专利名称：大容量无机型超级电容器极片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大容量无机型超级电容器极片的制作方法，属于储能技术中超 级电容器范畴。
背景技术：
超级电容器是一种介于物理电容和化学电源之间的新型绿色、环保储能电源产 品。超级电容器将能量储存在电极材料与电解质界面，包括双电层电容和界面准二维的 法拉第电容，因而具有超高的电容值、极大的充放电功率和电流、非常好的低温性能； 由于超级电容器特殊的储能机理，循环过程中不发生电化学反应，电极性能衰减极小。 目前市场上二次电池应用比较普遍，如铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池、锂电池等，超 级电容器与二次电池相比具有独特的优势。二次电池储能较大，比能量高，具有稳定的 应用市场领域。但二次电池也存在较多的不足之处如循环寿命比较短、高低温性能差、 镍镉电池铅酸电池含有重金属对环境产生污染等缺点，超级电容器的出现弥补了二次电 池在这些方面的不足，因而也越来越受到人们的重视，国内外众多企业与科研机构进行 超级电容器产品的开发与研究。
超级电容器的一个重要应用方向为电动汽车、轨道交通、风力发电储能、太阳 能发电储能等领域，在这些领域要求储能产品要有较大的储能和长的使用寿命。普通蓄 电池储能较大，但由于其正负极发生化学反应存在衰减，使用寿命较短，存在较大的弊 端；超级电容器循环寿命长达10万次，与蓄电池相比极具优势，但储能相对较低，因而 市场迫切需求具有更高容量和大储能的超级电容器产品。
目前市场上的超级电容器主要为有机体系超级电容器，该品种超级电容器主要 面向消费电子、玩具、汽车音响等领域，产品容量多为几个法拉至几百法拉，具有优异 的充放电、高低温和循环寿命性能，但容量很小，无法满足在大容量储能方面的需求。
专利CN 02257^9.X介绍了一种大容量矩形超级电容器，其壳体为矩形立方 体，正负极板由发泡镍基体及其表面的导电涂覆层构成，再与螺杆式引出端子相连，壳 体顶部设有安全阀。该超级电容器具有重量轻，功率和容量较大，低温性能好，循环寿 命长等优点，其制作产品容量可以达到5000F，能满足电动车在加速、启动、爬坡时的高 功率要求和其它大功率装置的电性能要求。但在新兴的电动汽车、太阳能、风能等新能 源领域，由于其要求储存能量很大，如采用普通的超级电容器则需要大量的超级电容器 串并联使用，以达到储能要求。这就增加了系统的复杂性与成本，使得超级电容器在大 容量储能领域应用困难。
目前超级电容器的容量不够大，关键在于电容器极片的制作方法有缺陷，主要 表现在极片厚度较小，极片涂覆层材料性能差，极片四周裸露，致使极片内阻较高，导 电性不好，易发生开裂、掉粉、脱层现象，这些问题急待解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有超级电容器容量不够大，大量电容器串并 联使用时运行成本高的缺陷，提供一种储存能量大、运行成本低，能满足电动汽车和太 阳能、风能等新能源领域需求的大容量无机型超级电容器极片的制作方法。
本发明的技术方案是大容量无机型超级电容器极片的制作方法，包括在正负 极片上涂布正负极活性物质以及将正负极片用隔膜包覆，其改进之处是涂布所用正负 极活性物质中加入占其总量的质量百分比为0.1% 5%的纤维复合物，涂布时使极片厚 度达到3 IOmm ；正负极片用隔膜包覆后再对极片四周用胶粘剂将隔膜粘接密封。
