专利名称：多孔碳电极的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种电极的制备方法，具体地指一种多孔碳电极的制备方法。
背景技术：
多孔碳电极由于具有耐高温、耐酸碱、导电、导热等一系列优点而常用于超级电容器和锂电池等。采用多孔碳电极的超级电容器和锂电池等电容器的性能与其多孔碳电极上的孔径和结构密切相关，孔的结构越趋于规则、有序则该电容器的放电容量越高。传统的多孔碳电极的制造方法是以有机溶剂无水乙醇或异丙醇为溶剂和发孔剂， 以聚四氟乙烯乳液为粘合剂，将发孔剂(溶剂)、粘合剂、阴极催化剂与碳黑混合后，加工成需要的形状，经干燥处理、溶剂挥发后形成多孔的碳电极。这种方法加工的碳电极的孔率虽然可以通过调整有机溶剂的加入量得到控制，但制得的孔径分布不均勻，从而降低了用该多孔碳电极制成的电容器的放电容量，此外由于阴极催化剂价格昂贵，增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术制备多孔碳电极中孔径分布不均勻的问题，提供一种能够生产出孔径均勻、其大小和孔率可人为控制，且无需阴极催化剂的多孔碳电极的制备方法。为实现上述目的，一方面，本发明所提供的多孔碳电极制备方法，包括以下步骤1)将水、聚四氟乙烯、碳黑和粒径为5 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球，充分混合，得到混合料，其中水、聚四氟乙烯、碳黑和聚甲基丙烯酸甲酯微球之间的重量比为 800 1000 100 8 10 50 ；2)将步骤1所述的混合料加工成需要的形状，如园柱状或膜片状，然后经干燥定型得到碳电极；3)利用微球溶剂浸泡所述碳电极直至聚甲基丙烯酸甲酯微球溶解，或用抽提蒸馏法去除聚甲基丙烯酸甲酯微球，然后干燥即得到多孔碳电极。其中，步骤1中水作为混料的溶剂，也可以称为稀释剂，其用量可根据物料和环境情况而调整，聚甲基丙烯酸甲酯微球作为发孔剂，可根据电池不同的放电特性调节其粒径和用量，以适应不同的生产需求。例如制备小电流工作的电池，碳电极使用粒径小的发孔剂；而制备大电流工作的电池，碳电极则使用粒径大的发孔剂；若需要适应静态小电流并有大电流脉冲的情况，发孔剂可使用不同粒径的微球混合搭配。步骤2中所述的将混合料加工成型和干燥定型为常用技术手段，此处不做赘述。步骤3中所述利用微球溶剂浸泡所述碳电极的时间会根据选择的微球溶剂不同而做调整，通常情况下浸泡时间为1小时左右，所述的抽提蒸馏法为本领域常用技术手段，本发明实施例优选采用二次循环抽提蒸馏法，其后的干燥过程也是本领域常用技术手段，干燥条件为真空干燥，温度在40 50°C，需要说明的是，步骤3中的微球溶剂可以通过在该步骤的干燥过程中使用带回收装置的真空干燥系统来进行回收再利用，节约成本。
优选地，所述微球溶剂选自丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯乙烯、丙烯酸甲酯中的一种或几种。优选地，所述碳黑为乙炔黑。乙炔黑与普通碳黑相比其结晶及二次结构更为发达， 故导电性和吸液性也更优良，且重金属等杂质少，放电造成的损耗小，更适合作为电极材料。进一步地，所述水、聚四氟乙烯、乙炔黑和聚甲基丙烯酸甲酯微球之间的重量比优选为1000 100 8 20。优选地，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径为25 50um，适合制备小电流工作的电容器。优选地，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径为200 250um，适合制备大电流工作的电容器。所述聚甲基丙烯酸甲酯微球是粒径为25 50um和200 250um的混合，25 50um的聚甲基丙烯酸甲酯微球与200 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球的重量比为 1 2 5。所述聚甲基丙烯酸甲酯微球是粒径为25 50um和200 250um的混合，25 50um的聚甲基丙烯酸甲酯微球与200 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球的重量比为1. 2 5 I0另一方面，本发明实施例还提供了根据所述的多孔碳电极的制备方法所制得的多孔碳电极。本发明所提供的多孔碳电极制备方法所带来的有益效果是使制得的多孔碳电极具有易于控制的孔径和孔率，且孔结构规贝1J、有序，从而使采用该多孔碳电极的电容器对比传统同类型电容器具备更高的放电容量，并且制备方法中所用到的有机溶剂可重复利用， 节能环保，此外还由于不需添加任何昂贵的阴极催化剂，降低了生产成本。
具体实施例方式以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。本发明实施例提供的多孔碳电极的制备方法如下1)将水、聚四氟乙烯、碳黑和粒径为5 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球，充分混合，得到混合料，其中水、聚四氟乙烯、乙炔黑和聚甲基丙烯酸甲酯微球之间的重量比为 800 1000 100 8 10 50。2)将步骤1得到的混合料加工成需要的形状，如园柱状或膜片状，然后经干燥定型得到碳电极。3)利用微球溶剂浸泡步骤2得到碳电极直至聚甲基丙烯酸甲酯微球溶解，或用抽提蒸馏法去除聚甲基丙烯酸甲酯微球，然后干燥即得到多孔碳电极。以下实施例根据上述制备方法制备多孔碳电极，然后装配成锂电池并进行性能测
