB012导电涂料））或者热生长的 碳。相对于市售可得的导电墨(其可含有约5重量％的粘合剂），热生长的碳可以含有更少的 过渡金属污染物，这可有助于使得不合乎希望的法拉第反应最小化。
[0052] 举例来说，可以使用混合、原纤化、砑光和层叠的依次步骤来形成碳基电极。
[0053] 可以将一对碳基电极绕在一起，中间布置分隔器，并与合适的电解质封装在一起， 从而形成EDLC。例如，将层叠的电极切割成适当尺寸并与纤维素分隔器纸张 (NKK TF4030) 一起绕成果冻卷型。集电器端部进行涂抹并与终端激光焊接。然后将组件封装到铝罐中，并 密封。将得到的电池在130°C真空干燥48小时。在电池中填充电解质，然后对电池进行密封。 [0054]图7是示例性超级电容器的示意图。超级电容器10包括封闭体12,一对集电器22、 24,分别形成在一个集电器上的第一碳垫14和第二碳垫16,以及多孔分隔器层18。可将电导 线26、28分别与集电器22、24相连，以提供与外部装置的电接触。层14、16可以包括活性炭、 炭黑和粘合剂。在封闭体中含有液体电解质20,并且其同时结合在多孔分隔器层和每个多 孔电极两者的整个孔隙度中。在一些实施方式中，可以堆叠(例如串联堆叠)单独的超级电 容器电池以增加整体操作电压。
[0055]封闭体12可以是超级电容器常用的任意已知封闭方式。集电器22、24通常包括导 电材料，例如金属，并且通常是由铝制成的，原因在于铝的导电性并且其相对廉价。例如，集 电器22、24可以是铝箱薄片。
[0056]多孔分隔器18使得电极相互电绝缘，同时允许离子扩散。多孔分隔器可以由介电 材料(例如纤维素材料、玻璃)和无机或有机聚合物(例如聚丙烯、聚酯或聚烯烃)制成。在一 些实施方式中，分隔器层的厚度范围可以约为10-250微米。
[0057]电解质20作为离子导电率的促进剂、作为离子来源并且可作为碳的粘合剂。电解 质通常包括溶解在合适溶剂中的盐。合适的电解质盐包括季铵盐，例如共同拥有的美国专 利申请第13/682,211号中所公开的那些，其全文通过引用结合入本文。示例性季铵盐包括 四氟硼酸四乙基铵（（Et) 4NBF4)或者四氟硼酸三乙基甲基铵(Me(Et)3NBF4)。
[0058] 超级电容器可以具有胶状辊设计、棱柱设计、蜂窝体设计或者其他合适的构型。可 以将根据本发明制造的碳基电极结合入碳-碳超级电容器中，或者结合入混合型超级电容 器中。在碳-碳超级电容器中，两个电极都是碳基电极。在混合超级电容器中，一个电极是碳 基，另一个电极可以是伪电容材料，例如氧化铅、氧化钌、氢氧化镍或者其他材料例如导电 聚合物(如对氟苯基-噻吩）。
[0059] 在碳-碳超级电容器中，每个电极中的活性炭可以具有相同、相似或者不同性质。 例...