进一步的方案是所述纤维复合物是将石墨纤维、碳纤维中的一种或两种与尼 龙纤维、聚酯纤维中的一种或两种预混后加入到质量百分比浓度为 3%的聚乙烯醇 溶液中，在50 80°C下快速搅拌12 M小时，然后蒸发脱水研磨后制得；所述纤维复 合物中，各组分的质量百分比含量为石墨纤维和/或碳纤维40 65%，尼龙纤维和/ 或聚酯纤维30 40%，聚乙烯醇1 20%;所述胶粘剂采用丙烯酸改性环氧胶或环氧树 脂胶。
普通超级电容器的极片厚度多在Imm以下，极片厚度增加则内阻迅速变大，同 时过厚的极片易造成开裂、掉粉、脱层等现象，影响产品使用性能。本发明制备了纤维复 合物，并加入到正负极活性物质中，有效解决了这些问题，使得单片极片厚度增加，极片 上涂布的活性物质量大大提高。该纤维复合物具有优良的导电性，可以提高极片自身导电 性，降低内阻。同时纤维复合物的加入提高了极片强度和韧性，在生产和加工过程中不易 掉粉、开裂，使活性物质与集流体连接紧密，从而制得大容量的超级电容器产品。
目前超级电容器隔膜包覆方法多采用S型折叠或叠片式包覆，极片的上下面与 隔膜压紧，但极片的四周则不能包覆。超级电容器长期使用以及过充使用后极片的四周 由于没有隔膜阻挡，极易发生脱落掉粉现象。脱落的粉状物混合到电解液中，带入了杂 质造成自放电偏大，漏电流严重等现象。本发明采用耐碱性较好的丙烯酸改性环氧胶或 环氧树脂胶将极片四周的隔膜粘接到一起，将极片四周封闭，有效防止了上述现象的发 生，提高了大容量超级电容器产品性能。
由本发明制成的极片制得超级电容器储存能量大幅提高，能满足电动汽车和太 阳能、风能等新能源领域的使用要求，而且能使系统简化，运行成本低。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1
取IOOg石墨纤维与50g尼龙纤维在烧杯预先混合搅拌，配置的聚乙烯醇溶液 IOOOg,搅拌下加入石墨纤维和尼龙纤维，缓慢升温至80°C，快速QOOr/min)搅拌12小 时。然后蒸发脱去水分，研磨后制得蓬松状的纤维复合物。
按常规工艺制作超级电容器正负极浆料，纤维复合物占正负极活性物质的质量 比为0.5%，在制备浆料时与PTFE(聚四氟乙烯)等粘结剂一同加入，并适当延长搅拌时 间6小时以上。将上述和好的正负极浆料涂覆在泡沫镍上，泡沫镍厚度为1.5mm，孔数 PPI值为110，涂制极片尺寸为140mmX 140mm，厚度为3mm。
将正负极片均采用聚丙烯隔膜折叠包覆，并在极片四周粘上少量环氧树脂胶， 使上下层隔膜粘接到一起，在室温下固化12小时。
最后将正负极片叠加组合，放入外形尺寸(长X宽X高)为 160mmX80mmX 170mm电容器壳体内，注入6.5mol/L的KOH溶液，封装壳体制得大容量无机型超级电容器。
将制成的超级电容器用美国BITRODE充放电测试系统进行检测，该产品容量达 14.2万F，质量比功率12.6Wh/Kg，漏电流值为96mA。
实施例2
取80g碳纤维与30g尼龙纤维、30g聚酯纤维在烧杯预先混合搅拌，配置2%的 聚乙烯醇溶液lOOOg，搅拌下加入石墨纤维和尼龙纤维，缓慢升温至60°C，快速搅拌20 小时。然后蒸发脱去水分，研磨后制得蓬松状的纤维复合物。
按常规工艺制作超级电容器正负极浆料，纤维复合物占正负极活性物质的质量 比为2%，在制备浆料时与PTFE等粘结剂一同加入，并适当延长搅拌时间6小时以上。 将上述和好的正负浆料涂覆在镀镍钢带上，钢带镀层厚度为0.01_，涂制极片尺寸为 140mmX 140mm,厚度为 8mm。
将正负极片均采用聚丙烯隔膜折叠包覆，并在极片四周粘上少量环氧树脂胶， 使上下层隔膜粘接到一起，在室温下固化12小时。