试ο实施例1按水聚四氟乙烯乙炔黑聚甲基丙烯酸甲酯微球=1000 100 8 20的比例制备混合料，其中聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径选用5 25um，加工混合料并干燥定型制成园柱形碳电极，然后利用三氯甲烷通过二次循环抽提蒸馏法处理碳电极，然后干燥得到园柱形多孔碳正极，并装配成碳包式AA电池，其电容特性见表1。实施例2按水聚四氟乙烯乙炔黑聚甲基丙烯酸甲酯微球=1000 100 8 20的比例制备混合料，其中聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径选用25 50um和200 250um两种， 其中25 50um的聚甲基丙烯酸甲酯微球与200 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球的重量比为1. 2 5 1 ；加工混合料并干燥定型制成园柱形碳电极，然后利用丙酮浸泡碳电极1 小时，然后干燥得到园柱形多孔碳正极，并装配成碳包式AA电池，其电容特性见表1。实施例3按水聚四氟乙烯乙炔黑聚甲基丙烯酸甲酯微球=1000 100 8 20的比例制备混合料，其中聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径选用25 50um和200 250um两种， 其中25 50um的聚甲基丙烯酸甲酯微球与200 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球的重量比为1 2 5，加工混合料并干燥定型制成膜片状碳电极，然后利用丙烯酸甲酯通过二次循环抽提蒸馏法处理碳电极，然后干燥得到膜片状多孔碳正极，并装配成卷绕式AA电池， 其电容特性见表1。表1是现有电池和本发明实施例提供的电池的放电容量比较。
ImA50mA400mA现有碳包式M电池2400mAh1400mAh/实施例12700mAh1800mAh/实施例22700mAh2200mAh/现有卷绕式M电池2000mAh1500mAhIOOOmAh实施例32400mAh1900mAh1600mAh如表1所示，实施例1和2与同类型现有碳包式AA电池比较，其在ImA和50mA两个电流条件下测得的放电容量大于现有碳包式AA电池12% 57%。实施例3与同类型现有卷绕式AA电池比较，其在1mA、50mA和400mA三个电流条件下测得的放电容量大于现有卷绕式AA电池20% 60%。结果表明，本发明实施例提供的电池具有更高的放电容量，即是说本发明所提供的制备方法制备的多孔碳电极相较于现有技术制备的多孔碳电极具有更好的性能。本发明中使用的聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径分为5 25um、25 50um和200 250um三个规格，三个规格的聚甲基丙烯酸甲酯微球可以分别单独使用，也可以混合使用。
权利要求
1.一种多孔碳电极的制备方法，其特征在于，制备该多孔碳电极的步骤为1)将水、聚四氟乙烯、碳黑和粒径为5 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球，充分混合， 得到混合料，其中水、聚四氟乙烯、碳黑和聚甲基丙烯酸甲酯微球之间的重量比为800 1000 100 8 10 50 ；2)将步骤1所述的混合料加工成需要的形状，然后经干燥定型得到碳电极；3)利用微球溶剂浸泡所述碳电极直至聚甲基丙烯酸甲酯微球溶解，或用抽提蒸馏法去除聚甲基丙烯酸甲酯微球，然后干燥即得到所述的多孔碳电极。
2.根据权利要求1所述的多孔碳电极的制备方法，其特征在于，所述微球溶剂选自丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯乙烯、丙烯酸甲酯中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的多孔碳电极的制备方法，其特征在于，所述碳黑为乙炔黑。
4.根据权利要求3所述的多孔碳电极的制备方法，其特征在于，所述水、聚四氟乙烯、 乙炔黑和聚甲基丙烯酸甲酯微球之间的重量比为1000 100 8 20。
5.根据权利要求2所述的多孔碳电极的制备方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径为25 50um。
6.根据权利要求2所述的多孔碳电极的制备方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径为200 250um。
7.根据权利要求2所述的多孔碳电极的制备方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球是粒径为25 50um和200 250um的混合，25 50um的聚甲基丙烯酸甲酯微球与 200 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球的重量比为1 2 5。
8.根据权利要求2所述的多孔碳电极的制备方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球是粒径为25 50um和200 250um的混合，25 50um的聚甲基丙烯酸甲酯微球与 200 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球的重量比为1.2 5 1。
全文摘要
本发明公开了一种多孔碳电极的制备方法，包括将水、聚四氟乙烯、碳黑和粒径为5～250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球充分混合，加工成需要的形状并干燥定性，然后浸泡在微球溶剂中或利用抽提蒸馏法去除聚甲基丙烯酸甲酯微球，在进行干燥即得到所述的多孔碳电极。本发明实施例制得的多孔碳电极具有易于控制的孔径和孔率，且孔结构规则、有序，从而使采用该多孔碳电极的电容器高于传统同类型电容器12％～60％的放电容量，并且制备方法中所用到的有机溶剂可重复利用，节能环保，此外还由于不需添加任何昂贵的阴极催化剂，降低了生产成本。
文档编号H01G9/04GK102420310SQ201110330628
公开日2012年4月18日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者代克兴, 康常州, 朱志刚 申请人:武汉孚安特科技有限公司