最后将正负极片叠加组合，放入外形尺寸(长X宽X高)为 160mmX80mmX170mm电容器壳体内，注入6mol/L的KOH溶液，封装壳体制得大容量无机型超级电容器。
将制成的超级电容器用美国BITRODE充放电测试系统进行检测，该产品容量达 15.3万F，质量比功率13.2Wh/Kg，漏电流值为115mA。
实施例3
取40g石墨纤维、50g碳纤维与70g尼龙纤维在烧杯预先混合搅拌，配置3%的 聚乙烯醇溶液lOOOg，搅拌下加入石墨纤维和尼龙纤维，缓慢升温至50°C，快速搅拌对 小时。然后蒸发脱去水分，研磨后制得蓬松状的纤维复合物。
按常规工艺制作超级电容器正负极浆料，纤维复合物占正负极配方的质量比为 0.1%,在制备浆料时与PTFE等粘结剂一同加入，并适当延长搅拌时间6小时以上。将 上述和好的正负极浆料涂覆在泡沫镍上，泡沫镍厚度为1.5mm，孔数PPI为110，涂制极 片尺寸为140mmX 140mm，厚度为5mm。
将正负极片均采用聚丙烯隔膜折叠包覆，并在极片四周粘上少量丙烯酸改性环 氧胶，使上下层隔膜粘接到一起，在室温下固化12小时。
最后将正负极片叠加组合，放入外形尺寸(长X宽X高)为 160mmX80mmX 170mm电容器壳体内，注入6.5mol/L的KOH溶液，封装壳体制得大容量无机型超级电容器。
将制成的超级电容器用美国BITRODE充放电测试系统进行检测，该产品容量达 13.5万F，质量比功率12.2Wh/Kg，漏电流值为86mA。
权利要求
1.一种大容量无机型超级电容器极片的制作方法，包括在正负极片上涂布正负极活 性物质以及将正负极片用隔膜包覆，其特征是涂布所用正负极活性物质中加入占其总 量的质量百分比为0.1% 5%的纤维复合物，涂布时使极片厚度达到3 10mm;正负极 片用隔膜包覆后再对极片四周用胶粘剂将隔膜粘接密封。
2.按权利要求1所述大容量无机型超级电容器极片的制作方法，其特征是所述纤维复 合物是将石墨纤维、碳纤维中的一种或两种与尼龙纤维、聚酯纤维中的一种或两种预混 后加入到质量百分比浓度为 3%的聚乙烯醇溶液中，在50 80°C下快速搅拌12 24小时，然后蒸发脱水研磨后制得。
3.按权利要求2所述大容量无机型超级电容器极片的制作方法，其特征是所述纤维复 合物中，各组分的质量百分比含量为石墨纤维和/或碳纤维40 65%，尼龙纤维和/ 或聚酯纤维30 40 %，聚乙烯醇1 20 %。
4.按权利要求1所述大容量无机型超级电容器极片的制作方法，其特征是所述胶粘剂 采用丙烯酸改性环氧胶或环氧树脂胶。
全文摘要
本发明公开了一种大容量无机型超级电容器极片的制作方法，改进之处在于正负极活性物质中加入占其总量质量百分比为0.1％～5％的纤维复合物，涂布后极片厚度达3～10mm，正负极片用隔膜包覆后再对极片四周用胶粘剂将隔膜粘接密封。所述纤维复合物中各组分及含量为石墨纤维和/或碳纤维40～65％，尼龙纤维和/或聚酯纤维30～40％，聚乙烯醇1～20％；所述胶粘剂采用丙烯酸改性环氧胶或环氧树脂胶。由本发明制作的极片用于制备无机型超级电容器，能使其储存能量大幅度提高，容量达13万F以上，质量比功率达12wh/kg以上，满足电动汽车及太阳能、风能等新能源领域的使用要求，并使超级电容器应用时系统简化，运行成本低。
文档编号H01G9/02GK102024568SQ201010216568
公开日2011年4月20日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者苏迎东 申请人:南京双登科技发展研究院有限公司